Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) estudaram recentemente como a umidade influencia a respiração heterotrófica do solo. Esse é o processo semelhante ao da respiração, pelo qual os micróbios convertem o carbono orgânico morto no solo em dióxido de carbono.

Globalmente, solos armazenam enormes quantidades de carbono orgânico, alguns dos quais são consumidos por micróbios e exalados como dióxido de carbono. Desta maneira, os solos produzem um grande fluxo natural de dióxido de carbono na atmosfera todos os anos. (A quantidade é grande:cerca de seis vezes maior do que as emissões humanas do mesmo gás de efeito estufa.)

Compreender o que influencia esse fluxo tem enormes implicações para a compreensão das mudanças climáticas e do ciclo do carbono, e para definir metas de emissões.

O estudo de biogeoquímica oferece uma estratégia de modelagem econômica que é a primeira a investigar o efeito da umidade sobre essas taxas de respiração críticas para o clima em uma escala de poros difícil de simular. O artigo também argumenta que as simulações precisam reconhecer a diversidade dos espaços dos poros do solo, e ir além do pressuposto da modelagem de que os solos são homogêneos.

Já é bem conhecido que as condições de umidade no solo afetam as taxas de respiração de micróbios heterotróficos. Mas considere o complexo, mundos minúsculos nos quais a umidade habita e faz seu trabalho. Os solos são feitos de areia, lodo, argilas, e a matéria orgânica formada em "porosferas" em miniatura. Por sua vez, esses habitats microbianos interligados são dilacerados por água e gases.

Modelar a respiração heterotrófica no que os cientistas chamam de "escala de poro" é difícil. Para um, existem grandes desafios computacionais para modelar fluidos em uma escala tão pequena. Para outro, a modelagem em escala de poros é difícil devido às diferenças em microescala dentro do solo. Acontece que a distribuição do carbono orgânico nos solos é altamente localizada. Quanto carbono orgânico vai para onde depende da proteção física, recalcitrância química, conectividade de poros, colônias microbianas não uniformes, e teor de umidade local.

Este estudo, de autoria de Zhifeng Yan, Vanessa Bailey, e quatro outros cientistas do PNNL - é o primeiro a fazer uma investigação em escala de poro de como as taxas de respiração impulsionadas pela umidade são afetadas por fatores que incluem a heterogeneidade da estrutura dos poros do solo, biodisponibilidade de carbono orgânico do solo, distribuição do teor de umidade, e transporte de substrato. Ele também fornece informações sobre os processos físicos que controlam como a respiração do solo responde às mudanças nas condições de umidade. Além disso, as análises numéricas do artigo representam uma abordagem econômica para investigar a mineralização do carbono em solos.

As simulações neste estudo geralmente confirmam várias suposições anteriores:que a taxa de respiração de carbono do solo é uma função do teor de umidade; que essas taxas aumentam à medida que a umidade (e, portanto, a disponibilidade do substrato) aumenta; e que a respiração de carbono do solo diminui após um período ótimo devido à limitação de oxigênio.

Os resultados do modelo do estudo, replicado por pesquisa de campo, também confirmam que as taxas de respiração aumentam com maior porosidade do solo, e que os solos compactados - aqueles com menos porosidade porque não são arados e não perturbados - reduzem a taxa na qual o dióxido de carbono escapa para a atmosfera.

Pelo caminho, o estudo alerta para o perigo de assumir que os solos modelados têm uma porosidade uniforme. É melhor, os pesquisadores dizem, tentar simular a heterogeneidade estrutural - diversidade - dos solos tal como existem na natureza.

Mais pesquisas são necessárias, eles adicionam, sobre como os processos aeróbicos e anaeróbicos acoplados acelerariam ou desacelerariam a quantidade de carbono orgânico sequestrado no solo. Esses processos acoplados não estavam no projeto do estudo.