Μια Εδαφολογική Επανάσταση ανατρέπει τα σχέδια για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής

Η ελπίδα ήταν ότι το χώμα μπορεί να μας σώσει. Καθώς ο πολιτισμός συνεχίζει να αντλεί ολοένα αυξανόμενες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ίσως τα φυτά - οι μηχανισμοί καθαρισμού άνθρακα της φύσης - θα μπορούσαν να συσκευάσουν μέρος αυτής της περίσσειας άνθρακα και να τον θάψουν υπόγεια για αιώνες ή περισσότερο.

Αυτή η ελπίδα έχει τροφοδοτήσει όλο και πιο φιλόδοξα σχέδια μετριασμού της κλιματικής αλλαγής. Ερευνητές στο Ινστιτούτο Salk, για παράδειγμα, ελπίζουν να κατασκευάσουν βιομηχανικά φυτά των οποίων οι ρίζες θα αναδεύσουν τεράστιες ποσότητες μιας πλούσιας σε άνθρακα ουσίας που μοιάζει με φελλό, που ονομάζεται suberin. Ακόμη και μετά το θάνατό του φυτού, η σκέψη πάει, ο άνθρακας στο suberin θα πρέπει να παραμείνει θαμμένος για αιώνες. Αυτή η Πρωτοβουλία Harnessing Plants είναι ίσως το πιο λαμπρό αστέρι σε ένα γεμάτο στερέωμα λύσεων για την κλιματική αλλαγή που βασίζονται στο καφέ υλικό κάτω από τα πόδια μας.

Τέτοια σχέδια εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την ύπαρξη μεγάλων, σταθερών, πλούσιων σε άνθρακα μορίων που μπορούν να διαρκέσουν εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια κάτω από τη γη. Τέτοια μόρια, που συλλογικά ονομάζονται χούμο, αποτελούν εδώ και καιρό βασικό λίθο της επιστήμης του εδάφους. βασίζονται σε αυτές βασικές γεωργικές πρακτικές και εξελιγμένα κλιματικά μοντέλα.

Όμως τα τελευταία 10 περίπου χρόνια, η επιστήμη του εδάφους έχει υποστεί μια σιωπηλή επανάσταση, παρόμοια με αυτό που θα συνέβαινε αν, στη φυσική, η σχετικότητα ή η κβαντομηχανική ανατρεπόταν. Εκτός από αυτήν την περίπτωση, σχεδόν κανείς δεν έχει ακούσει γι 'αυτό - συμπεριλαμβανομένων πολλών που ελπίζουν ότι τα εδάφη μπορούν να σώσουν το κλίμα. «Υπάρχουν πολλοί άνθρωποι που ενδιαφέρονται για τη δέσμευση και δεν έχουν προλάβει ακόμα», είπε η Μάργκαρετ Τορν, επιστήμονας εδάφους στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley.

Μια νέα γενιά μελετών εδάφους που τροφοδοτούνται από σύγχρονα μικροσκόπια και τεχνολογίες απεικόνισης αποκάλυψε ότι όποιος κι αν είναι ο χούμος, δεν είναι η μακροχρόνια ουσία που πίστευαν οι επιστήμονες. Οι ερευνητές του εδάφους κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ακόμη και τα μεγαλύτερα, πιο πολύπλοκα μόρια μπορούν να καταβροχθιστούν γρήγορα από τα άφθονα και αδηφάγα μικρόβια του εδάφους. Το μαγικό μόριο που μπορείτε απλώς να κολλήσετε στο χώμα και να περιμένετε να μείνετε εκεί μπορεί να μην υπάρχει.

«Έχω Τη φύση και τις ιδιότητες των εδαφών μπροστά μου — το τυπικό εγχειρίδιο», είπε ο Γκρεγκ Σάνφορντ, ερευνητής εδάφους στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν, στο Μάντισον. "Η θεωρία της συσσώρευσης οργανικού άνθρακα του εδάφους που υπάρχει σε αυτό το εγχειρίδιο έχει αποδειχθεί ως επί το πλείστον εσφαλμένη ... και εξακολουθούμε να τη διδάσκουμε."

