Durante 30 años, los científicos han estado observando cómo respira una marisma en el centro de Maryland. Es decir, han estado estudiando cómo un ecosistema de la Bahía de Chesapeake extrae dióxido de carbono de la atmósfera, almacena parte del carbono bajo tierra y lo libera nuevamente al aire en forma de gas metano.
En el camino, han manipulado el medio ambiente para imitar un mundo futuro con más dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ), el gas de efecto invernadero más responsable del calentamiento global, niveles más altos del mar y más nutrientes en el agua de la escorrentía contaminada. Cuando la temporada de crecimiento comience esta primavera, explorarán otra pieza del rompecabezas con la esperanza de obtener una imagen más clara de lo que depara el futuro. Quieren saber qué le sucede al pantano cuando sube la temperatura.
"Hemos estado generando CO 2 en este pantano durante 30 años, pero el CO 2 [elevado] viene con el calentamiento", dice Pat Megonigal, investigador principal del nuevo estudio en Global Change Research Wetland en el Smithsonian Environmental Research Center (SERC) . “El calentamiento del aire se traduce con el tiempo en el suelo. Estamos a punto de atacar esa parte ”.
Como subdirector del Centro de Investigación Ambiental, Megonigal supervisa este sitio de campo donde docenas de científicos realizan experimentos. Aquí el pantano está lleno de parcelas de prueba que parecen habitaciones de plástico transparente construidas sobre parches de cañas y pastos. Los artilugios de plástico salpican un paisaje atravesado por pasarelas, cables y mangueras. Aquí y allá, los paseos marítimos están salpicados por cajas de madera que albergan las diversas estaciones de control.
Investigadores como Megonigal han estado estudiando el cambio climático en este pantano de 125 acres en un área no desarrollada del río Rhode durante más de tres décadas. Lo que han aprendido tiene implicaciones importantes, no solo para el futuro de los humedales, sino también para el inminente cambio climático, porque la pérdida de humedales como pantanos y pantanos podría liberar millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera.
A pesar de ocupar solo del cuatro al seis por ciento de la superficie terrestre de la Tierra, los humedales como pantanos, pantanos y bosques de manglar contienen una cuarta parte de todo el carbono almacenado en el suelo de la Tierra.
Todas las plantas absorben dióxido de carbono de la atmósfera y lo convierten en hojas, tallos y raíces. Pero el carbono se devuelve a la atmósfera cuando las bacterias en el suelo descomponen las hojas caídas y otro material vegetal muerto.
Sin embargo, en un humedal, la inundación frecuente de agua priva a las bacterias amantes del oxígeno del oxígeno y las ralentiza. El material vegetal muerto no se descompone tan rápido como lo haría en un ambiente más seco, por lo que se acumula, compacta y convierte en turba rica en carbono. Almacenar carbono de esta manera amortigua la atmósfera del aumento de dióxido de carbono.
Pero hay un lado más oscuro de la historia. Las condiciones húmedas húmedas están preparadas para la fermentación, que produce metano, otro gas de efecto invernadero a base de carbono que es de 25 a 45 veces más potente que el dióxido de carbono. De hecho, los humedales constituyen la mayor fuente de metano, produciendo aproximadamente el 22 por ciento de todas las emisiones mundiales de metano.
En diciembre de 2015, los líderes de 195 países llegaron a un acuerdo en París que limita el calentamiento global a no más de 2 grados Celsius (3.6 grados Fahrenheit) por encima de los niveles preindustriales. Además, se comprometieron a buscar métodos que redujeran ese número a 2.7 grados Fahrenheit por encima de los niveles preindustriales.
En promedio en todo el mundo, las temperaturas ya han aumentado 1.4 grados F en los últimos 120 años, por lo que lograr objetivos tan ambiciosos requerirá una reducción rápida de las emisiones globales de gases de efecto invernadero, algo que no se puede monitorear sin una contabilidad razonablemente precisa del saldo entre las emisiones de carbono y el almacenamiento de carbono en todo el mundo. Para eso, los líderes mundiales tienen que entender lo que está sucediendo en los humedales.
