Minerales reactivos de los suelos, carbono lábil y secuestro de carbono: Primeras estimas a escala global

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Minerales reactivos y secuestro de carbono lábil. Fuente Colaje Imágenes Google

Si en nuestra bitácora los post editados fueran proporcionales a las noticias aparecidas en la prensa que versan sobre algún tema determinado, deberíamos denominarnos “los suelos y el secuestro de carbono”. Y a pesar de mi interés en eliminar tal sesgo, posiblemente nos acerquemos ya a mil entradas sobre el tema de las casi 3.000 ya publicadas. En nuestra ciencia, como en todas las demás, resulta mucho más fácil publicar sobre investigaciones de moda que acerca de las que no lo están. Me contaba mi entrañable hermana, ya desaparecida, que cuando surgía un brote epidémico importante, por ejemplo, rápidamente aparecían en la revistas tropecientos artículos, cada cual peor que  el anterior. La mayor parte de ellos no lo hubieran hecho de no haber surgido tal problema de salud. Debe ser que los investigadores bajo la presión del “publica o perece” tiramos de archivos y desempolvamos cualquier cosa que tuviera que ver con el tema candente. Por su parte, como en esos momentos el público reclama esa información, la basura se transmuta en oro.  Sin embargo, el artículo y nota de prensa de la que hablamos hoy, no carecen de interés, ni mucho menos. Ahora bien, en la mentada noticia se pueden leer unos comentarios sobre los que prefiero omitir mi opinión. Obviamente la traducción del resumen del artículo, ofrece una versión considerablemente más razonable.  Os recomiendo que soslayéis cualquier verosimilitud al enfrentaros a los comentarios que se ponen en boca de los autores acerca de la posibilidad de mitigar el cambio climático por la vía del  matrimonio entre los minerales reactivos y secuestro de carbono lábil. Estoy convencido que ha sido un ¿hábil? plumillas de algún gabinete de prensa, que no ellos los autores de la indagación, los que han espetado tantas sandeces, ya que se trata de dos reputados edafólogos de todo la vida, y que no necesitan de las lamentables auto-alabanzas al uso. Se trata de un artículo de revisión sobre un tema casi inexplorado, y así hay que entenderlo. Por lo tanto, abajo os expongo todo el material que he recopilado excepto la Noticia reproducida por Europa Press, que por cierto es de buena calidad, didáctica e inteligible, pero que por el copyright debo omitir.  Recomiendo que la leáis. Ya sabéis que sobre estos temas los post previos pueden estar almacenados en una o más de las siguientes categorías: ‘Suelos y Cambio Climático’; Biomasa y Necromasa en los Suelos: Raíces y Materia Orgánica’ y Biología y Ecología del Suelo’.

La materia orgánica absorbida que es ligada a los minerales reactivos del suelo (que contienen hierro y aluminio) es un mecanismo importante en el secuestro de carbono a largo plazo.  Se supone que puede tratarse de un proceso relevante, empero aun es poco conocido.

A la hora de almacenarse carbono en el suelo, la producción de compuestos orgánicos solubles durante la descomposición microbiana de la materia orgánica y su estabilización a través de ciertas reacciones químicas con minerales reactivos de naturaleza coloidal, que contengan hierro y aluminio (Fe y Al), comienza a ser considerado de gran importancia al respecto.

Es bien sabido que, al menos en gran medida, el clima controla las tasas de meteorización mineral y los tipos de coloides de metal-silicato producidos, así como la naturaleza de los compuestos orgánicos producidos por las plantas. No obstante, por la misma razón, existe una notable variación en las tasas de producción de materia orgánica soluble y sus correspondientes mecanismos de estabilización en el medio edáfico. En otras palabras, la cantidad de carbono que puede tomar el suelo y el que permanece retenido a largo plazo se enuentra condicionado por factores tales como la temperatura y humedad, los cuales cambian notoriamente conforme al clima de la región considerada.

En el artículo que abordamos hoy, los autores dicen haber llegado a la conclusión de que una cuarta parte del carbono que atesora el suelo se encuentra ligado a  los minerales depositados hasta 1,83 metros de su perfil (bajo  la superficie). Seguidamente afirman que tal proceso contribuye entre el 3 y el 72% del carbono orgánico encontrado en el suelo mineral, dependiendo de la precipitación media anual y la evapotranspiración potencial, estimándose que ~ 600 Gt de carbono del suelo es retenido por minerales reactivos, acaeciendo la mayoría en biomas con bosques húmedos. Esta cifra, más o menos, y según los autores, sería aproximadamente el doble del carbono emitido a la atmósfera desde los inicios de  Revolución Industrial.

