Os solos e sedimentos sob nossos pés podem conter uma quantidade surpreendente de carbono - mais do que em todas as plantas do mundo e na atmosfera combinadas - e representam uma fonte potencial significativa de dióxido de carbono do gás de efeito estufa.

Em um novo estudo, Os cientistas de Stanford descobriram um mecanismo até então desconhecido que explica por que os micróbios às vezes não conseguem decompor toda a matéria vegetal e animal, deixando carbono sob os pés. Entendendo onde, e quanto tempo, Essa matéria orgânica enterrada é crucial para cientistas e formuladores de políticas preverem e responderem melhor às mudanças climáticas.

"Nossa imagem de como a matéria orgânica é decomposta em solos e sedimentos é incompleta, "disse a autora principal do estudo, Kristin Boye, um cientista associado da equipe da Stanford Synchrotron Radiation Lightsource no SLAC National Accelerator Laboratory e ex-bolsista de pós-doutorado na Stanford's School of Earth, Energia e Ciências Ambientais. "Com este estudo, estamos obtendo novos insights sobre os mecanismos de preservação de carbono em ambientes subterrâneos de baixo ou nenhum oxigênio. "

Em locais com falta de oxigênio, como pântanos e planícies aluviais, microorganismos não decompõem igualmente toda a matéria orgânica disponível, o estudo mostra. Em vez de, compostos de carbono que não fornecem energia suficiente para valer a pena para os microorganismos se degradarem acabam se acumulando. Este carbono passado, Contudo, não fica necessariamente trancado no subsolo a longo prazo. Sendo solúvel em água, o carbono pode infiltrar-se em vias navegáveis ​​ricas em oxigênio, onde os micróbios o consomem prontamente.

A data, modelos de ecossistemas locais e mudanças climáticas mais amplas não conseguiram levar em consideração esse mecanismo de preservação de carbono recém-descoberto, tendo-se concentrado principalmente nas enzimas microbianas e na disponibilidade de outros elementos para a decomposição da matéria orgânica.

"Solos e sedimentos são um reservatório enorme e dinâmico de carbono, "disse o autor sênior do estudo Scott Fendorf, professor de biogeoquímica do solo na Stanford Earth. "É por isso que nos preocupamos com os tempos de rotação aqui, no que diz respeito à rapidez com que o carbono orgânico é degradado e liberado como dióxido de carbono na atmosfera."

Rastreando o destino do carbono

Para o novo estudo, publicado hoje em Nature Geoscience , a equipe de pesquisa coletou amostras de sedimentos enterrados de quatro várzeas na parte superior da bacia do rio Colorado, nos estados do Colorado e Novo México.

A cerca de 3 pés de comprimento, amostras em forma de coluna foram profundas o suficiente para alcançar camadas carentes de oxigênio, onde os micróbios devem mudar de fazer o equivalente microbiano de respirar oxigênio para respirar enxofre. Em ambos os casos, os micróbios combinam oxigênio ou enxofre com alimentos à base de carbono para produzir energia e liberar dióxido de carbono ou dióxido de enxofre na atmosfera. (Esse dióxido de enxofre é responsável pelo cheiro característico de pântanos pobres em oxigênio.)

Para identificar onde nas amostras de sedimentos os micróbios fizeram a troca, os pesquisadores recorreram à instalação de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource. A máquina síncrotron gera luz de raios-X extremamente brilhante que, quando brilhou sobre as amostras, gera um sinal revelando a química do enxofre. A presença de minerais de sulfeto indica onde os micróbios começaram a fazer uso do enxofre junto com o carbono para alimentar seu maquinário bioquímico.

A questão era se a mudança para o enxofre influenciava as fontes de carbono que os micróbios comiam ou deixavam para trás. Descobrir, os pesquisadores contaram com instrumentação única e colaborações dentro do Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico em Richmond, Washington. Com a ajuda de um ímã muito forte, um instrumento chamado espectrômetro de massa no laboratório caracterizou o material orgânico solúvel em água. Os testes descobriram que, em contraste com as camadas onde o oxigênio estava disponível, Os compostos de carbono que sobraram nas amostras de sedimento onde o enxofre foi usado para a respiração eram principalmente do tipo que requer mais energia para se degradar do que seria liberado pela própria degradação. Inútil, então, para micróbios em crescimento, esses compostos de carbono permaneceram nas camadas mais profundas de sedimentos.

Aperfeiçoando modelos do ciclo do carbono

Planícies de inundação, como aqueles amostrados no estudo, estão entre as áreas mais comuns em todo o mundo para a internação de matéria vegetal e animal por sedimentos transmitidos pela água. As condições pobres em oxigênio criadas no subsolo são conhecidas por sequestrar carbono, mas como o estudo sugere, em parte por razões não reconhecidas anteriormente e com consequências imprevistas. Para pessoas tão sujeitas a inundações, as áreas baixas são, por definição, próximas a cursos de água. Solúvel, material orgânico não utilizado pode migrar facilmente para um canal aerado para posterior decomposição, desencadeando a proliferação de algas e outros problemas de qualidade da água, ao mesmo tempo que leva à produção de dióxido de carbono.

Modelos de como os organismos vivos, o chão, os corpos d'água e a atmosfera que reciclam carbono precisarão cada vez mais incorporar nuances-chave, como o mecanismo de preservação descrito no novo estudo de Stanford, a fim de informar a compreensão dos cientistas, bem como as decisões dos formuladores de políticas.

"Acertar as restrições sobre o que realmente controla os processos de decomposição do carbono é essencial, "disse Fendorf." Isso é o que nosso estudo ajuda a iluminar. "