Cantina umida. Vecchi calzini. Uova marce. Sterco di vacca fumante.

Credici o no, questi sono i profumi della nostra ricerca, che ci ha portato attraverso l'Artico europeo dalla Scandinavia settentrionale a molti angoli della Groenlandia. Stiamo studiando il rilascio di un particolare gruppo di composti dalla tundra artica mentre il clima si riscalda.

In un viaggio, abbiamo aiutato alcuni dei nostri colleghi a scavare nel terreno ghiacciato per recuperare un nucleo di permafrost, e abbiamo notato un forte, odore caratteristico.

Possiamo descriverlo meglio come un odore sgradevole di uova marce mescolato con il fresco profumo del terreno dopo la pioggia. Ed è questa puzza che ci ha portato a credere che ci sia molto di più che solo anidride carbonica e metano, entrambi sono gas serra inodori, essere rilasciato nell'atmosfera quando il permafrost si scioglie.

Così, abbiamo riportato parte del terreno del permafrost al nostro laboratorio a Copenhagen. Abbiamo messo i campioni in barattoli di vetro, li collegò a un analizzatore di gas estremamente sensibile per vedere cosa fossero questi gas.

Con nostra sorpresa abbiamo trovato non solo un paio di gas trascurati, ma diverse centinaia di diversi tipi di gas fuoriescono dal permafrost in disgelo. Molti di loro odorano davvero, ma in laboratorio ne abbiamo scoperti molti altri tanto inodori quanto invisibili.

Vivere nel permafrost

Ma cosa sono questi gas? E da dove vengono? La risposta sta nella vita batterica nascosta in questi terreni ghiacciati.

I gas appartengono a un gruppo di sostanze chimiche note collettivamente come composti organici volatili o COV, prodotta dai batteri.

Il suolo del permafrost potrebbe sembrare un luogo piuttosto inospitale con temperature costantemente sotto lo zero. Ma, un grammo di questo freddo, Il suolo artico può contenere milioni di batteri.

La maggior parte sopravvive entrando in uno stato dormiente metabolicamente inattivo, ma alcuni di loro si sono adattati alle dure condizioni e rimangono attivi. Per esempio, alcuni batteri contengono proteine ​​antigelo che impediscono la formazione di cristalli di ghiaccio nelle cellule abbassando il punto di congelamento dell'acqua.

Infatti, il permafrost ospita una grande diversità di vita microbica. Prosperano nelle vene di salamoia liquida che attraversano il terreno ghiacciato, dove il punto di congelamento è più basso a causa della grande quantità di sale. E possono anche sopravvivere nella parte superiore del permafrost, dove può infiltrarsi l'acqua di fusione dal terreno non ghiacciato sopra.

Chiacchiere batteriche

I batteri probabilmente non sperimentano angoscia o crisi di mezza età, e la vita come batterio probabilmente non è così complicata. Ciò nonostante, comunicano tra loro e con l'ambiente circostante.

I batteri producono VOC per agire come segnali che consentono ad altri batteri di sapere quando riprodursi o implementare misure di difesa contro potenziali nemici.

Altri COV vengono rilasciati senza uno scopo specifico. Sono semplicemente un sottoprodotto dell'evaporazione o una miriade di altre attività in corso nelle comunità microbiche.

Così, i gas del permafrost che abbiamo osservato nel nostro esperimento erano essenzialmente prodotti della vecchia comunicazione batterica e dell'attività metabolica.

Mentre l'attività batterica nel permafrost è molto bassa, questi gas possono accumularsi per lungo tempo. Mentre si accumulano lentamente, rimangono intrappolati in questi antichi suoli di permafrost, che può avere milioni di anni e alla fine accumulare una notevole quantità di gas. Questo potrebbe spiegare il grande, rilascio rapido di gas che abbiamo osservato al momento dello scongelamento.

Bar gratuito nel permafrost

Delle centinaia di COV che abbiamo misurato, l'etanolo si è distinto in particolare, poiché rappresentava il 50 per cento della massa rilasciata dal permafrost in disgelo.

Il gas etanolo indica i processi di fermentazione nel permafrost congelato. La quantità di etanolo rilasciata è stata impressionante e mette in evidenza la vulnerabilità del permafrost e il possibile impatto che questo serbatoio di carbonio potrebbe avere sulla chimica generale dell'atmosfera.

Se noi come pianeta, trascurare di ridurre le emissioni di gas serra, quindi è probabile che il successivo riscaldamento globale provochi il disgelo del 40-80 per cento dei suoli di permafrost vicini alla superficie entro la fine di questo secolo.

Supponendo che tutti i suoli di permafrost emettano la stessa quantità di etanolo che abbiamo osservato, il riscaldamento climatico porterà al rilascio di 1, 000 miliardi di tonnellate di etanolo. Questo è equivalente a 21, 500 anni di emissioni di traffico da una città delle dimensioni di Los Angeles, la città più congestionata del mondo, supponendo che tutte le auto usassero l'etanolo come benzina.