Ya que el clima resulta ser muy determinante en el secuestro de carbono, como en todos los procesos biogeoquímicos en general (sin agua la alteración de  las rocas es sumamente lenta), no debe extrañarnos que los climas más húmedos sean más propensos para la formación de minerales reactivos eficientes a la hora de almacenar carbono. Como corolario, gran parte de las 600 mil millones de toneladas métricas comentadas en el párrafo anterior, se encuentran en los bosques húmedos y/o enlas zonas tropicales. Mientras tanto, en los lugares semiáridos y áridos tendentes a un “balance hídrico deficitario”, tal potencial mengua rápidamente.

Si dejáramos los comentarios aquí, llegados a este punto, como hacen las notas de prensa y el artículo, el lector no versado en el tema obtendría una imagen distorsionada del secuestro de carbono en la superficie emergida del Planeta.  La razón estriba en que se omitirían las ingentes cantidades de materia orgánica almacenadas en los permafrost (en términos taxonómicos Crisosoles) por otras vías, típicos de los biomas extremadamente fríos, como lo son la tundra y parte de la taiga. Empero si nos vamos en un vuelo supersónico desde los polos al ecuador cabe recordar que aún desconocemos  la cantidad de carbono mineral que pueden secuestrar los suelos en medios semiáridos, áridos y desérticos, en forma de carbonatos. Dejemos las cosas claras. Os dejo ya con la nota de prensa y el resumen traducidos, así comocon  algún material adicional (léase por ejemplo que son los minerales reactivos) del suajili al español-castellano.  

Continúa……..

Juan José Ibáñez

Carbon Storage Wars

by Staff Writers; Santa Barbara CA (SPX) Jan 03, 2019

One answer to our greenhouse gas challenges may be right under our feet: Soil scientists Oliver Chadwick of UC Santa Barbara and Marc Kramer of Washington State University have found that minerals in soil can hold on to a significant amount of carbon pulled from the atmosphere. It’s a mechanism that could potentially be exploited as the world tries to shift its carbon economy.

“We’ve known for quite a long time that the carbon stored on minerals is the carbon that sticks around for a long time,” said Chadwick, co-author of the paper, “Climate-driven thresholds in reactive mineral retention of soil carbon at the global scale,” published in the journal Nature Climate Change. How much carbon the soil can take and how much it can keep, he said, are dependent on factors including temperature and moisture.

“When plants photosynthesize, they draw carbon out of the atmosphere, then they die and their organic matter is incorporated in the soil,” Chadwick explained. “Bacteria decompose that organic matter, releasing carbon that can either go right back into the amosphere as carbon dioxide or it can get held on the surface of soil minerals.”

Guerras de almacenamiento de carbono

Por los escritores del personal; Santa Barbara CA (SPX) 03 de enero de 2019

Una respuesta a nuestros desafíos de gases de efecto invernadero puede estar justo debajo de nuestros pies: los científicos del suelo Oliver Chadwick de UC Santa Barbara y Marc Kramer de la Universidad Estatal de Washington han descubierto que los minerales en el suelo pueden contener una cantidad significativa de carbono extraído de la atmósfera. Es un mecanismo que podría ser explotado mientras el mundo trata de cambiar su economía de carbono.

Hace mucho tiempo que sabemos que el carbono almacenado en los minerales es el carbono que permanece por mucho tiempo“, dijo Chadwick, coautor del artículo, “Umbrales impulsados por el clima en la retención de minerales reactivos del carbono del suelo. A escala global “, publicado en la revista Nature Climate Change. Dijo que la cantidad de carbono que puede tomar el suelo y la cantidad que puede mantener depende de factores como la temperatura y la humedad.

Cuando las plantas realizan la fotosíntesis, extraen carbono de la atmósfera, mueren y su materia orgánica se incorpora al suelo“, explicó Chadwick. “Las bacterias descomponen esa materia orgánica, liberando carbono que puede volver directamente a la atmosfera en forma de dióxido de carbono o puede quedar en la superficie de los minerales del suelo“.