Οι συνέπειες υπερβαίνουν κατά πολύ τις στρατηγικές δέσμευσης άνθρακα. Τα μεγάλα κλιματικά μοντέλα, όπως αυτά που παράγονται από τη Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή, βασίζονται σε αυτήν την ξεπερασμένη κατανόηση του εδάφους. Αρκετές πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι αυτά τα μοντέλα υποτιμούν τη συνολική ποσότητα άνθρακα που θα απελευθερωθεί από το έδαφος σε ένα θερμαινόμενο κλίμα. Επιπλέον, τα μοντέλα υπολογιστών που προβλέπουν τις επιπτώσεις των γεωργικών πρακτικών στα αέρια θερμοκηπίου —προβλέψεις που χρησιμοποιούνται στις αγορές άνθρακα— είναι πιθανώς υπερβολικά αισιόδοξα για την ικανότητα του εδάφους να παγιδεύει και να συγκρατεί τον άνθρακα.

Ίσως εξακολουθεί να είναι δυνατή η μακροπρόθεσμη αποθήκευση άνθρακα υπόγεια. Πράγματι, οι μετρήσεις ραδιενεργών χρονολογήσεων υποδηλώνουν ότι κάποια ποσότητα άνθρακα μπορεί να παραμείνει στο έδαφος για αιώνες. Αλλά έως ότου οι επιστήμονες του εδάφους κατασκευάσουν ένα νέο παράδειγμα για να αντικαταστήσουν το παλιό - μια διαδικασία που βρίσκεται τώρα σε εξέλιξη - κανείς δεν θα καταλάβει πλήρως το γιατί.

Ο θάνατος του Χούμου

Το έδαφος δεν εγκαταλείπει εύκολα τα μυστικά του. Τα συστατικά του είναι μικροσκοπικά, ποικίλα και εξωφρενικά πολυάριθμα. Στο ελάχιστο, αποτελείται από μέταλλα, οργανική ύλη σε αποσύνθεση, αέρα, νερό και εξαιρετικά πολύπλοκα οικοσυστήματα μικροοργανισμών. Ένα κουταλάκι του γλυκού υγιές χώμα περιέχει περισσότερα βακτήρια, μύκητες και άλλα μικρόβια από ό,τι οι άνθρωποι στη Γη.

Ο Γερμανός βιολόγος Franz Karl Achard ήταν πρώτος πρωτοπόρος στην κατανόηση του χάους. Σε μια σπουδαία μελέτη του 1786, χρησιμοποίησε αλκάλια για να εξάγει μόρια από μακριές αλυσίδες άνθρακα από τύρφη. Με τους αιώνες, οι επιστήμονες πίστευαν ότι τέτοιες μακριές αλυσίδες, που συλλογικά ονομάζονται χούμο, αποτελούσαν μια μεγάλη δεξαμενή άνθρακα του εδάφους που αντιστέκεται στην αποσύνθεση και σχεδόν κάθεται εκεί. Ένα μικρότερο κλάσμα που αποτελείται από μικρότερα μόρια πιστεύεται ότι τροφοδοτεί μικρόβια, τα οποία εισέπνεαν διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Αυτή η άποψη αμφισβητήθηκε περιστασιακά, αλλά μέχρι τα μέσα του 20ού αιώνα, το παράδειγμα του χούμου ήταν «το μόνο παιχνίδι στην πόλη», είπε ο Johannes Lehmann, επιστήμονας εδάφους στο Πανεπιστήμιο Cornell. Οι αγρότες έλαβαν οδηγίες να υιοθετήσουν πρακτικές που υποτίθεται ότι χτίζουν χούμο. Πράγματι, η ύπαρξη χούμου είναι πιθανώς ένα από τα λίγα στοιχεία της εδαφολογικής επιστήμης που θα μπορούσαν να αναφέρουν πολλοί μη επιστήμονες.

