Ambienti costieri che supportano le fanerogame, le saline e le mangrovie sono depositi di vaste riserve di carbonio organico noto come carbonio blu. Questi serbatoi hanno intrappolato il carbonio organico sotto la superficie per centinaia o migliaia di anni in un ambiente a basso contenuto di ossigeno.

Sfortunatamente, le zone costiere stanno cambiando a causa dell'innalzamento del livello del mare e dell'invasione umana. La combinazione di erosione e distruzione dell'habitat sta permettendo al carbonio blu intrappolato di mescolarsi con l'acqua di mare. Gli organismi nell'acqua di mare consumano il carbonio organico e rilasciano anidride carbonica nell'atmosfera.

"C'è un crescente interesse per gli habitat del carbonio blu, perché svolgono un servizio naturale e prezioso sequestrando CO2, "dice Tommaso Bianchi, Jon e Beverly Thompson Dotati di cattedra di scienze geologiche presso l'Università della Florida. "Le piante costiere usano la CO2 per crescere attraverso la fotosintesi, ma lo conservano anche per lunghi periodi nei suoli e nei sedimenti in cui vivono. È unico, perché altri habitat vegetali emettono la CO2 dai loro terreni nell'atmosfera molto più velocemente".

Bianchi è un ricercatore co-principale che studia la conversione del carbonio blu in CO2 come parte di una proposta di Facility Integrating Collaborations for User Science per l'anno fiscale 2017. Attraverso FICUS, Bianchi e colleghi utilizzeranno le competenze e le capacità di EMSL, il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE presso il Pacific Northwest National Laboratory, e il DOE Joint Genome Institute, anche una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.

Il team di ricerca comprende i co-PI Andrew Ogram e Todd Osborne, assegnista di ricerca Ana Arellano, e gli studenti laureati Elise Morrison e Derrick Vaughn, il tutto con l'Università della Florida; Co-PI Nicholas Ward, uno scienziato presso il Pacific Northwest National Laboratory; e Yina Liu, un ricercatore post-dottorato EMSL. Uno studio autofinanziato, il sostegno viene dalla dotazione di Thompson e dall'Università della Florida.

"Siamo interessati a studiare cosa succede quando prendi questo grande pozzo di carbonio nei suoli e nei sedimenti costieri, e inizi a inciderlo con l'innalzamento del livello del mare e l'erosione delle onde, " dice Bianchi. "Cosa controlla quanto velocemente il carbonio viene riconvertito in CO2?"

Decomposizione dell'innesco

L'adescamento è uno dei fattori che influenzano la velocità con cui il carbonio immagazzinato diventa CO2. Per esempio, i microbi hanno difficoltà a scomporre la paglia. La miscelazione della paglia con l'erba medica accelera il processo di decomposizione. I microbi mangiano rapidamente l'erba medica, ma rompono anche la paglia. La presenza di materiale più digeribile innesca la scomposizione della paglia.

Gli scienziati hanno studiato l'effetto di innesco nei suoli, ma pochi studi hanno indagato il priming nei sistemi costieri. In questo studio, il priming è la miscelazione di materiale vegetale superiore in decomposizione (piante con sistemi radicati) con alghe costiere per consentire ai microbi di abbatterlo più velocemente.

"Abbiamo ipotizzato che la scomposizione del carbonio blu immagazzinato sarebbe molto più veloce in presenza di alghe che in assenza di esso, "dice Bianchi.

Il team di Bianchi ha testato l'ipotesi con una serie di esperimenti eseguiti presso il Whitney Laboratory for Marine Bioscience dell'Università della Florida utilizzando acqua di mare, una miscela di alghe, e torba costiera dalle zone umide della Florida in quattro trattamenti:(1) controllo dell'acqua di mare, (2) miscela di acqua di mare e alghe, (3) acqua di mare e torba, e (4) acqua di mare, miscela di alghe e torba. Hanno misurato la quantità di CO2 prodotta nel tempo dai quattro trattamenti. Il team ha utilizzato gli isotopi come marcatori chimici per tracciare la fonte delle molecole di CO2. I campioni di questi esperimenti sono stati inviati all'EMSL e al DOE JGI per misurazioni ad alta risoluzione della composizione del carbonio organico e delle risposte genetiche microbiche.

"I nostri dati preliminari supportano la nostra ipotesi, " dice Bianchi. "In presenza di alghe si ottiene più torba di carbonio blu che viene convertita in CO2".

L'effetto di adescamento potrebbe essere più drammatico in quanto gli oceani diventano più verdi con le alghe a causa dell'inquinamento da fertilizzanti e altri deflussi agricoli.

Conoscere i microbi

Il progetto utilizza anche le capacità EMSL e DOE JGI per studiare le comunità microbiche che convertono la torba in CO2. Vogliono sapere come cambiano le comunità in presenza e assenza di alghe. Sono anche interessati a come i microbi decompongono la torba, compresi gli enzimi che usano. Il team sta utilizzando la spettrometria di massa dell'EMSL e l'esperienza e le capacità di risonanza magnetica nucleare per questa parte della ricerca.

"Essere un progetto FICUS ci offre una fantastica opportunità di utilizzare due delle migliori strutture di ricerca al mondo, " dice Bianchi. "Lavorare con EMSL e (DOE) JGI ci aiuterà a capire come funziona il priming, perché davvero non conosciamo tutti i dettagli al riguardo."

Bianchi afferma che i risultati dello studio potrebbero migliorare i modelli climatici man mano che i modelli globali si ridimensionano. Sofisticati modelli climatici stanno iniziando a tenere conto degli effetti regionali. I risultati potrebbero essere aggiunti a un modello su base regionale che include una conversione della terra persa in CO2 con l'innesco come fattore di miglioramento.

"C'è una storia più grande, " afferma Bianchi. "Un oceano costiero più verde e un ambiente costiero destabilizzato a causa dell'innalzamento del livello del mare e dei cambiamenti nell'uso del suolo stanno causando un rapido ricambio di carbonio immagazzinato che ha centinaia e migliaia di anni e che viene convertito in CO2 in parte attraverso il processo di adescamento".