Water plays a significant role in the soil’s ability to retain carbon, say the researchers. Chadwick and Kramer consulted soil profiles from the National Ecological Observatory Network (NEON) and from a globally representative archived data set for this first-ever global-scale evaluation of the role soil plays in producing dissolved organic matter and storing it on minerals.

Wetter climates are more conducive to formation of minerals that are effective at storing carbon, therefore much of the Earth’s estimated 600 billion metric tons of soil-bound carbon is found in the wet forests and tropical zones. Arid places, meanwhile, tend to have a “negative water balance” and can thus store far less organic carbon. According to Chadwick, the findings suggest that even a small, strategic change in the water balance could drive greater carbon storage.

“That’s not as easy as it sounds, because water is dear,” Chadwick said, and in places where a shift in soil moisture could tip the water balance from negative to positive – like the desert – there’s not enough water to begin with. “So, it doesn’t actually make any sense to spread a lot of water out over the landscape because water is hugely valuable,” he added.

Climate change is another driver to consider. As the Earth warms, microbial activity increases and, in turn, so does the potential for carbon to be released back into the atmosphere at a greater rate than photosynthesis can draw it out. Increased evaporation due to a warmer climate also decreases the amount of water in the soil available to dissolve and move carbon to minerals deep below the surface.

El agua juega un papel importante en la capacidad del suelo para retener el carbono, dicen los investigadores. Chadwick y Kramer consultaron los perfiles de suelo de la Red Nacional de Observatorios Ecológicos (NEON) y de un conjunto de datos archivados representativos a nivel mundial para esta primera evaluación a escala global del papel que juega el suelo en la producción de materia orgánica disuelta y su almacenamiento en minerales.

Los climas más húmedos son más propicios para la formación de minerales que son efectivos para almacenar carbono, por lo que gran parte de las 600 mil millones de toneladas métricas estimadas de la Tierra de carbono ligado al suelo se encuentran en los bosques húmedos y las zonas tropicales. Mientras tanto, los lugares áridos tienden a tener un “balance hídrico negativo” y, por lo tanto, pueden almacenar mucho menos carbono orgánico. Según Chadwick, los hallazgos sugieren que incluso un pequeño cambio estratégico en el balance hídrico podría impulsar un mayor almacenamiento de carbono.

“Eso no es tan fácil como parece, porque el agua es cara“, dijo Chadwick, y en lugares donde un cambio en la humedad del suelo podría inclinar el balance hídrico de negativo a positivo, como el desierto, para empezar, no hay suficiente agua. “Entonces, en realidad no tiene sentido esparcir mucha agua sobre el paisaje porque el agua es muy valiosa“, agregó.

El cambio climático es otro factor a tener en cuenta. A medida que la Tierra se calienta, la actividad microbiana aumenta y, a su vez, también lo hace el potencial de que el carbono se libere de nuevo en la atmósfera a un ritmo mayor del que la fotosíntesis puede extraer. El aumento de la evaporación debido a un clima más cálido también disminuye la cantidad de agua en el suelo disponible para disolver y mover el carbono a los minerales que se encuentran debajo de la superficie.

There is still a lot to investigate and several hurdles to overcome as soil scientists everywhere consider ways to tip the balance of the Earth’s soil from carbon source to carbon sink, but according to these researchers, understanding this relatively little-known but highly significant carbon storage pathway is a start.

“We know less about the soils on Earth than we do about the surface of Mars,” said Kramer. “Before we can start thinking about storing carbon in the ground, we need to actually understand how it gets there and how likely it is to stick around. This finding highlights a major breakthrough in our understanding.”

Among the next steps for the scientists is to date the mineral-stored carbon in the soil to better understand how long these reactive (typically iron and aluminum) minerals can keep carbon out of the air. “Which is really important if we’re going to put effort into trying to store carbon in the soil,” Chadwick said. “Is it going to stay there long enough to matter? If we put it in and it comes out five years later, it’s not solving our problem, and we ought to be barking up a different tree.”

Research paper

Todavía hay mucho que investigar y varios obstáculos que superar, ya que los científicos del suelo en todas partes consideran formas de inclinar el equilibrio del suelo de la Tierra desde la fuente de carbono hasta el sumidero de carbono, pero según estos investigadores, comprenden este almacenamiento de carbono relativamente poco conocido pero muy importante El camino es un comienzo.