Αυτό που βοήθησε να σπάσει ο χούμος στην επιστήμη του εδάφους ήταν η φυσική. Στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, ισχυρά νέα μικροσκόπια και τεχνικές όπως ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός και η φασματοσκοπία ακτίνων Χ επέτρεψαν στους επιστήμονες του εδάφους για πρώτη φορά να κοιτάξουν απευθείας στο έδαφος και να δουν τι υπήρχε εκεί, αντί να τραβήξουν τα πράγματα και μετά να κοιτάξουν. σε αυτούς.

Αυτό που βρήκαν - ή, πιο συγκεκριμένα, αυτό που δεν βρήκαν - ήταν σοκαριστικό:υπήρχαν λίγα ή καθόλου μακροχρόνια «ανυπόβλητα» μόρια άνθρακα - το είδος που δεν διασπάται. Σχεδόν όλα έμοιαζαν να είναι μικρά και, καταρχήν, εύπεπτα.

«Δεν βλέπουμε μόρια στο έδαφος που να είναι τόσο ανυπόμονα που να μην μπορούν να διασπαστούν», δήλωσε η Jennifer Pett-Ridge, επιστήμονας εδάφους στο Lawrence Livermore National Laboratory. «Τα μικρόβια θα μάθουν να διασπούν οτιδήποτε — ακόμη και πολύ άσχημες χημικές ουσίες.»

Ο Lehmann, του οποίου οι μελέτες που χρησιμοποιούν προηγμένη μικροσκοπία και φασματοσκοπία ήταν από τις πρώτες που αποκάλυψαν την απουσία χούμου, έχει γίνει ο επικεφαλής της ιδέας. Μια Φύση 2015 Το έγγραφο που συνέταξε από κοινού δηλώνει ότι «τα διαθέσιμα στοιχεία δεν υποστηρίζουν τον σχηματισμό μεγάλων μοριακών διαστάσεων και επίμονων «χουμικών ουσιών» στα εδάφη». Το 2019, έδωσε μια ομιλία με μια διαφάνεια που περιείχε μια ψευδή ανακοίνωση θανάτου για τον «φίλο μας, την έννοια του Χούμου».

Την τελευταία δεκαετία περίπου, οι περισσότεροι επιστήμονες εδάφους έχουν αποδεχτεί αυτήν την άποψη. Ναι, το έδαφος έχει τεράστια ποικιλία. Και περιέχει πολύ άνθρακα. Αλλά δεν υπάρχει άνθρακας στο έδαφος που δεν μπορεί, καταρχήν, να διασπαστεί από μικροοργανισμούς και να απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα. Η τελευταία έκδοση του The Nature and Properties of Soils , που δημοσιεύτηκε το 2016, παραθέτει την εργασία της Lehmann του 2015 και αναγνωρίζει ότι «η κατανόησή μας για τη φύση και τη γένεση του χούμου του εδάφους έχει προχωρήσει πολύ από τις αρχές του αιώνα, απαιτώντας την αναθεώρηση ή την εγκατάλειψη ορισμένων από καιρό αποδεκτές έννοιες».

Οι παλιές ιδέες, ωστόσο, μπορεί να είναι πολύ απερίσκεπτες. Λίγοι εκτός του πεδίου της επιστήμης του εδάφους έχουν ακούσει για την εξαφάνιση του χούμου.

Θαμμένες υποσχέσεις

Την ίδια στιγμή που οι επιστήμονες του εδάφους ανακάλυπταν εκ νέου τι ακριβώς είναι το έδαφος, οι ερευνητές του κλίματος αποκάλυπταν ότι οι αυξανόμενες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα θερμαίνουν γρήγορα το κλίμα, με δυνητικά καταστροφικές συνέπειες.

