Pesquisadores do DOE e do USDA usam novos modelos globais para estudar como os controladores ambientais afetam o carbono orgânico do solo, mudanças nas quais podem alterar as concentrações atmosféricas de carbono e afetar o clima. As previsões podem beneficiar os planos de mitigação da indústria.

A natureza oferece uma infinidade de maneiras de controlar sua saúde. Um dos indicadores de maior sucesso é o status do carbono orgânico do solo, ou a concentração de carbono na fração orgânica do solo que consiste em vegetação em decomposição ou produtos animais. Uma pequena mudança nos níveis de carbono pode alterar dramaticamente as concentrações de carbono na atmosfera e afetar o clima.

“O carbono orgânico do solo é importante estudar porque é a propriedade do solo que fornece vários serviços ecossistêmicos para a humanidade, como a desativação de poluentes, conservando a biodiversidade, conservando e purificando a água, aumentando a fertilidade do solo, e mitigação dos impactos das mudanças climáticas, "disse Umakant Mishra, um cientista geoespacial do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE).

Uma colaboração entre o Departamento de Agricultura dos EUA e vários laboratórios nacionais do DOE, incluindo Argonne, estabelecido para prever e modelar o efeito dos controladores ambientais, ou fatores de formação do solo - clima, organismos, topografia, material original e tempo - no carbono orgânico do solo em diferentes escalas espaciais em todo o território continental dos Estados Unidos.

Os resultados do estudo do carbono orgânico do solo têm como objetivo reduzir a incerteza na previsão dos feedbacks globais do carbono para o clima e as mudanças climáticas associadas. Eles também podem fornecer mais certeza sobre como os extremos climáticos futuros podem impactar as atividades de várias indústrias, desde agricultura e seguros de safras até indústrias de conservação de recursos naturais.

Pesquisadores, pela primeira vez, foram capazes de gerar algoritmos de escalonamento para contabilizar uma região geográfica tão grande, usando um grande conjunto de observações de campo disponíveis recentemente, um grande número de fatores ambientais e um algoritmo de aprendizado de máquina - um método de inteligência artificial que aprende com dados específicos para melhorar progressivamente as previsões de novos, dados semelhantes.

Nesse caso, escala refere-se à área em que as propriedades de carbono orgânico do solo são consideradas semelhantes, e o dimensionamento pega as informações coletadas de uma escala espacial e as aplica a outra. Com a região dividida em um padrão de células de grade, a escala espacial usada nesta pesquisa variou de uma resolução mais fina de 100 m a um curso de 50 km entre os centros da grade.

"O teor de carbono orgânico do solo difere em diferentes locais de amostragem, é por isso que precisamos amostrar em locais representativos se pretendemos capturar a heterogeneidade espacial das propriedades do solo na área de estudo, "Mishra disse.

Os algoritmos de escalonamento que ele e seus colaboradores criaram como parte da pesquisa são importantes para os modelos do sistema terrestre, como o Modelo de Sistema Terrestre Exascale de Energia do DOE, além de prever mudanças no clima com mais precisão.

Dimensionamento, Mishra notou, é uma questão que tem sido tradicionalmente ignorada nas ciências biogeoquímicas / naturais, onde se acreditava que propriedades ou processos associados a uma escala espacial podem ser aplicados em escalas menores ou maiores. Na realidade, No entanto, este não é o caso.

Modelos atuais do sistema terrestre, que são usados ​​para prever os feedbacks climáticos do carbono global futuro e as mudanças climáticas associadas, operam em escalas espaciais grosseiras (50-100 km) e atualmente são incapazes de representar controladores ambientais e seus efeitos sobre o carbono orgânico do solo de uma maneira consistente com as observações de campo.

“O controle dos fatores ambientais sobre o carbono orgânico do solo não é consistente com as observações dos modelos atuais de superfície terrestre, ", acrescentou." Acreditamos que as funções de dimensionamento que desenvolvemos nesta pesquisa, que são retirados de várias amostras em uma grande área geográfica, pode melhorar a representação espacial do carbono orgânico do solo na superfície da terra nos modelos do sistema terrestre. "

Entre os resultados do trabalho recente da equipe, os modelos mostraram que os atributos topográficos e do solo eram controladores significativos do carbono orgânico do solo em escalas mais finas. No final mais grosseiro da escala, fatores climáticos e de uso da terra serviram como controladores importantes.

Um artigo sobre o estudo, "A importância e a força dos controladores ambientais das mudanças de carbono orgânico do solo com escala, "aparece no dia 1º de outubro, 2020, emissão de Geoderma (publicado online, 23 de junho 2020).