Sabemos menos sobre los suelos en la Tierra que nosotros sobre la superficie de Marte“, dijo Kramer. “Antes de que podamos comenzar a pensar en almacenar carbono en el suelo, necesitamos entender realmente cómo llega allí y qué tan probable es que se quede. Este hallazgo resalta un avance importante en nuestra comprensión”.

Entre los próximos pasos para los científicos está el fechar el carbono almacenado en el suelo para comprender mejor por cuánto tiempo estos minerales reactivos (generalmente hierro y aluminio) pueden mantener el carbono fuera del aire. “Lo que es realmente importante si vamos a esforzarnos para tratar de almacenar carbono en el suelo”, dijo Chadwick. “¿Se quedará el tiempo suficiente como para importar? Si lo colocamos y sale cinco años después, no está resolviendo nuestro problema y deberíamos estar ladrando un árbol diferente”.

Otra versión del estudio en otro boletín de noticias.

Storage Wars

UC Santa Barbara researcher conducts first-ever global-scale evaluation of the role of soil minerals in carbon storage.

By Sonia Fernandez; Wednesday, January 2, 2019 – 10:30; Santa Barbara, CA.

Resumen del Trabajo Original:

Climate-driven thresholds in reactive mineral retention of soil carbon at the global scale: Marc G. Kramer & Oliver A. Chadwick, Nature Climate Change, 8: 1104–1108 (2018) | Download Citation

Soil organic matter can release carbon dioxide to the atmosphere as the climate warms. Organic matter sorbed to reactive (iron- and aluminium-bearing) soil minerals is an important mechanism for long-term carbon storage. However, the global distribution of mineral-stored carbon across climate zones and consequently its overall contribution to the global soil carbon pool is poorly known. We measured carbon held by reactive minerals across a broad range of climates. Carbon retained by reactive minerals was found to contribute between 3 and 72% of organic carbon found in mineral soil, depending on mean annual precipitation and potential evapotranspiration. Globally, we estimate ~600 Gt of soil carbon is retained by reactive minerals, with most occurring in wet forested biomes. For many biomes, the fraction of organic carbon retained by reactive minerals is responsive to slight shifts in effective moisture, suggesting high sensitivity to future changes in climate.

La materia orgánica del suelo puede liberar dióxido de carbono a la atmósfera a medida que el clima se calienta. La materia orgánica absorbida a minerales del suelo reactivos (que contienen hierro y aluminio) es un mecanismo importante para el almacenamiento de carbono a largo plazo. Sin embargo, la distribución global de carbono almacenado en minerales a través de las zonas climáticas y, en consecuencia, su contribución global a la reserva global de carbono en el suelo es poco conocida. Medimos el carbono que contienen los minerales reactivos en una amplia gama de climas. Se encontró que el carbono retenido por los minerales reactivos contribuye entre el 3 y el 72% del carbono orgánico encontrado en el suelo mineral, dependiendo de la precipitación media anual y la evapotranspiración potencial. A nivel mundial, estimamos que ~ 600 Gt de carbono del suelo es retenido por minerales reactivos, y la mayoría ocurre en biomas de bosques húmedos. Para muchos biomas, la fracción de carbono orgánico retenido por minerales reactivos responde a cambios leves en la humedad efectiva, lo que sugiere una alta sensibilidad a los cambios futuros en el clima.

Soils form by incongruent weathering of rock minerals, the incorporation of degraded organic matter and the subsequent reorganization of their chemical constituents. Fundamental to C storage in soil is the production of soluble organic compounds during microbial decomposition of organic matter and its stabilization via ligand exchange reactions with hydroxyl groups on the surfaces of newly formed mineral colloids1,2. Even small amounts of these Fe- and Al-bearing reactive mineral colloids provide an important substrate for storing organic compounds. Dissolved organic carbon (DOC) retained by mineral colloids is known to be an important mechanism for long-term C accumulation in mineral soil2,3,4,5,6,7,8,9. Because climate controls the rates of mineral weathering and the types of metal–silicate colloids produced, as well as the nature of organic compounds produced by plants, there is considerable variation in the production rates of soluble organic matter and its stabilization mechanisms within Earth’s soils.