Σύντομα οι σκέψεις στράφηκαν στη χρήση του εδάφους ως γιγαντιαίας απορρόφησης άνθρακα. Τα εδάφη περιέχουν τεράστιες ποσότητες άνθρακα - περισσότερο άνθρακα από ό,τι στην ατμόσφαιρα της Γης και σε όλη τη βλάστησή της μαζί. Και ενώ ορισμένες πρακτικές όπως το όργωμα μπορούν να διεγείρουν αυτόν τον άνθρακα - η γεωργία, κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης ιστορίας, έχει απελευθερώσει περίπου 133 δισεκατομμύρια μετρικούς τόνους άνθρακα στην ατμόσφαιρα - τα εδάφη μπορούν επίσης να προσλάβουν άνθρακα, καθώς τα φυτά πεθαίνουν και οι ρίζες τους αποσυντίθενται. P>

Οι επιστήμονες άρχισαν να προτείνουν ότι μπορεί να είμαστε σε θέση να ωθήσουμε μεγάλους όγκους ατμοσφαιρικού άνθρακα πίσω στο έδαφος για να μετριάσουν ή ακόμα και να αντιστρέψουμε τη ζημιά της κλιματικής αλλαγής.

Στην πράξη, αυτό έχει αποδειχθεί δύσκολο. Μια πρώιμη ιδέα για την αύξηση των αποθεμάτων άνθρακα - φύτευση καλλιεργειών χωρίς όργωμα του εδάφους - έχει ως επί το πλείστον πέσει στο έδαφος. Όταν οι αγρότες παρέλειψαν την άροση και αντ' αυτού τρύπησαν σπόρους στο έδαφος, τα αποθέματα άνθρακα αυξήθηκαν στα ανώτερα στρώματα του εδάφους, αλλά εξαφανίστηκαν από τα κατώτερα στρώματα. Οι περισσότεροι ειδικοί πιστεύουν τώρα ότι η πρακτική αναδιανέμει τον άνθρακα στο έδαφος αντί να τον αυξάνει, αν και μπορεί να βελτιώσει άλλους παράγοντες όπως η ποιότητα του νερού και η υγεία του εδάφους.

Προσπάθειες όπως το Harnessing Plants Initiative αντιπροσωπεύουν κάτι σαν τη δέσμευση άνθρακα του εδάφους 2.0:μια πιο άμεση παρέμβαση για την ουσιαστική εμπλοκή μιας δέσμης άνθρακα στο έδαφος.

Η πρωτοβουλία προέκυψε όταν μια ομάδα επιστημόνων στο Ινστιτούτο Salk σκέφτηκε μια ιδέα:Δημιουργήστε φυτά των οποίων οι ρίζες παράγουν περίσσεια μορίων πλούσια σε άνθρακα. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς τους, εάν αναπτυχθούν ευρέως, τέτοια φυτά θα μπορούσαν να δεσμεύσουν έως και το 20% της περίσσειας διοξειδίου του άνθρακα που οι άνθρωποι προσθέτουν στην ατμόσφαιρα κάθε χρόνο.

Οι επιστήμονες του Salk χρησιμοποίησαν ένα πολύπλοκο μόριο που μοιάζει με φελλό που ονομάζεται suberin, το οποίο παράγεται από πολλές ρίζες φυτών. Μελέτες από τις δεκαετίες του 1990 και του 2000 υπαινίχθηκαν ότι η σουβερίνη και παρόμοια μόρια θα μπορούσαν να αντισταθούν στην αποσύνθεση στο έδαφος.

Με το φανταχτερό μάρκετινγκ, το Harnessing Plants Initiative κέρδισε την προσοχή. Ένας αρχικός γύρος συγκέντρωσης κεφαλαίων το 2019 απέφερε πάνω από 35 εκατομμύρια δολάρια. Πέρυσι, ο πολυδισεκατομμυριούχος Τζεφ Μπέζος συνεισέφερε 30 εκατομμύρια δολάρια από το «Earth Fund» του.

