I suoli sono il più grande serbatoio terrestre di carbonio della Terra. È importante sapere come il carbonio del suolo viene immagazzinato in un "pozzo" e come viene rilasciato nell'atmosfera come "fonte".

La comprensione richiede lo studio dei microrganismi del suolo, compreso dove vivono, e il loro accesso al carbonio immagazzinato per il cibo. Quando i microbi hanno accesso a carbonio e ossigeno, decompongono quegli elementi in anidride carbonica, o CO2, un processo chiamato "mineralizzazione".

L'acqua è necessaria per questa e altre attività microbiche. Quando l'acqua riempie i condotti tra i pori del terreno, collega i microbi alle risorse creando una rete tridimensionale di autostrade acquose.

Pori spazi

Ma non tutto il carbonio del suolo è disponibile come cibo microbico. Alcuni di essi sono protetti all'interno di microscopici pori all'interno del suolo, i cui piccoli diametri limitano l'accesso ai microbi affamati di carbonio. Il carbonio del suolo sarà cibo o no? Il suo destino dipende dall'attività idrologica e dalla connettività nei suoli.

Un nuovo articolo su Nature Communications, una collaborazione dell'autore principale A. Peyton Smith e altri presso il Pacific Northwest National Laboratory e EMSL, indaga l'importanza dei modelli di bagnatura su scala dei pori, condizioni di umidità del suolo antecedenti e altri fattori che influenzano la dinamica del carbonio nel suolo a ogni scala, dal poro al nocciolo fino al campo. (La scala del nucleo potrebbe essere una pala piena. La scala del campo può essere grande quanto un ecosistema.)

Smith e i suoi coautori sostengono che i modelli del sistema terrestre dovrebbero trattare l'umidità del suolo come più di un singolo numero. È meglio, dicono, pensare al suolo come una struttura tridimensionale che enfatizza le condizioni di umidità che formano i condotti idrologici che diffondono il carbonio e altre risorse del suolo.

Bandire le incertezze

Riconoscendo il carattere tridimensionale del suolo, oltre alla sua idrologia, è un passo significativo verso la risoluzione delle incertezze sul carbonio nel suolo negli attuali modelli del sistema terrestre. Tali modelli prevedono se i suoli saranno pozzi o fonti di carbonio.

Siccità e altri eventi estremi legati alle precipitazioni continuano ad aumentare di intensità, durata ed estensione. Ciò ha implicazioni per lo stoccaggio del carbonio nei suoli sia sull'ecosistema che su scala globale.

Nel suolo, il destino del carbonio può andare in due modi, ha detto Smith, un postdottorato PNNL, "È mangiare o mantenere."

Finora, gli studi dimostrano che i terreni colpiti dalla siccità immettono CO2 nell'atmosfera quando vengono riumidificati, un fenomeno noto come "effetto betulla". Più lunga è la siccità, maggiore è l'impulso di questo gas serra.

Ma l'effetto Birch è raramente studiato su più scale spaziali e temporali. Di conseguenza, i modelli attuali limitano la nostra capacità di prevedere come i cicli di essiccazione e riumidificazione influenzino il carbonio nel suolo.

Direzione di bagnatura, Giù per la molecola

Nel nuovo giornale, i ricercatori si sono proposti di sviluppare una comprensione a livello molecolare della direzione della bagnatura e dell'umidità del suolo antecedente. In un ambiente di laboratorio, hanno usato 16 carote sperimentali di terreno sabbioso delle Everglades della Florida per studiare la capacità dei suoli di essere un pozzo di carbonio o una fonte di carbonio in risposta alla siccità e alla direzione di riumidificazione.

Sappiamo già che quando i terreni sono bagnati dall'alto, per precipitazione, i pori più grandi si riempiono per primi. Sappiamo anche che quando il terreno è bagnato dal basso, dalle acque sotterranee, l'azione capillare satura prima i pori più fini.

Questa dinamica sopra-sotto crea condizioni distintive. Influisce sul tipo di carbonio disponibile per la decomposizione microbica; la dimensione dei pori che si riempiono d'acqua, migliorare la connettività idrologica; e la dimensione dei pori che si riempiono d'aria, che fornisce l'ossigeno necessario per la decomposizione.

"La connettività è importante, " ha detto Smith, "non solo la dimensione dei pori".

"Eredità della siccità"

Il documento dimostra che "l'eredità della siccità" di un suolo e la direzione di bagnatura sono più importanti per lo stoccaggio del carbonio rispetto al suo attuale contenuto di umidità. In particolare, quando la riumidificazione proviene da acque sotterranee in aumento, produce una perdita di carbonio dal nucleo all'ecosistema più rapida rispetto agli eventi di precipitazione dall'alto.

Ancora, a scala di campo, sia le precipitazioni che le fluttuazioni delle acque sotterranee interagiscono per destabilizzare il carbonio nel suolo.

I modelli che simulano i flussi di carbonio su scala ecosistemica devono tenere conto delle dinamiche di questi eventi di bagnatura direzionali, gli autori dicono, non come un singolo numero ma come un quadro tridimensionale.