Come molecole d'acqua in un fiume, gli atomi di carbonio del suolo sono sempre in movimento.

Per comprendere meglio questa azione, Gli scienziati e i collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno creato una nuova struttura concettuale e un modello di simulazione che traccia il percorso dei singoli atomi di carbonio mentre interagiscono con l'ambiente, subendo trasformazioni biochimiche, muovendosi attraverso lo spazio dei pori del suolo e procedendo verso il loro destino finale:l'anidride carbonica (CO ₂ ). La ricerca appare sulla rivista Biologia del cambiamento globale .

I suoli immagazzinano più carbonio dell'atmosfera e della biosfera messe insieme e l'equilibrio tra la formazione e la perdita di carbonio organico del suolo (SOC) guiderà potenti feedback sul clima del carbonio nel prossimo secolo.

L'approccio più comune per prevedere le dinamiche SOC utilizza modelli basati su pool, che assumono classi di SOC con proprietà fisiche e chimiche internamente omogenee. Ma nuove prove mostrano che il turnover del carbonio nel suolo non è controllato in modo dominante dalla chimica degli input di carbonio, ma da come si muove attraverso il suo ambiente spazialmente e temporalmente eterogeneo.

Il nuovo quadro, chiamata rappresentazione probabilistica delle interazioni della materia organica all'interno dell'ambiente del suolo (PROMISE), utilizza processi basati, approcci probabilistici focalizzati sul flusso di carbonio e trasformazioni dinamiche, "flussi" rispetto a pool discreti.

Il cambiamento climatico deriva da un disturbo del ciclo globale del carbonio, e i suoli svolgono un ruolo fondamentale nella regolazione del sistema climatico terrestre. I suoli sono un enorme serbatoio, ma sono minacciati, a causa dell'intensificarsi dell'agricoltura, disgelo del permafrost, riscaldamento atmosferico, eccetera.

"In realtà, Il SOC esiste in uno stato di flusso costante con nuovi input di carbonio di origine vegetale compensati da continue perdite di SOC attraverso la decomposizione, " ha detto la scienziata LLNL Jennifer Pett-Ridge, un coautore del documento. "Anche piccoli cambiamenti nell'entità di questi cambiamenti hanno un impatto sulla forza del pozzo di carbonio terrestre. Dobbiamo spostare la gestione del suolo verso approcci che conservino il carbonio che abbiamo, aggiungere altro, e idealmente rallentare i processi che portano alla perdita di SOC."

Il concetto PROMISE considera come i tassi di ciclo SOC sono governati dai processi casuali che influenzano la vicinanza tra i decompositori microbici e la materia organica, con enfasi sulla loro posizione fisica nella matrice del suolo. Il team ha mostrato come l'applicazione di questo nuovo modello traccia il destino dei singoli atomi di carbonio mentre interagiscono con il loro ambiente, subendo trasformazioni biochimiche e muovendosi attraverso lo spazio dei pori del suolo.

"Pensiamo che il carbonio sia sempre in movimento, come molecole d'acqua in un fiume. A volte rimangono bloccati (come in un vortice sulla riva di un fiume), ma alla fine si spostano e si spostano verso il loro destino finale:la mineralizzazione a CO ₂ , " ha detto Pett-Ridge. "Nel nostro modello di simulazione, possiamo tracciare il destino dei singoli atomi di carbonio mentre interagiscono con il loro ambiente, come una particella che si muove lungo un fiume, rimanere bloccato e poi rilasciato di nuovo nel flusso principale, in un continuum dinamico."

Il framework PROMISE rimodella il dialogo sulle questioni relative alla gestione SOC in un mondo fluttuante. Il team ha affermato di volere che la struttura stimoli lo sviluppo di nuovi strumenti analitici e strutture modello in tutte le discipline, inclusi gli ecologisti del suolo, biogeochimici, modellisti di ecosistemi e biologi matematici, che illumineranno i controlli fisici sul flusso di carbonio tra piante, suolo e piscine atmosferiche.

"Gli ecosistemi funzionano perché il trasferimento di energia non sta fermo, " Pett-Ridge ha detto. "Affrontando la natura dinamica del carbonio nel suolo, possiamo gestire in modo più efficace questa risorsa fondamentale in un mondo che cambia".