Alteracion-de-las-rocas-zona-criticaFuente: Colaje imágenes Google

En nuestra categoría “Zona Crítica Terrestre y el Futuro de la edafología” hemos ido almacenando todos los posts acerca de esta nueva disciplina a caballo entre la edafología, y otras ciencias afines, pero que nos debiera concernir fundamentalmente a los expertos en las ciencias del suelo con horizontes mentales expandidos hacia el conjunto del sistema biogeosférico. En 2006,  aproximadamente se lanzó esta nueva visión y ya, en 2007, hice en español-castellano mi primera contribución que, lamentablemente, puedo observar que no sirvió de ejemplo en el mundo hispano parlante. Hoy tan solo quiero exponeros un artículo en acceso abierto publicado en la revista Nature. En este último se detalla una revisión del estado de la alteración de los suelos en el contexto del lamentablemente denominado sistema climático. Os he traducido el principio y el final. Especialmente os recomiendo una lectura del último, y más concretamente del del apartado denominado “perspectiva”. 

De hecho, como ya vimos en algunos posts precedentes, una buena parte de la diversidad mineralógica del Planeta Tierra se construyó mediante la interacción de organismos vivos y materiales abióticos. Más aun, se ha postulado en varias ocasiones que, incrementos o disminuciones en la tasa de alteración de las rocas han dado lugar a cambios conspicuos de todo el sistema climático, como os comentamos en nuestro postLa Alteración de los Rocas y La Génesis de Suelos Regulan el Sistema Climático”.  Se trata de un proceso clave en la comprensión del sistema biogeosférico, fatídicamente llamado climático.

Insisto que recomiendo a lectura completa del documento original, teniendo fundamentalmente esta entradilla la intención de que piquéis mi anzuelo. Una perspectiva más amplia de los suelos, como lo es la Zona Crítica, insisto que expande nuestras mentes y estimula nuevas generalizaciones más creativas. ¿No os animáis?

Juan José Ibáñez

Continúa…….

La contribución de los organismos vivos a la meteorización de rocas en la zona crítica Publicado: 20 Diciembre 2022

Bastien SalvajeRubén Gerrits & Steeve Bonneville 

npj Degradación de materiales volume 6, Número de artículo: 98 (2022) Citar este artículo

 Abstracto

La meteorización de rocas es un proceso clave en el ciclo elemental global. La vida participa en este proceso con consecuencias tangibles observadas desde la interfaz mineral hasta la escala planetaria. Múltiples líneas de evidencia muestran que los microorganismos pueden desempeñar un papel fundamental, pero pasado por alto, en la intemperie. Este tema se revisa aquí con énfasis en las siguientes preguntas que siguen sin respuesta: ¿Cuál es la contribución cuantitativa de bacterias y hongos a la intemperie? ¿Cuáles son los mecanismos asociados y dejan huellas características en las superficies minerales o en el registro geológico? ¿La meteorización biogénica cumple una función ecológica, o ocurre como un efecto secundario de funciones metabólicas y procesos biológicos no relacionados? Se ofrece una visión general de los esfuerzos para integrar la contribución de los organismos vivos en los modelos de transporte reactivo. También destacamos las oportunidades potenciales para aprovechar la meteorización microbiana con el fin de apoyar las prácticas agroforestales sostenibles y las actividades mineras, la remediación del suelo y el secuestro de carbono.

Introducción

En la superficie de la Tierra, las fuerzas tectónicas exponen continuamente las rocas a la intemperie. Este proceso geológico conduce a la descomposición progresiva de los sustratos rocosos, convirtiendo el lecho rocoso en regolito y liberando elementos que alimentan los ciclos biogeoquímicos globales. En particular, la meteorización química de los silicatos de Mg y Ca, junto con la deposición de carbonatos de Mg y Ca, da como resultado un flujo neto de CO.2 de la atmósfera a la litosfera que controla el concentraciones de CO2 atmosférico y, por lo tanto, clima a lo largo de escalas de tiempo geológicas (>105 años). Además, los minerales formadores de rocas constituyen una fuente esencial de elementos necesarios para formar minerales secundarios de aluminosilicato constitutivos de la matriz del suelo y necesarios para el desarrollo de los ecosistemas.

La necesidad de una comprensión fundamental de la dinámica de la composición atmosférica presente (y pasada), la pedogénesis y los ciclos de elementos en general, se ha acentuado en los últimos años con desafíos climáticos y de sostenibilidad apremiantes que requieren modelos precisos para la evolución de los gases de efecto invernadero y la renovación de recursos limitados, incluidos el suelo y los nutrientes. Esto ha llevado a aumentar los esfuerzos para comprender y cuantificar el proceso de meteorización de las rocas.