Come almeno una parte della popolazione umana, anche i batteri consumano avidamente etanolo. Il permafrost è ricoperto da uno strato di terreno che si scongela ogni estate, il cosiddetto "strato attivo". Lo strato di suolo attivo ospita una comunità microbica attiva pronta a bere sui gas VOC del permafrost come l'etanolo, mentre si diffondono verso l'alto per raggiungere l'atmosfera.

COV nel menu

Siamo stati in grado di osservare questi gas perché abbiamo scavato nel profondo permafrost e li abbiamo portati fisicamente in superficie. A quel punto il terreno ghiacciato si è scongelato e i gas sono stati rilasciati.

Ma cosa accadrebbe nella "vita reale", se i gas non fossero fisicamente disturbati in questo modo? Raggiungerebbero comunque la superficie se venissero lasciati a diffondersi in superficie da soli?

Mentre i COV vengono rilasciati da alcuni batteri, potrebbero essere cibo per gli altri. Quindi la domanda era se i gas VOC del permafrost sarebbero stati mangiati da microrganismi che vivono nello strato attivo del suolo, e quindi impedito di raggiungere l'atmosfera?

Per testare questo, abbiamo impostato un altro esperimento, in cui abbiamo confrontato il rilascio di VOC dai barattoli di vetro con il solo permafrost ai barattoli di vetro che contenevano sia il permafrost che uno strato di terreno attivo.

Abbiamo visto che lo strato attivo è stato colonizzato da microrganismi assetati poiché quasi tutti i COV del permafrost non sono mai riusciti a superare lo strato attivo del suolo.

Questo allora significa, che i COV rilasciati dal permafrost non influenzeranno l'atmosfera?

Molto probabilmente no. L'Artico sta attualmente sperimentando un riscaldamento climatico al doppio del tasso del resto del pianeta, e questo significa che il permafrost si sta scongelando con velocità crescente.

Il congelamento e lo scongelamento periodici sono processi potenti che causano smottamenti e spingono in superficie gli strati più profondi del suolo. Tale rimodellamento del paesaggio espone i terreni ghiacciati del permafrost al contatto diretto con l'atmosfera, consentendo ai COV di bypassare i batteri assetati.

Il terreno affonda?

Abbiamo scoperto anche un altro importante processo:cioè, la capacità dei batteri di consumare grandi quantità di COV nel suolo sopra il permafrost, anche a basse temperature.

Come i batteri, alberi e altre piante utilizzano i COV per scopi di comunicazione e difesa. E in effetti, Il rilascio di COV dalle piante è 10-1000 volte superiore rispetto al suolo.

I COV emessi dalla vegetazione turbinano nell'aria vicino al suolo, prima che alla fine raggiungano l'alta atmosfera. Ma cosa succede quando questi COV atterrano brevemente sulla superficie del suolo?

Se il suolo assorbe efficacemente i COV emessi dalle piante e quindi riduce il rilascio netto di COV nell'atmosfera, questo potrebbe avere conseguenze per i COV nell'atmosfera.

I COV influenzano l'atmosfera in vari modi, molti dei quali non sono completamente compresi. Per esempio, se miscelati con i COV di scarico del traffico contribuiscono alla produzione di inquinamento atmosferico. Possono anche unirsi per formare minuscole particelle e persino nuvole, che può raffreddare il pianeta. D'altra parte, I COV possono anche aumentare le concentrazioni di metano atmosferico e ozono, che sono entrambi potenti gas serra.

Così, proprio adesso, siamo in laboratorio e stiamo conducendo esperimenti per capire con precisione come i COV vengono rilasciati dal permafrost in diverse situazioni per capire come questo potrebbe cambiare in futuro mentre il clima continua a riscaldarsi.

I COV mitigano o accelerano il riscaldamento climatico

Gli scienziati del clima sono interessati ai COV, perché possono alterare l'equilibrio fisico e chimico dell'atmosfera.

A seconda dei composti specifici, condizioni meteorologiche, e con quali altri gas si mescolano nell'aria, I COV possono avere un effetto riscaldante o raffreddante sul clima.

I COV facilitano la crescita delle particelle atmosferiche e inducono la formazione di nubi che raffreddano il clima riflettendo la radiazione solare nello spazio.

D'altra parte, I COV possono contribuire alla formazione di ozono troposferico, che è un gas serra. Le reazioni a cui partecipano i COV possono anche prolungare la durata del metano, un altro gas serra. Questo ha il potenziale per amplificare il riscaldamento climatico.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di ScienceNordic, la fonte affidabile per le notizie scientifiche in lingua inglese dai paesi nordici. Leggi la storia originale qui.