Las mediciones de gases traza pueden ayudar a predecir el ciclo del carbono

Un método novedoso para estimar las tasas fotosintéticas de las plantas terrestres revela que las observaciones satelitales (el estándar de oro actual para cuantificar el secuestro de carbono de la tierra) subestiman esta importante métrica, y este resultado podría informar y mejorar la precisión de las predicciones de los modelos sobre el cambio climático futuro.

Un artículo que describe el nuevo método, “La fotosíntesis terrestre inferida de la absorción de sulfuro de carbonilo de las plantas”, publicado en Naturalezareveló que la mayoría de las subestimaciones derivadas de satélites se deben en gran medida a una cobertura insuficiente de datos terrestres en los trópicos.

El nuevo método implica rastrear un gas traza llamado sulfuro de carbonilo que ingresa a la atmósfera desde océanos, volcanes y respiraderos de aguas profundas. El sulfuro de carbonilo se absorbe en paralelo con el dióxido de carbono en las plantas, pero proporciona una medición más simple de la tasa de fotosíntesis que el proceso estándar de cuantificar la absorción de dióxido de carbono por las hojas.

Los científicos utilizan el término producción primaria bruta (GPP) como sinónimo de tasa fotosintética para describir la cantidad total de carbono que las plantas absorben durante la fotosíntesis para desarrollar hojas, tallos y raíces en un ecosistema durante un período de tiempo determinado. Calcular el GPP proporciona a los científicos información sobre la cantidad de dióxido de carbono que las plantas absorben de la atmósfera, pero factores de confusión como la respiración, durante la cual las plantas también liberan dióxido de carbono, hacen imposible obtener una medición precisa.

“Este artículo representa un paso significativo hacia una estimación del GPP más restringida”, dijo el primer autor Jiameng Lai, estudiante de posgrado en el laboratorio del autor principal Ying Sun, profesor asociado de ciencias geoespaciales en la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas, Sección de Suelos y Cultivos. Ciencias en la Facultad de Ciencias Agrarias y Naturales.

“Nuestro enfoque nos permite determinar las distribuciones espaciales y temporales del GPP, no solo informándonos sobre la magnitud global, sino también indicando dónde y cuándo se sobreestima o subestima el GPP”.

Los valores de GPP basados ​​en sulfuro de carbonilo mostraron que las plantas consumen (y eliminan de la atmósfera) aproximadamente 160 petagramos (Pg) de carbono por año, una estimación que es significativamente mayor que las estimaciones de GPP existentes a partir de observaciones satelitales, que son aproximadamente 120-130. Pg de carbono por año. Un petagramo es una unidad de masa equivalente a mil millones de toneladas métricas.

“Esto significa que nuestras estimaciones son significativamente más altas que el estándar de oro actual para la contratación pública verde global, que se utiliza para comparar las simulaciones de modelos climáticos”, dijo Sun. “Esta gran subestimación de las estimaciones actuales del PIB proviene de los trópicos”.

Los científicos han identificado los trópicos como un área clave que requiere más datos terrestres y satelitales porque los satélites en órbita carecen de observaciones continuas porque pasan sobre áreas a intervalos y se ven obstaculizados por la cobertura de nubes. Además, los modelos climáticos simulan los GPP tropicales como si las estructuras y funciones de los bosques fueran uniformes en todas partes. De hecho, la Amazonia, por ejemplo, tiene una enorme variabilidad espacial en su capacidad de secuestro de carbono. Cuando ocurren sequías, sus efectos varían en diferentes zonas de la región amazónica.

“NINGUNA observación satelital o simulaciones de modelos climáticos actuales pueden caracterizar verdaderamente tales gradientes espaciales o variabilidad en la selva tropical”, dijo Sun.

En el artículo, los científicos desarrollaron un modelo mecanicista para simular la absorción de sulfuro de carbonilo por las plantas y luego tradujeron estas estimaciones a GPP. Aunque los científicos ya han desarrollado modelos para calcular los flujos de sulfuro de carbonilo, carecen de un mecanismo clave llamado difusión mesófila.

Hasta ahora, los modelos sólo han tenido en cuenta la difusión de dióxido de carbono desde la atmósfera hacia los poros de las hojas. Sin embargo, existe una vía interna adicional, la difusión del mesófilo, en la que el gas penetra más profundamente en la hoja hasta los cloroplastos, donde tiene lugar la fotosíntesis.

“Actualmente, los modeladores del clima y de la superficie terrestre ignoran este proceso, pero sin incluirlo dinámicamente en los modelos, no podemos simular con precisión los flujos de sulfuro de carbonilo o la fotosíntesis global”, dijo Sun.

“Las nuevas estimaciones de GPP de sulfuro de carbonilo cambiarán fundamentalmente las proyecciones climáticas futuras, dado que todo lo demás permanece sin cambios”, dijo el coautor Yiqi Luo, profesor Liberty Hyde Bailey en la Escuela de Ciencias Vegetales Integrativas, Sección de Ciencias de Suelos y Cultivos de CALS.

“Esto significa que la biosfera terrestre tiene una mayor capacidad para absorber más dióxido de carbono de la atmósfera”. Los resultados también podrían cambiar la forma en que se desarrollan las estrategias de eliminación de dióxido de carbono para mitigar el cambio climático, dijo Luo.

Aunque el estudio demuestra que las plantas pueden absorber más CO₂ de lo que se pensaba anteriormente, también es probable que las estimaciones actuales de la respiración global durante la cual las plantas liberan CO₂—También se subestima, señalan los autores.