Inicialmente conceptualizado solo en términos de reacciones de disolución abiótica, las últimas dos décadas han visto una creciente evidencia del potencial de los organismos vivos, incluidas las bacterias. Hongos, plantas, y animales para influir en la intemperie, solo o sinérgicamente. Dependiendo de las condiciones ambientales o experimentales, se ha observado que los organismos aumentan las tasas de meteorización y también ocasionalmente inhiben el efecto de los procesos de meteorización abiótica (es decir, bioprotección, BP), retardando la meteorización mineral. Se han acuñado varios términos para describir el efecto acelerado de los organismos vivos en los procesos de meteorización, incluida la meteorización biológica, biometeorización, o meteorización biogénica, denominado equivalentemente BW en lo sucesivo. La contribución de microorganismos (es decir, bacterias, hongos y arqueas) a la meteorización mediada por BW o microbiana. Se denominará aquí MW. BW, BP y MW tienen lugar principalmente en la Zona Crítica (CZ), que corresponde a la porción de la corteza terrestre, que generalmente se extiende desde la parte superior del dosel de los árboles hasta el fondo de los acuíferos superficiales, donde las rocas se encuentran con la vida (incluidos los humanos) y donde la interacción de los procesos químicos, biológicos, físicos y geológicos apoyan la vida en la superficie de la Tierra. Los procesos de CZ afectan factores que van desde la química y la textura del suelo hasta la topografía de la superficie de la Tierra a través de la intemperie, el ciclo biogeoquímico y la erosión, y son críticos para el desarrollo de los ecosistemas naturales y las sociedades humanas.

La contribución de la vida a la meteorización mineral fue revisada varias veces en el pasado, ya sea con una perspectiva general o centrándose en organismos específicos (plantas), gérmenes, simbiosis micorrícica, y hongos) o sistemas específicos (ecosistemas forestales, nichos ecológicos como la mineralosfera, sustratos minerales como rocas carbonatadas o vidrios de silicato). Además, MW también se revisó a través del prisma de hipótesis de investigación específicas o temas (por ejemplo, escalas espaciales).

La presente revisión examina específicamente el papel de BW de las plantas y los microorganismos, que en conjunto representan el >99% de la biomasa de la Tierra. (Fig. 1), con énfasis en bacterias y hongos que pueden merecer una atención particular como se demuestra a continuación. Debido a que este tema ya fue ampliamente revisado, nuestro objetivo aquí es resaltar los puntos clave y abrir debates que creemos que son esenciales para avanzar en nuestra comprensión de BW.

Fig. 1: Interacciones fluido-mineral-(micro)organismo a través de escalas.

 

Pie de figura de la primera gráfica del trabajo de Nature: Una representación científica del sistema terrestre de la biosfera en la intersección de los diferentes componentes del sistema terrestre escalado a sus respectivos volúmenes, proporcionando una composición global aproximada (en vol. %) de los compartimentos que interactúan en la superficie de la Tierra, así como el código de color utilizado en esta revisión. b Coevolución de un sustrato rocoso y un paisaje sobre el suelo impulsada por el «forzamiento externo» (es decir, la radiación solar que impulsa el clima y la fotosíntesis) y el «forzamiento interno» (principalmente procesos del manto que resultan en geodinámica, incluida la elevación, el vulcanismo, etc.). La meteorización (bio)química de las rocas es una consecuencia importante de estos forzamientos, junto con otros procesos como la erosión. El regolito se desarrolla desde el lecho rocoso, con la formación de saprolita y horizontes del suelo (pedogénesis), a medida que las plantas y los microorganismos se desarrollan en superficies minerales (desarrollo del ecosistema). Los sustratos rocosos colonizados por arqueas y bacterias (verdes), así como hongos (amarillo), ya sea en rocas desnudas (1), en la rizosfera (2), en el ambiente del suelo (3) o más profundo en el subsuelo (4), constituyen posibles puntos calientes de biometeorización (ver cuadros blancos). c Representación similar en escalas de espacio y tiempo más bajas para ambientes superficiales y subsuperficiales, donde la colonización de superficies minerales por microorganismos pioneros es seguida por el desarrollo de biopelículas por bacterias, arqueas y hongos (verde). Nótese, tanto en los paneles (b) como en (c), la presencia de microorganismos en la interfaz entre las superficies minerales y su entorno (ya sea fluido a granel o el resto del ecosistema) donde pueden mediar flujos que son clave para los procesos de BW. Estos incluyen la transferencia de agua y nutrientes inorgánicos (flechas azules), así como un flujo recíproco de carbono y nitrógeno de la atmósfera (CO2, N2) a la rizosfera (moléculas orgánicas como ácidos o carbohidratos, rojo) mediadas principalmente por la fotosíntesis de las plantas y la fijación de nitrógeno.