"No se puede quitar nada de la mesa", dice Virginia Burkett , científica principal para el cambio climático y del uso de la tierra en el Servicio Geológico de los Estados Unidos. “Todos los sistemas deberán evaluarse en términos de su capacidad para almacenar carbono, no solo las emisiones. El secuestro de carbono y la forma en que los humanos pueden mejorar la capacidad de los sistemas como los humedales para almacenar carbono también es esencial para comprender, a fin de hacer estas tremendas reducciones proyectadas, esperadas y comprometidas por la comunidad internacional ".
Investigadores como Pat Megonigal (izquierda) han estado estudiando el cambio climático en este pantano de 125 acres en una zona subdesarrollada del río Rhode durante más de tres décadas. (Centro Smithsonian de Investigación Ambiental) Sin embargo, factorizar los ecosistemas naturales en la ecuación no será fácil.
La cantidad de humedales de carbono que absorben, la cantidad que liberan, la rapidez con que se acumula el suelo y si los humedales de marea se mantendrán al ritmo o serán tragados por el aumento de los mares son factores que están entrelazados entre sí y dependen de una variedad de influencias.
Como tirar de una línea en una red enmarañada de cuerdas, cuando un lazo se afloja, otro se tensa y cambia la forma de todo el paquete. En un pantano, la temperatura, la salinidad, el dióxido de carbono y la contaminación de la tierra están cambiando a la vez. A lo largo de los años, los científicos han estado atacando el nudo, desentrañando las complejidades, pero hay mucho más que entender.
A medida que el experimento de calentamiento del suelo de Megonigal comience esta primavera , aumentará el calor desde la parte superior de las plantas hasta el fondo de la zona de las raíces, cuatro pies y medio debajo de la superficie.
Para la primavera, su equipo habrá agregado 30 nuevas parcelas de prueba a su esquina del pantano. Usando un banco de lámparas de calor infrarrojas y una red de cables eléctricos hundidos en el suelo, Megonigal elevará la temperatura en sus parcelas en incrementos constantes. El aumento oscilará entre 0 grados y hasta 7.2 grados Fahrenheit por encima del entorno circundante, aproximándose a las condiciones más cálidas pronosticadas para el año 2100 si no se hiciera nada para frenar el cambio climático.
Su objetivo principal es comprender los factores que influyen en la descomposición y la acumulación de materia vegetal muerta en la marisma. Si el suelo de turba se construye lo suficientemente rápido, puede mantener el ritmo del aumento del nivel del mar. Si no, el pantano puede simplemente ahogarse.
La cuestión es morderse las uñas para las comunidades que dependen de los pantanos, que proporcionan zonas de cría de peces comerciales importantes y amortiguan las tierras bajas debido a la marejada ciclónica y las olas.
El sitio de campo, donde docenas de científicos llevan a cabo experimentos, está salpicado de artilugios plásticos y cruzados por pasarelas, cables y mangueras. (Kimbra Cutlip) Según los núcleos del suelo, la marisma del Centro de Investigación Ambiental ha sobrevivido durante 4.000 años. Durante ese tiempo, la Bahía de Chesapeake se ha elevado 15 pies, y el pantano se ha construido constantemente para mantener el ritmo.
Muchos humedales de todo el mundo han hecho lo mismo. Pero el clima está cambiando y el nivel del mar está subiendo más rápido que nunca. Además, la contaminación ha cambiado la química del agua y las especies recién introducidas de plantas y animales pueden estar alterando aspectos importantes de la forma en que funciona el ecosistema. Incluso la cantidad de sedimentos que se lavan en los humedales ha cambiado rápidamente con el desarrollo humano en la tierra.
Megonigal anticipa que el calor agregado acelerará los microbios bajo tierra, aumentando la velocidad a la que se descomponen las raíces y otra materia orgánica. Si es así, podría presagiar el lento hundimiento del pantano y la liberación de más metano a la atmósfera. Por otra parte, tal vez no.
