Quasi un terzo dell'anidride carbonica rilasciata nell'atmosfera ogni anno può essere fatta risalire a batteri che vivono nel suolo, dove scompongono la materia vegetale e animale per produrre energia.

Per la maggior parte dei microbi del suolo, questa trasformazione richiede ossigeno. Ma un nuovo studio trova che minuscolo, popolazioni sparse di batteri che vivono nel suolo sono affamate di ossigeno e hanno un effetto sottovalutato sulla quantità di questo potente gas serra che viene rilasciato nell'aria.

La ricerca, pubblicato venerdì, 24 novembre sulla rivista Comunicazioni sulla natura e guidato da Scott Fendorf di Stanford e dall'ex postdoc Marco Keiluweit, rileva che queste sacche di suolo prive di ossigeno sono vulnerabili alle perturbazioni dovute ai cambiamenti climatici e ad alcune pratiche agricole. Gli scienziati hanno affermato che questo lavoro potrebbe aiutare a modellare le future emissioni di carbonio fornendo previsioni migliori sulla quantità di CO2 che potrebbe essere rilasciata dal suolo.

"Fortunatamente, i modellisti climatici ci stanno mettendo in parallelo, " disse Fendorf, chi è il professore della famiglia Huffington in Scienze della Terra alla Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali. "Devono apprezzarlo e lo sono".

Protezione in carbonio

Il suolo contiene tre volte più carbonio dell'atmosfera. Parte di quel carbonio rimane intrappolato nel sottosuolo attraverso reazioni chimiche con i minerali. Però, la maggior parte è sotto forma di materia vegetale e animale in decomposizione, quali microrganismi si scompongono per creare energia e CO2 - l'equivalente del nostro mangiare e respirare.

Questo processo di degradazione richiede normalmente ossigeno, ma nelle piccole sacche di terra prive di ossigeno, chiamati micrositi anaerobici, i batteri si sono evoluti per estrarre energia dalla materia organica senza ossigeno, anche se meno efficiente. Questi microbi affamati di ossigeno producono significativamente meno CO2 e non sono inoltre in grado di abbattere alcune biomolecole ricche di carbonio come cere e lipidi.

"I micrositi anaerobici svolgono un ruolo protettivo in quanto preservano alcuni composti organici che sono abbondanti nei suoli di tutto il mondo, aumentare lo stoccaggio del carbonio e diminuire le emissioni di CO2 dal suolo, " disse Keiluweit, che ora è assistente professore presso l'Università del Massachusetts ad Amherst.

Ma anche se gli scienziati sanno da tempo dell'esistenza di micrositi anaerobici, la loro prevalenza e il loro contributo complessivo al ciclo globale del carbonio - gli scambi di carbonio tra l'atmosfera terrestre, oceani e sistemi terrestri – non è stato ben compreso e non è stato preso in considerazione nei modelli di ecosistema che alimentano le future proiezioni climatiche.

"La percezione generale è che gli habitat completamente sott'acqua, come le zone umide e le paludi, siano anaerobici, e che non allagato, o altopiano, i suoli sono prevalentemente aerobici, " Fendorf ha detto. "Ciò che mostriamo in questo studio è che in realtà c'è un volume molto significativo di terreno montano che si trova in ambienti anaerobici".

Micrositi in laboratorio

Nel nuovo studio, Keiluweit e i suoi colleghi hanno creato micrositi anaerobici in laboratorio manipolando scrupolosamente il flusso di ossigeno ai campioni di terreno e quindi misurando la loro produzione di CO2 e le loro concentrazioni di lipidi e cere.

Quello che hanno scoperto è che quando l'ossigeno è diventato scarso, i microbi del suolo sono passati da una respirazione aerobica a una respirazione anaerobica sempre meno efficiente. Di conseguenza, sono state decomposte meno molecole di lipidi e cere ricche di carbonio e la produzione di CO2 è diminuita di un fattore 10.

Come controllo reale sui loro risultati, i ricercatori hanno anche esaminato il suolo dei siti agricoli dell'Oregon. Sia i risultati di laboratorio che quelli sul campo hanno mostrato tendenze notevolmente coerenti, indicando che, contrariamente alla saggezza popolare, i suoli di montagna contengono infatti elevati volumi di micrositi anaerobici che proteggono specifici tipi di molecole di carbonio.

"Sulla base dei nostri risultati di laboratorio, ci aspetteremmo che i terreni ricchi di micrositi anaerobici abbiano molti lipidi e cere rimasti, ed è quello che abbiamo trovato nei campi, "Ha detto Keiluweit.

Sensibile ai disturbi

Le nuove scoperte evidenziano i molti modi in cui il cambiamento climatico e alcune pratiche agricole potrebbero alterare questi micrositi e spostare la quantità di CO2 che viene rilasciata dal suolo.

Terreno riscaldante, Per esempio, rischia di aumentare la quantità di CO2 rilasciata nell'atmosfera. "Proprio come con noi, quando scaldi i microbi, aumenti la loro attività metabolica, " disse Fendorf. Nelle regioni del suolo con ossigeno, i batteri residenti consumeranno più ossigeno in abbondanza e produrranno CO2 in modo più rapido ed efficiente.

Si prevede che i cambiamenti climatici rendano alcune regioni più umide e altre più asciutte man mano che i modelli meteorologici cambiano. Queste due tendenze hanno impatti diversi sui microbi del suolo. Le aree che ricevono più pioggia – o più irrigazione attraverso l'agricoltura – conterranno meno ossigeno e quindi probabilmente produrranno meno CO2.

Il terreno più secco ha generalmente più ossigeno e i microbi che contiene produrranno più CO2. Però, in condizioni molto secche la produttività diminuisce sia per i microbi aerobici che per quelli anaerobici perché l'acqua è essenziale per la vita.

"I cambiamenti nell'umidità del suolo derivanti dall'irrigazione o dai modelli climatici altereranno quindi la distribuzione dei metabolismo microbici e il tasso di produzione di CO2, " Disse Fendorf.

Inoltre, frequenti allentamenti, o coltivare, di suoli aera il suolo, trasformando i micrositi anaerobici aerobici e aumentando il rilascio di CO2. "I nostri risultati evidenziano un vantaggio delle pratiche a bassa lavorazione e di altre pratiche di utilizzo del suolo che limitano l'aumento dell'aerazione del suolo, " Disse Fendorf.