Αλλά καθώς το έργο κέρδισε δυναμική, προσέλκυσε αμφισβητίες. Μια ομάδα ερευνητών σημείωσε το 2016 ότι κανείς δεν είχε παρατηρήσει πραγματικά τη διαδικασία αποσύνθεσης της υποβρίνης. Όταν αυτοί οι συγγραφείς έκαναν το σχετικό πείραμα, διαπίστωσαν ότι μεγάλο μέρος της υποβρύχιας αποσυντέθηκε γρήγορα.

Το 2019, η Joanne Chory, γενετιστής φυτών και ένας από τους επικεφαλής του έργου της Harnessing Plant Initiative, περιέγραψε το έργο σε ένα συνέδριο TED. Ο Asmeret Asefaw Berhe, εδαφολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Merced, ο οποίος μίλησε στο ίδιο συνέδριο, επεσήμανε στον Chory ότι σύμφωνα με τη σύγχρονη επιστήμη του εδάφους, το suberin, όπως κάθε ένωση που περιέχει άνθρακα, πρέπει να διασπάται στο έδαφος. (Ο Berhe, ο οποίος έχει οριστεί ως επικεφαλής του Γραφείου Επιστήμης του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, απέρριψε αίτημα συνέντευξης.)

Την ίδια περίοδο, η Hanna Poffenbarger, ερευνήτρια εδάφους στο Πανεπιστήμιο του Κεντάκι, έκανε ένα παρόμοιο σχόλιο αφού άκουσε τον Wolfgang Busch, τον άλλο επικεφαλής του έργου, να μιλάει σε ένα εργαστήριο. "Θα πρέπει πραγματικά να λάβετε υπόψη μερικούς επιστήμονες εδάφους, επειδή η υπόθεση ότι μπορούμε να αναπαραγάγουμε για πιο ανυποχώρητες ρίζες - μπορεί να μην ισχύει", θυμάται ο Poffenbarger στον Busch.

Ερωτήσεις σχετικά με το έργο εμφανίστηκαν δημόσια νωρίτερα αυτό το έτος, όταν ο Jonathan Sanderman, επιστήμονας εδάφους στο Woodwell Climate Research Center στο Woods Hole της Μασαχουσέτης, έγραψε στο Twitter:«Νόμιζα ότι η κοινότητα βιογεωχημικών εδάφους είχε απομακρυνθεί από την ιδέα ότι υπάρχει ένα μαγικό ανυπότακτο φυτική ένωση. Μου λείπει κάποια σημαντική νέα βιβλιογραφία για το suberin;» Ένας άλλος επιστήμονας του εδάφους απάντησε:«Όχι, η βιβλιογραφία προτείνει ότι η σουμπερίνη θα διασπαστεί όπως κάθε άλλο οργανικό φυτικό συστατικό. Ποτέ δεν κατάλαβα γιατί το @salkinstitute έχει βασίσει την Πρωτοβουλία του Harnessing Plant σε αυτήν την υπόθεση."

Ο Μπους, σε συνέντευξή του, αναγνώρισε ότι «δεν υπάρχει άθραυστο βιομόριο». Ωστόσο, επικαλούμενος δημοσιευμένες εργασίες σχετικά με την αντίσταση του suberin στην αποσύνθεση, είπε, "Είμαστε ακόμα πολύ αισιόδοξοι όταν πρόκειται για το suberin."

Σημείωσε επίσης μια δεύτερη πρωτοβουλία που επιδιώκουν οι ερευνητές του Salk παράλληλα με την ενίσχυση του suberin. Προσπαθούν να σχεδιάσουν φυτά με μακρύτερες ρίζες που θα μπορούσαν να εναποθέσουν άνθρακα πιο βαθιά στο έδαφος. Ανεξάρτητοι ειδικοί όπως ο Sanderman συμφωνούν ότι ο άνθρακας τείνει να κολλάει περισσότερο σε βαθύτερα στρώματα εδάφους, θέτοντας αυτή τη λύση σε δυνητικά πιο σταθερό εννοιολογικό έδαφος.