Quizás los microbios más lentos comenzarán a dominar ", dice Stephen Long, profesor de ciencias de cultivos y biología de plantas en la Universidad de Illinois y editor jefe de la revista Global Change . O la combinación de calentamiento y dióxido de carbono agregado hará que las plantas crezcan más rápido de lo que pueden descomponerse, lo que podría elevar el nivel del pantano. "Se hace muy difícil predecir con certeza lo que va a suceder, razón por la cual un experimento como este es tan importante", dice.
Long es uno de los muchos investigadores que han realizado experimentos en el sitio del pantano del Smithsonian. Él dice que la sola idea de hacer este tipo de trabajo en el entorno natural fue revolucionaria cuando se estableció el primer experimento hace 30 años. Hay tantos factores que deben controlarse o explicarse en la naturaleza que muchos en la comunidad científica pensaron que no se podía hacer.
Bert Drake, ecólogo de plantas y científico emérito senior en el Centro de Investigación Ambiental, es el hombre que demostró que estaban equivocados en 1985.
El crecimiento de una planta se correlaciona con la cantidad de carbono que absorbe, y Drake inicialmente ideó un elegante experimento para monitorear el crecimiento en el pantano. "Dije bien, en lugar de salir y medir todas las plantas, solo mediremos el flujo de CO 2 ", dice. "Las personas que revisaron nuestra propuesta pensaron que nos estábamos extendiendo mucho más allá de lo que creían que era viable en el laboratorio en el campo".
Bert Drake, ecólogo de plantas y científico emérito senior del Centro de Investigación Ambiental, ideó un elegante experimento para monitorear el crecimiento en el pantano. (Centro Smithsonian de Investigación Ambiental) Drake diseñó una serie de cámaras cilíndricas de fondo abierto para colocar sobre parches de pantano. Aproximadamente tres pies de diámetro, tenían un marco de tubería de aluminio octogonal con paredes de plástico transparente y una parte superior abierta para que no atraparan el calor como un invernadero. Luego canalizó dióxido de carbono en las cámaras, elevando el nivel a lo que se esperaba 100 años en el futuro.
"Podríamos monitorear la concentración del CO 2 que entra en las cámaras, y el CO 2 que está adentro, y el CO 2 que sale", dice. Los resultados inmediatos mostraron que las juncias en las cámaras de Drake crecieron con mayor vigor, absorbiendo fácilmente el dióxido de carbono adicional, mientras que los pastos no cambiaron. El patrón coincidía con lo que los científicos habían visto en el laboratorio y demostraba que su método funcionaba. Había manejado con éxito un estudio controlado en un entorno que de otra manera sería incontrolable. Drake ahora podía confiar en otras observaciones sobre cómo las plantas usaban agua y nutrientes e interactuaban con su entorno enriquecido con dióxido de carbono. "Con ese tipo de enfoque, podríamos medir la ganancia neta en carbono o pérdida, y hacerlo en correlación con la temperatura, la lluvia, la luz solar, lo que sea".
Como demostración de que un experimento de ese tipo era posible, Drake nunca esperó que su proyecto se convirtiera en la base de un sitio de campo que durara tres décadas e inspirara un trabajo similar en otros entornos de todo el mundo. Ahora es el estudio de campo de mayor duración sobre los efectos del aumento de dióxido de carbono en una comunidad de plantas, y aún continúa.
"Mientras lo estudiamos, el dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado en un 13 o 14 por ciento", dice Drake. "El nivel del mar subió algo así como 10 o 15 cm (4 a 6 pulgadas)". Además, él y las docenas de investigadores que ahora han realizado experimentos en el sitio han podido observar el pantano a través de una amplia gama de condiciones ambientales., de años húmedos a secos, de años más cálidos a años más fríos, temporadas de crecimiento largas y cortas.
"Tener un estudio tan largo y continuo realmente nos brinda enormes cantidades de información que simplemente no podemos obtener de otra manera", dice Long. “[Drake] asumió algo completamente nuevo cuando lo configuró. Fue algo muy audaz y tuvo éxito ”.
