I ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hanno recentemente studiato come l'umidità influenzi la respirazione eterotrofica del suolo. Questo è il processo simile alla respirazione mediante il quale i microbi convertono il carbonio organico morto nel suolo in anidride carbonica.

Globalmente, i suoli immagazzinano enormi quantità di carbonio organico, parte dei quali viene consumata dai microbi ed espirata come anidride carbonica. In questo modo, i suoli producono un grande flusso naturale di anidride carbonica nell'atmosfera ogni anno. (La quantità è grande:circa sei volte più grande delle emissioni umane dello stesso gas serra.)

Comprendere cosa influenza questo flusso ha enormi implicazioni per la comprensione del cambiamento climatico e del ciclo del carbonio, e per la fissazione di obiettivi di emissione.

Lo studio di biogeochimica offre una strategia di modellazione conveniente che è la prima a studiare l'effetto dell'umidità su questi tassi di respirazione critici per il clima su una scala dei pori difficile da simulare. Il documento sostiene inoltre che le simulazioni devono riconoscere la diversità degli spazi dei pori del suolo, e andare oltre l'ipotesi modellistica che i suoli siano omogenei.

È già noto che le condizioni di umidità nel suolo influenzano i tassi di respirazione dei microbi eterotrofi. Ma considera il complesso, minuscoli mondi in cui l'umidità abita e fa il suo lavoro. I suoli sono fatti di sabbia, limo, argille, e materia organica formata in "porosfere" in miniatura. A sua volta, questi habitat microbici interconnessi sono lacerati da acqua e gas.

È difficile modellare la respirazione eterotrofica a quella che gli scienziati chiamano la "scala dei pori". Per uno, ci sono grandi sfide computazionali per la modellazione dei fluidi su una scala così piccola. Per un altro, la modellazione su scala dei pori è difficile a causa delle differenze di microscala all'interno del suolo. Risulta che la distribuzione del carbonio organico nei suoli è altamente localizzata. Quanto carbonio organico va dove dipende dalla protezione fisica, recalcitranza chimica, connettività dei pori, colonie microbiche non uniformi, e umidità locale.

Questo studio, scritto da Zhifeng Yan, Vanessa Bailey, e altri quattro scienziati del PNNL, è il primo a condurre un'indagine su scala dei pori su come i tassi di respirazione guidata dall'umidità siano influenzati da fattori tra cui l'eterogeneità della struttura dei pori del suolo, biodisponibilità del carbonio organico del suolo, distribuzione del contenuto di umidità, e trasporto del substrato. Fornisce inoltre informazioni sui processi fisici che controllano il modo in cui la respirazione del suolo risponde ai cambiamenti nelle condizioni di umidità. Inoltre, le analisi numeriche del documento rappresentano un approccio conveniente per studiare la mineralizzazione del carbonio nei suoli.

Le simulazioni in questo studio generalmente confermano diverse ipotesi precedenti:che il tasso di respirazione del carbonio nel suolo è una funzione del contenuto di umidità; che tali tassi aumentano all'aumentare dell'umidità (e quindi della disponibilità del substrato); e che la respirazione del carbonio nel suolo diminuisce dopo un ottimo a causa della limitazione dell'ossigeno.

I risultati del modello dello studio, replicato dalla ricerca sul campo, confermano anche che i tassi di respirazione aumentano con una maggiore porosità del suolo, e che i terreni compattati - quelli con meno porosità perché non arati e indisturbati - riducono la velocità con cui l'anidride carbonica fuoriesce nell'atmosfera.

Lungo la strada, lo studio avverte del pericolo di presumere che i terreni modellati abbiano una porosità uniforme. È meglio, dicono i ricercatori, cercare di simulare l'eterogeneità strutturale - la diversità - dei suoli così come esistono in natura.

Sono necessarie ulteriori ricerche, aggiungono, su come i processi aerobici e anaerobici accoppiati accelereranno o rallenteranno la quantità di carbonio organico sequestrato nel suolo. Questi processi accoppiati non erano nel disegno dello studio.