Οι Chory και Busch έχουν επίσης ξεκινήσει συνεργασίες με την Berhe και την Poffenbarger, αντίστοιχα. Ο Poffenbarger, για παράδειγμα, θα αναλύσει πώς αλλάζουν δείγματα εδάφους που περιέχουν ρίζες φυτών πλούσιες σε υποβερίνη υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Αλλά ακόμη και αυτές οι μελέτες δεν θα απαντήσουν σε ερωτήσεις σχετικά με το πόσο καιρό παραμένει το suberin, είπε ο Poffenbarger — σημαντικό εάν ο στόχος είναι να διατηρηθεί ο άνθρακας μακριά από την ατμόσφαιρα για αρκετό καιρό ώστε να επηρεαστεί η υπερθέρμανση του πλανήτη.

Πέρα από το έργο Salk, η ορμή και τα χρήματα ρέουν προς άλλα έργα για το κλίμα που θα βασίζονται στη μακροπρόθεσμη δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα στα εδάφη. Σε μια ομιλία του Απριλίου στο Κογκρέσο, για παράδειγμα, ο Πρόεδρος Μπάιντεν πρότεινε να πληρωθούν οι αγρότες για να φυτέψουν καλλιέργειες κάλυψης, οι οποίες δεν καλλιεργούνται για συγκομιδή αλλά για να καλλιεργήσουν το έδαφος μεταξύ των φυτεύσεων μετρητών. Τα στοιχεία υποδεικνύουν ότι όταν οι ρίζες των καλυμμάτων διασπώνται, μέρος του άνθρακα τους παραμένει στο έδαφος — αν και όπως συμβαίνει με το suberin, το πόσο διαρκεί είναι ένα ανοιχτό ερώτημα.

Δεν υπάρχουν αρκετά σφάλματα στον κώδικα

Ο ανυπόφορος άνθρακας μπορεί επίσης να παραμορφώνει την πρόβλεψη του κλίματος.

Στη δεκαετία του 1960, οι επιστήμονες άρχισαν να γράφουν μεγάλα, πολύπλοκα προγράμματα υπολογιστών για να προβλέψουν το μέλλον του παγκόσμιου κλίματος. Επειδή το έδαφος απορροφά και απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα, τα κλιματικά μοντέλα προσπάθησαν να λάβουν υπόψη τις αλληλεπιδράσεις του εδάφους με την ατμόσφαιρα. Αλλά το παγκόσμιο κλίμα είναι φανταστικά περίπλοκο και για να μπορέσουν τα προγράμματα να λειτουργούν στις μηχανές της εποχής, χρειάστηκαν απλοποιήσεις. Για το έδαφος, οι επιστήμονες έφτιαξαν ένα μεγάλο:Αγνόησαν εντελώς τα μικρόβια στο έδαφος. Αντίθετα, χώρισαν βασικά τον άνθρακα του εδάφους σε βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες δεξαμενές, σύμφωνα με το παράδειγμα του χούμου.

Οι πιο πρόσφατες γενιές μοντέλων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιεί η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή για τις ευρέως διαβασμένες εκθέσεις της, είναι ουσιαστικά παλίμψηστα βασισμένα σε προηγούμενα, είπε ο Torn. Εξακολουθούν να υποθέτουν ότι ο άνθρακας του εδάφους υπάρχει σε μακροπρόθεσμες και βραχυπρόθεσμες δεξαμενές. Κατά συνέπεια, αυτά τα μοντέλα μπορεί να υπερεκτιμούν πόσο άνθρακα θα κολλήσει στα εδάφη και να υποτιμούν πόσο διοξείδιο του άνθρακα θα εκπέμπουν.

Το περασμένο καλοκαίρι, μια μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature εξέτασε πόσο διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώθηκε όταν οι ερευνητές ζέσταναν τεχνητά το έδαφος σε ένα τροπικό δάσος του Παναμά για να μιμηθούν τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Διαπίστωσαν ότι το θερμαινόμενο χώμα απελευθέρωσε 55% περισσότερο άνθρακα από τις κοντινές μη θερμανθείσες περιοχές - μια πολύ μεγαλύτερη απελευθέρωση από ό,τι προβλεπόταν από τα περισσότερα κλιματικά μοντέλα. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα μικρόβια στο έδαφος αναπτύσσονται πιο ενεργά στις υψηλότερες θερμοκρασίες, οδηγώντας σε αύξηση.