Although climate is an important factor in soil formation10, its role in regulating both the supply of DOC and the concomitant formation of reactive minerals to store that C has not been evaluated on a global scale. Local studies show that shifts in soil water balance cause nonlinear changes in many soil properties, including pH, nutrient supply11,12,13,14 as well as biological properties15,16 that are likely to be important in determining the amount and type of C storage17. At a global scale, climate determines a strong pH shift from 8 to 5 over a relatively narrow range of effective moisture18. Although this range in soil pH implies large differences in soil chemical processes and the mechanisms governing C stabilization19, we have little understanding of how ‘effective moisture’ influences soil C sorption by reactive minerals in broadly varying biomes.

Los suelos se forman por la degradación incongruente de los minerales de roca, la incorporación de materia orgánica degradada y la subsiguiente reorganización de sus componentes químicos. Fundamental para el almacenamiento de C en el suelo es la producción de compuestos orgánicos solubles durante la descomposición microbiana de la materia orgánica y su estabilización a través de reacciones de intercambio de ligando con grupos hidroxilo en las superficies de los coloides minerales recién formados1,2. Incluso pequeñas cantidades de estos coloides minerales reactivos que contienen Fe y Al proporcionan un sustrato importante para almacenar compuestos orgánicos. Se sabe que el carbono orgánico disuelto (DOC) retenido por los coloides minerales es un mecanismo importante para la acumulación de C a largo plazo en el suelo mineral 2,3,4,5,6,7,8,9. Debido a que el clima controla las tasas de meteorización mineral y los tipos de coloides de metal-silicato producidos, así como la naturaleza de los compuestos orgánicos producidos por las plantas, existe una variación considerable en las tasas de producción de materia orgánica soluble y sus mecanismos de estabilización en los suelos de la Tierra.

Si bien el clima es un factor importante en la formación del suelo10, su papel en la regulación tanto del suministro de DOC como de la formación concomitante de minerales reactivos para almacenar ese C no se ha evaluado a escala mundial. Los estudios locales muestran que los cambios en el balance hídrico del suelo causan cambios no lineales en muchas propiedades del suelo, incluido el pH, el suministro de nutrientes11,12,13,14, así como las propiedades biológicas15,16 que probablemente sean importantes para determinar la cantidad y el tipo de almacenamiento de C17 . A escala global, el clima determina un fuerte cambio de pH de 8 a 5 en un rango relativamente estrecho de humedad efectiva. Si bien este rango en el pH del suelo implica grandes diferencias en los procesos químicos del suelo y los mecanismos que gobiernan la estabilización de C19, tenemos poca comprensión de cómo la “humedad efectiva” influye en la absorción del suelo por minerales reactivos en biomas muy variados.

En esta página Web se explica la reactividad de los minerales del suelo. os dejo solo la entradilla:

3.3.1.- Constituyentes de origen mineral

Los minerales que componen el suelo pueden ser tan variados como lo sea la naturaleza de las rocas sobre las que se implanta. No obstante, hay una tendencia general de la mineralogía del suelo hacia la formación de fases minerales que sean estables en las condiciones termodinámicas del mismo, lo cual está condicionado por un lado por el factor composicional, y por otro por el climático, que condiciona la temperatura, la pluviosidad, y la composición de las fases líquida y gaseosa en contacto con el suelo.

Los minerales del suelo pueden ser de dos tipos: 1) heredados, es decir, procedentes de la roca-sustrato que se altera para dar el suelo, que serán minerales estables en condiciones atmosféricas, resistentes a la alteración físico-química; y 2) formados durante el proceso edafológico por alteración de los minerales de la roca-sustrato que no sean estables en estas condiciones. Los más importantes, y los condicionantes para su presencia en el suelo serían los siguientes:

Noticia reproducida por Europa Press

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Gran parte del carbono del planeta, a dos metros bajo tierra Actualizado 26/11/2018 17:13:29 CET WIKIPEDIA MADRID, 26 Nov. (EUROPA PRESS) – Una cuarta parte del carbono que posee el suelo terrestre está unido a minerales depositados hasta 1,83 metros por debajo de la superficie, según un estudio de la Washington State U …

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https://www.europapress.es/ciencia/habitat-y-clima/noticia-gran-parte-carbono-planeta-dos-metros-tierra-20181126171232.html

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