Dal giardino del tuo cortile allo spartiacque locale fino all'intero Nord America, cambiamenti strutturali stanno avvenendo nel terreno sotto i piedi e le prove suggeriscono che sta accadendo più velocemente di quanto si pensasse in precedenza, alterare la qualità e la disponibilità dell'acqua negli Stati Uniti

"Le risorse idriche sono governate dalle proprietà del suolo appena sotto la superficie terrestre, "ha detto Pamela Sullivan, assistente professore di geografia e scienze atmosferiche presso l'Università del Kansas. "Per molto tempo, pensavamo che le proprietà di questi suoli stessero cambiando lentamente. Ma stanno venendo alla luce molte prove che stanno rispondendo ai cambiamenti climatici e ai diversi tipi di uso del suolo più rapidamente. Stanno rispondendo rapidamente perché il biota nel suolo sta rispondendo, sia piante che microbi, e mentre lo fanno, stanno cambiando le proprietà del suolo. Ma non abbiamo buone misurazioni di come ciò accada o la capacità di mettere in modelli le interazioni e i feedback che determineranno le risorse idriche in futuro".

Ora, Sullivan sta conducendo lavori con $ 738, 562 sovvenzione della National Science Foundation per sviluppare nuovi modelli matematici per analizzare le cause di queste alterazioni osservate nella struttura del suolo - la disposizione delle particelle e dei pori del suolo - e per esaminare le risposte pianta-suolo-acqua a condizioni ambientali variabili.

"Questo lavoro esamina sia la biogeochimica del suolo sia come cambia la struttura del suolo, " Ha detto Sullivan. "Chiunque si preoccupi di come saranno le risorse idriche in futuro, si preoccuperà di questo. Le proiezioni e le decisioni gestionali e la comprensione delle dinamiche delle inondazioni possono essere influenzate dalla struttura del suolo. Se non lo capiamo, non faremo un buon lavoro per capire come influenza l'acqua."

Il ricercatore della KU ha affermato che la relazione tra suolo e acqua è definita dalla matrice di minerali e materia organica del suolo e dagli spazi tra, chiamata porosità. Queste proprietà stanno subendo dei cambiamenti che il nuovo sussidio NSF esaminerà setacciando grandi quantità di dati.

"I cambiamenti nei modelli delle precipitazioni stanno guidando i cambiamenti nel sistema stesso, " Ha detto Sullivan. "Cambia il modo in cui il carbonio organico scorre attraverso il sistema. La struttura cambia per favorire l'infiltrazione dell'acqua o favorire il deflusso, l'acqua che scorre sulla superficie terrestre. Più flusso terrestre abbiamo, che viene con più erosione e più grandi eventi di inondazione."

Questa ricerca abbraccia quello che viene definito l'approccio della "zona critica" alla scienza, coinvolgendo scienziati di una vasta gamma di discipline da ecologisti, pedologi e ingegneri agli idrologi, che pensano olisticamente alla "pelle vivente" della Terra, dalla cima della chioma fino alle profondità delle acque sotterranee circolanti.

Sharon Billings, Professore KU di ecologia e biologia evolutiva e scienziato senior presso il Kansas Biological Survey, è un investigatore co-primario. Daniel Hirmas, precedentemente alla KU e ora alla University of California Riverside, Anche Li Li della Pennsylvania State University e Alejandro Flores della Boise State University sono co-investigatori.

Il lavoro della sovvenzione finanzierà quattro studiosi post-dottorato e la formazione di 10 ricercatori universitari che aiuteranno a sviluppare una nuova suite di modelli per includere biologici, interazioni fisiche e chimiche dai suoli locali negli Stati Uniti

"È un sacco di macinare numeri e costruire modelli, " Sullivan ha detto. "Come prendiamo i dati e deduciamo le relazioni e integriamo modelli a scale diverse?"

Infatti, la ricerca affronterà i cambiamenti al tessuto del suolo su scale sottili come un appezzamento di terreno e grandi quanto l'intero continente del Nord America.

"Quando pensiamo ai terreni su larga scala, siamo in grado di capire molto di più i meccanismi, o cosa sta guidando cosa, " Ha detto Sullivan. "È importante perché possiamo essere più dettagliati e capire davvero come i cambiamenti nel modo in cui i microbi o le radici funzionano possono controllare il modo in cui i cicli del carbonio e agiscono come una colla per aiutare a formare la struttura del suolo, e poi cosa significa per la quantità di acqua che può essere immagazzinata e spostata. Quando andiamo a scale di spartiacque, includiamo molte più dinamiche in termini di come l'acqua scorre a valle e quali sono i cambiamenti spaziali in termini di vegetazione che potrebbero amplificare l'effetto dei cambiamenti climatici nel tessuto del suolo. Ma perdi la scala fine in termini di processi. Quando passiamo a scale continentali, prendiamo queste relazioni che già conosciamo, come a certe altitudini e in certe condizioni ci aspettiamo che ciò accada, invece di dettagliare ogni singolo processo in termini di suolo. Tutti i processi operano a tutte le scale, ma alcuni sono più importanti di altri nel guidare ciò che stai guardando. Stiamo cercando di capire se qualcosa come la topografia è la cosa più importante o se il ciclo del carbonio da parte dei microbi è la cosa più importante su tutte le scale?"

Il lavoro produrrà nuovi strumenti di modellazione per valutare la sostenibilità ambientale nel tempo e migliorare la capacità di prevedere le dinamiche terra-atmosfera, stoccaggio dell'acqua sotterranea, fluttuazioni della falda acquifera ed eventi di piena. Ulteriore, la ricerca produrrà strumenti accessibili alla comunità per esaminare come il suolo, feedback idrologici e biogeochimici regolano i flussi di nutrienti.

Sullivan ha affermato che parte del lavoro aiuterebbe a determinare se la struttura del suolo forma un sistema di feedback positivo con il clima che esacerba o riduce la gravità del cambiamento climatico.

"Evidenze recenti pubblicate sulla rivista Natura dal co-PI Hirmas e colleghi mostra che in climi più umidi stiamo avendo una riduzione complessiva della porosità e della capacità di spostare l'acqua, " ha detto. "Mentre i climi si stanno asciugando, vediamo un aumento della porosità e della capacità di aspirare acqua. Poiché un sistema diventa più umido o più secco, le porosità del suolo stanno cambiando, e anche il modo in cui il suolo si muove e immagazzina l'acqua sta cambiando. La domanda che stiamo affrontando in questo progetto è, "Che feedback dà al clima stesso?" In definitiva, quando la terra interagisce con l'atmosfera, ciò che viene scambiato è la distribuzione dell'acqua".