Η μελέτη ήταν ιδιαίτερα αποκαρδιωτική επειδή το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα του εδάφους στον κόσμο βρίσκεται στους τροπικούς και στη βόρεια βόρεια ζώνη. Παρόλα αυτά, τα κορυφαία μοντέλα εδάφους βαθμονομούνται με βάση τα αποτελέσματα των μελετών εδάφους σε εύκρατες χώρες όπως οι ΗΠΑ και η Ευρώπη, όπου έχουν πραγματοποιηθεί ιστορικά οι περισσότερες μελέτες. «Τα πάμε πολύ άσχημα στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και στις τροπικές περιοχές», είπε ο Lehmann.

Ακόμη και τα εύκρατα κλιματικά μοντέλα χρειάζονται βελτίωση. Ο Torn και οι συνεργάτες του ανέφεραν νωρίτερα αυτό το έτος ότι, σε αντίθεση με τις προβλέψεις, βαθιά στρώματα εδάφους σε δάσος της Καλιφόρνια απελευθέρωσαν περίπου το ένα τρίτο του άνθρακα τους όταν θερμάνθηκαν για πέντε χρόνια.

Τελικά, είπε ο Torn, τα μοντέλα πρέπει να αντιπροσωπεύουν το έδαφος ως κάτι πιο κοντά σε αυτό που είναι στην πραγματικότητα:ένα περίπλοκο, τρισδιάστατο περιβάλλον που διέπεται από μια υπερ-διαφορετική κοινότητα βακτηρίων, μυκήτων και άλλων μικροσκοπικών όντων που καταβροχθίζουν τον άνθρακα. Αλλά ακόμη μικρότερα βήματα θα ήταν ευπρόσδεκτα. Απλώς η προσθήκη μικροβίων ως ενιαία κατηγορία θα ήταν σημαντική πρόοδος για τα περισσότερα μοντέλα, είπε.

Γόνιμο έδαφος

Εάν το παράδειγμα του χούμου πλησιάζει στο τέλος του, το ερώτημα είναι:Τι θα το αντικαταστήσει;

Ένας σημαντικός και μακροχρόνια παραβλεφθείς παράγοντας φαίνεται να είναι η τρισδιάστατη δομή του εδαφικού περιβάλλοντος. Οι επιστήμονες περιγράφουν το έδαφος ως έναν κόσμο από μόνο του, με το αντίστοιχο των ηπείρων, των ωκεανών και των οροσειρών. Αυτή η πολύπλοκη μικρογεωγραφία καθορίζει πού μπορούν να πάνε μικρόβια όπως βακτήρια και μύκητες και πού όχι. σε ποια τρόφιμα μπορούν να έχουν πρόσβαση και ποια είναι εκτός ορίων.

Ένα βακτήριο του εδάφους «μπορεί να απέχει μόλις 10 μικρά από ένα μεγάλο κομμάτι οργανικής ύλης που είμαι βέβαιος ότι θα ήθελαν να αποικοδομήσουν, αλλά βρίσκεται στην άλλη πλευρά μιας συστάδας ορυκτών», είπε ο Pett-Ridge. "Είναι κυριολεκτικά σαν να βρίσκεται στην άλλη πλευρά του πλανήτη."