En la primera sección, describimos el papel de dos actores clave, las plantas y los microorganismos. Destacamos los siguientes puntos: (1) el estudio del efecto de las plantas en los procesos de meteorización, más allá de las implicaciones fundamentales, también ha estimulado el estudio de los procesos subyacentes de MW, y (2) los microorganismos juegan un papel importante en los procesos de BW. Mostramos que constituyen la mayor parte de la interfaz entre la litosfera y la biosfera, donde están adaptados para interactuar con sustratos minerales, por un lado, pero también con algunos socios simbióticos por otro lado, apoyando así el desarrollo de los ecosistemas. En una segunda sección, describimos brevemente el estado del arte de la biometeorización, con un énfasis particular en los microorganismos. Revisamos (1) los principales mecanismos de BW (¿cómo?), (2) los factores actuales de mejora el BW encontrados en la literatura (¿cuánto?), y (3) el posible significado ecológico detrás del BW (¿por qué?).

En una tercera sección, destacamos algunos de los desafíos actuales y desarrollos recientes que se encuentran en la literatura a través de tres preguntas: (1) ¿Es posible combinar la relevancia de los experimentos de campo con la precisión de los experimentos de laboratorio? (2) ¿Podemos definir una firma física y genómica de la meteorización? (3) ¿Cómo podemos modelar BW? Finalmente, revisamos varias oportunidades sostenibles y tecnológicas que se beneficiarían de una mejor comprensión de BW.

Organismos vivos y meteorización de rocas

 Perspectiva

Las interacciones entre minerales y microorganismos, que se remontan a los primeros tiempos de la vida en la Tierra, han contribuido en gran medida a dar forma a la superficie de nuestro planeta y su mineralogía, por ejemplo, al inducir la formación de aproximadamente la mitad de los minerales conocidos en la actualidad. En un salto de evolución, la aparición de plantas terrestres permitió la asignación de compuestos de carbono derivados fotosintéticamente a simbiontes microbianos, alimentando así los procesos de biometeorización.

Tal proceso dio lugar a un nuevo componente del motor de meteorización en funcionamiento en la Zona Crítica, y una nueva vía para la contribución de la energía radiante solar a la meteorización de las rocas, además del ciclo del agua y el clima. Desde entonces, las plantas y sus simbiontes microbianos (y socios sintróficos) han coevolucionado en sus capacidades para obtener acceso a ciertos nutrientes. La meteorización microbiana también se ha observado más allá de la rizosfera, y su papel es particularmente destacado en ambientes minerales donde el reciclaje de elementos de, por ejemplo, la materia orgánica en descomposición es baja, como en los ambientes periglaciales, en la parte inferior de los perfiles del suelo o más profundo en la litosfera (fondo oceánico o comunidades microbianas de biosfera profundas).

En todos estos contextos, la investigación futura debe continuar identificando los «actores» (¿quiénes?) y las «herramientas» (¿cómo?) de BW. Por el contrario, la extrapolación de las observaciones de laboratorio a sistemas más complejos y la ampliación de las interacciones minerales-microorganismos locales a escalas más grandes probablemente requerirán más desarrollos con respecto a la identificación de las funciones de meteorización de las rocas a nivel de la comunidad microbiana (potencial de BW) y la identificación de posibles firmas de BW (evaluación de BW). y cuantificación).

Aunque los procesos BW parecen ubicuos, aún se debaten sus contribuciones generales a los presupuestos de meteorización de minerales. Cuando se cuantifican los procesos de BW, el formalismo común que describe BW o configuraciones experimentales comparables están ausentes, lo que conduce a una gran variabilidad e incertidumbre en la determinación de un «factor de mejora de BW», incluso a pequeña escala espacial. Combinado con la complejidad de escalar los procesos de pequeña escala a la escala de la cuenca (y aún más a la escala global), esto a veces ha requerido simplificar demasiado los procesos de BW en los modelos. Sin embargo, las plantas y sus microorganismos asociados tienen un efecto sistémico en la meteorización y algunos de los biomas más grandes de la Tierra (por ejemplo, los bosques templados y boreales) dependen de los microorganismos para mantener una absorción eficiente de nutrientes a través de los procesos BW.

La comprensión de BW y sus respuestas a las variables ambientales podría ayudar a mitigar la presión antrópica sobre el clima y los ecosistemas a través de la integración del proceso de BW en el diseño de estrategias de mitigación de carbono y prácticas de gestión sostenible de la tierra. Aprovechar el potencial de meteorización de la (micro)biota (de la cual las micorrizas son actores clave) podría, por ejemplo, mejorar la captura de CO2 atmosférico mediante tecnologías mejoradas de meteorización al tiempo que ofrece otros efectos beneficiosos para los sistemas del suelo (amortiguación del pH, liberación de nutrientes, etc.), siempre que la optimización de la tasa de meteorización utilizando microbiota teniendo en cuenta los riesgos ambientales potenciales. Comprender BW también podría ayudar a optimizar la recuperación de metales del mineral para aliviar la carga ambiental de los procesos mineros o ayudar en la descontaminación del suelo.

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