Os modelos atuais do ciclo do carbono podem subestimar a quantidade de dióxido de carbono liberado do solo durante as estações chuvosas em florestas temperadas, como as encontradas no nordeste dos Estados Unidos, de acordo com pesquisadores da Penn State.

As raízes das árvores e os micróbios usam oxigênio para converter o carbono orgânico do solo em dióxido de carbono (CO ₂ ) para obter energia por meio de um processo denominado respiração aeróbica. Esta versão do CO ₂ dos solos para a atmosfera representa o maior fluxo de carbono dos ecossistemas terrestres, tornando-o um componente-chave do orçamento global de carbono. A respiração aeróbica é o processo dominante que contribui para esse fluxo, mas os pesquisadores descobriram que em condições úmidas, a respiração anaeróbica - ou respiração sem oxigênio - também contribui significativamente para o fluxo.

"Nos modelos atuais, as quantidades de dióxido de carbono e oxigênio são controladas pelo consumo de oxigênio e pela produção de dióxido de carbono por meio da respiração aeróbica, "disse Caitlin Hodges, doutorando no Departamento de Ciência e Gestão de Ecossistemas. "Geralmente é uma relação um-para-um de consumo e produção. Mas descobrimos que, especialmente no verão, houve um sinal significativo de respiração anaeróbica causada pelas raízes tendo uma maior demanda por oxigênio e superando os micróbios. Os micróbios então têm que passar a usar respiração anaeróbica. "

Uma referência para interpretar os processos do solo afetados pelo dióxido de carbono e oxigênio do solo é calcular o quociente respiratório aparente (ARQ), que combina as concentrações de dióxido de carbono e oxigênio em um valor.

"Se ARQ for igual a um, isso significa que a respiração aeróbica é o processo de controle, "disse Hodges." Se houver um desvio significativo de um, então isso nos diz que algo mais está controlando as concentrações de gás no solo. "

Os cientistas estudaram a respiração do solo em uma bacia hidrográfica de xisto e uma bacia hidrográfica de arenito no Observatório da Zona Crítica Susquehanna Shale Hills, financiado pela National Science Foundation. Eles mediram os níveis de dióxido de carbono e oxigênio no solo cerca de 20 e 16 polegadas abaixo do solo e logo acima da camada rochosa onde termina o solo.

"Caitlin interpretou a amostra de gás do solo como um policial interpreta o teste do bafômetro de um motorista embriagado, "disse Susan Brantley, distinto professor de geociências e diretor do Earth and Environmental Systems Institute (EESI) na Penn State. "A química do gás preso no solo fornece uma imagem do que as bactérias estão fazendo."

A equipe descobriu que o ARQ às vezes sinalizava respiração anaeróbica significativa pelos micróbios. Durante a respiração anaeróbica, os micróbios deixaram de usar oxigênio para metais oxidados, como ferro e manganês, para o crescimento.

"Quando vemos grandes números no ARQ, isso significa que temos mais dióxido de carbono do que os níveis de oxigênio sugerem, "disse Jason Kaye, professor de biogeoquímica do solo. "Como isso pode acontecer? Pode acontecer porque o CO ₂ está sendo produzido sem consumo de oxigênio, e isso é exatamente o que é um processo anaeróbico. É isso que esses grandes números significam. Você está vendo mais dióxido de carbono do que você esperaria da respiração aeróbica. "

A pesquisa da equipe da Penn State, relatado no Jornal da Sociedade de Ciências do Solo da América , é o primeiro a usar o ARQ para encontrar evidências de um padrão sazonal de respiração anaeróbica em florestas temperadas.

Os pesquisadores também calcularam a quantidade total de dióxido de carbono - 36 gramas por metro quadrado - que deixa o sistema do solo todos os anos devido à respiração anaeróbica. Eles disseram que a estimativa conservadora constitui 10% de toda a respiração feita por micróbios do solo em seus locais de pesquisa, o que é um grande número, já que os cientistas não acham que essas florestas temperadas úmidas apresentem muita respiração anaeróbica.

“Espera-se que o nordeste dos Estados Unidos tenha mais chuvas com as mudanças climáticas, "disse Hodges." Esperamos que esta respiração anaeróbica se torne um processo mais dominante nestes sistemas florestais, e nossos modelos de carbono do solo ainda não levam isso em consideração. "

Brantley disse que novas abordagens, como amostragem de gás do solo, são necessárias para entender como os solos responderão às mudanças climáticas.