Ένα άλλο σχετικό, και ελάχιστα κατανοητό, συστατικό σε ένα νέο παράδειγμα εδάφους είναι η μοίρα του άνθρακα μέσα στο έδαφος. Οι ερευνητές πιστεύουν τώρα ότι σχεδόν όλο το οργανικό υλικό που εισέρχεται στο έδαφος θα αφομοιωθεί από τα μικρόβια. «Τώρα είναι πραγματικά ξεκάθαρο ότι η οργανική ύλη του εδάφους είναι ακριβώς αυτό το χαλαρό σύνολο φυτικής ύλης σε διάφορους βαθμούς αποικοδόμησης», είπε ο Σάντερμαν. Στη συνέχεια, μερικά θα εισπνέονται στην ατμόσφαιρα ως διοξείδιο του άνθρακα. Ό,τι απομένει θα μπορούσε να φαγωθεί από ένα άλλο μικρόβιο — και ένα τρίτο, και ούτω καθεξής. Ή θα μπορούσε να συνδεθεί με ένα κομμάτι πηλού ή να παγιδευτεί μέσα σε ένα συσσωματωμένο χώμα:μια πορώδη συστάδα σωματιδίων που, από την οπτική γωνία ενός μικροβίου, θα μπορούσε να είναι τόσο μεγάλη όσο μια πόλη και αδιαπέραστη όσο ένα φρούριο. Οι μελέτες των ισοτόπων άνθρακα έχουν δείξει ότι πολύς άνθρακας μπορεί να κολλήσει στο έδαφος για αιώνες ή και περισσότερο. Εάν το χούμο δεν σταθεροποιεί, ίσως τα μέταλλα και τα αδρανή.

Πριν καταλήξει η επιστήμη του εδάφους σε μια νέα θεωρία, θα υπάρξουν αναμφίβολα περισσότερες εκπλήξεις. Μπορεί να παραδόθηκε πρόσφατα από μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, οι οποίοι κατασκεύασαν ένα απλοποιημένο τεχνητό χώμα χρησιμοποιώντας μικρορευστικές συσκευές - ουσιαστικά, μικροσκοπικά πλαστικά κανάλια για τη μετακίνηση γύρω από κομμάτια υγρού και κυττάρων. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο άνθρακας που έβαλαν μέσα σε ένα συσσωμάτωμα από κομμάτια πηλού προστατεύονταν από βακτήρια. Αλλά όταν πρόσθεσαν ένα πεπτικό ένζυμο, ο άνθρακας απελευθερώθηκε από το συσσωμάτωμα και γρήγορα καταβροχθίστηκε. «Προς έκπληξή μας, κανείς δεν είχε κάνει αυτή τη σύνδεση μεταξύ ενζύμων, βακτηρίων και παγιδευμένου άνθρακα», δήλωσε ο Χάουαρντ Στόουν, μηχανικός που ηγήθηκε της μελέτης.

Η Lehmann πιέζει να αντικαταστήσει την παλιά διχοτόμηση του σταθερού και ασταθούς άνθρακα με ένα «μοντέλο συνεχούς εδάφους» άνθρακα σε προοδευτικά στάδια αποσύνθεσης. Αλλά αυτό το μοντέλο και άλλα παρόμοια απέχουν πολύ από το να είναι ολοκληρωμένα και σε αυτό το σημείο είναι περισσότερο εννοιολογικά παρά μαθηματικά προβλέψιμα.

Οι ερευνητές συμφωνούν ότι η επιστήμη του εδάφους βρίσκεται στο μέσο μιας κλασικής αλλαγής παραδείγματος. Αυτό που κανείς δεν ξέρει είναι πού ακριβώς θα προσγειωθεί το χωράφι — τι θα γραφεί στην επόμενη έκδοση του σχολικού βιβλίου. «Περνάμε μια εννοιολογική επανάσταση», είπε ο Μαρκ Μπράντφορντ, επιστήμονας εδάφους στο Πανεπιστήμιο Γέιλ. «Δεν έχουμε πραγματικά νέο καθεδρικό ναό ακόμα. Έχουμε ένα σωρό εκκλησίες που έχουν εμφανιστεί.»

Διόρθωση: 28 Ιουλίου 2021
Αυτό το άρθρο αναθεωρήθηκε για να πιστώσει μια ομάδα στο Salk την ιδέα της χρήσης φυτών εμπλουτισμένων με υποβερίνη για τη δέσμευση άνθρακα στο έδαφος.