Uno de los primeros hallazgos de Drake fue que el aumento de dióxido de carbono en el pantano condujo a un aumento de las emisiones de gas metano. También aprendieron que las plantas de juncia no alcanzaron los pastos, a pesar de su capacidad de crecer más rápido en un ambiente con alto contenido de dióxido de carbono.
Cada descubrimiento condujo a más preguntas, y el sitio de campo creció exponencialmente. Científicos como Megonigal que siguieron a Drake, mejoraron su diseño, cambiaron los marcos de aluminio soldados por PVC, ampliaron las cámaras y agregaron más para estudios adicionales. En el camino, nuevos experimentos han profundizado en interacciones complejas en el ecosistema.
El crecimiento de una planta se correlaciona con la cantidad de carbono que absorbe, y Bert Drake (comprobando las mediciones) inicialmente ideó un elegante experimento para monitorear el crecimiento en el pantano. (Centro Smithsonian de Investigación Ambiental) Cuando los científicos aumentaron el nitrógeno en el suelo para simular el aumento de la escorrentía de la tierra, descubrieron que no todas las plantas reaccionaron igual, y sus respuestas cambiaron dependiendo del dióxido de carbono y el agua disponible. Un paso a la vez, han estado provocando interacciones importantes, buscando una ventana sobre cómo será el pantano en los próximos 100 años.
En 2015, Megonigal publicó un estudio en el que él y sus colegas sometieron a las plantas a diferentes niveles de agua para ver cómo responderían al aumento del nivel del mar. "Esperábamos que a medida que el pantano comienza a sumergirse, debería ser capaz de preservar más carbono y en realidad poder seguir el ritmo del aumento del nivel del mar", dice Megonigal. Pensaron que una inundación más frecuente con agua mantendría bajos los niveles de oxígeno en la capa superior del suelo. Eso reduciría la velocidad de los microbios que descomponen las raíces de las plantas muertas y permitiría que se acumule más tierra.
Pero eso no fue lo que pasó. Al igual que los pequeños snorkels para microbios, las raíces transportan oxígeno desde el aire hacia el suelo, lo que significa que realmente no importa cuánto tiempo pase el suelo bajo el agua. Lo que importa es cuántas raíces hay entregando oxígeno a los microbios. Megonigal descubrió que cuantas más raíces tengas, más descomposición ocurre.
"La forma en que se representa la descomposición en los modelos no aborda la influencia de las plantas", dice Megonigal. “Entonces, nuestros modelos, en su mayor parte, están equivocados, al menos basados en este estudio. Debemos centrarnos en la combinación de estas cosas, porque sus interacciones serán realmente importantes para comprender el cambio climático ”.
Para los encargados de formular políticas, comprender la combinación de factores que influyen en la supervivencia de los humedales es más que simplemente saber lo que sucederá. La gestión activa de la tierra será una parte crucial de las estrategias de algunas naciones para controlar el calentamiento global.
Según Burkett, del Servicio Geológico de los Estados Unidos, no podría ser más urgente. "[Los humedales] naturalmente emiten metano, pero también almacenan miles de millones de toneladas de carbono, y la forma en que se manejan influye en las tasas de secuestro y liberación de carbono".
Mantener o restaurar la hidrología natural en los humedales puede aumentar su capacidad de almacenar carbono, mientras que convertirlos en agricultura o estanques de camarones puede liberar lo que se almacena en el suelo como dióxido de carbono.
"Un mensaje clave para los encargados de formular políticas es que los humedales son sistemas complejos", dice ella. "Para mejorar el almacenamiento a largo plazo de carbono en estos sistemas de humedales, debe comprender el ciclo biogeoquímico del carbono en ellos. Es un esfuerzo científico que ayudará a respaldar el compromiso asumido en París por los países de todo el mundo ".
Lo que los científicos han aprendido en este proyecto de campo es importante, no solo para el futuro de los humedales, sino también para el inminente cambio climático, porque la pérdida de humedales como pantanos y pantanos podría liberar millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera. (Tom Mozdzer)
