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La investigación del carbono del suelo reduce la incertidumbre en la predicción de los impactos del cambio climático


por Ginger Reilly, Laboratorio Nacional de Argonne


Los investigadores del DOE y el USDA utilizan nuevos modelos globales para estudiar cómo los controladores ambientales afectan el carbono orgánico del suelo, cambios en los cuales pueden alterar las concentraciones de carbono atmosférico y afectar el clima. Las predicciones podrían beneficiar los planes de mitigación de la industria.

La naturaleza ofrece una infinidad de formas de controlar su salud. Uno de los indicadores más exitosos es el estado del carbono orgánico del suelo , o la concentración de carbono en la fracción orgánica del suelo que consiste en vegetación en descomposición o productos animales. Un pequeño cambio en los niveles de carbono puede alterar dramáticamente las concentraciones atmosféricas de carbono y afectar el clima.

«El carbono orgánico del suelo es importante de estudiar porque es la propiedad del suelo que proporciona numerosos servicios ecosistémicos a la humanidad, como la desactivación de contaminantes, la conservación de la biodiversidad, la conservación y la purificación del agua, el aumento de la fertilidad del suelo y la mitigación de los impactos del cambio climático», dijo Umakant Mishra, un científico geoespacial en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE).

Una colaboración entre el Departamento de Agricultura de EE. UU. Y varios laboratorios nacionales del DOE, incluido Argonne, se propuso predecir y modelar el efecto de los controladores ambientales o los factores que forman el suelo (clima, organismos, topografía, material original y tiempo) sobre el carbono orgánico del suelo a diferentes escalas espaciales en los Estados Unidos continentales.

Los resultados del estudio de carbono orgánico del suelo tienen la intención de reducir la incertidumbre en la predicción de las retroalimentaciones climáticas de carbono y los cambios climáticos asociados. También podrían proporcionar más certeza sobre cómo los extremos climáticos futuros pueden afectar las actividades de numerosas industrias, desde la agricultura y las industrias de seguros de cosechas hasta las industrias de conservación de recursos naturales.

Los investigadores, por primera vez, pudieron generar algoritmos de escala para dar cuenta de una región geográfica tan grande mediante el uso de un gran conjunto de observaciones de campo disponibles recientemente, una gran cantidad de factores ambientales y un algoritmo de aprendizaje automático, un método de inteligencia artificial que aprende desde datos específicos para mejorar progresivamente las predicciones de datos nuevos y similares.

En este caso, la escala se refiere al área a través de la cual se supone que las propiedades de carbono orgánico del suelo son similares, y la escala toma la información recopilada de una escala espacial y la aplica a otra. Con la región dividida en un patrón de celdas de cuadrícula, la escala espacial utilizada en esta investigación varió desde una resolución más fina de 100 ma un curso más de 50 km entre centros de cuadrícula.

«El contenido de carbono orgánico del suelo difiere en diferentes lugares de muestreo, por eso necesitamos tomar muestras en lugares representativos si pretendemos capturar la heterogeneidad espacial de las propiedades del suelo en el área de estudio», dijo Mishra.

Los algoritmos de escalado que él y sus colaboradores crearon como parte de la investigación son importantes para los modelos del sistema terrestre, como el modelo del sistema terrestre Exascale Energy del DOE, además de predecir los cambios climáticos con mayor precisión.

La escala, señaló Mishra, es un problema que tradicionalmente se ha ignorado en las ciencias biogeoquímicas / naturales, donde se creía que las propiedades o procesos asociados con una escala espacial se pueden aplicar a escalas más pequeñas o más grandes. En realidad, sin embargo, este no es el caso.

Los modelos actuales del sistema terrestre, que se utilizan para predecir las futuras retroalimentaciones climáticas globales del carbono y los cambios climáticos asociados , operan a escalas espaciales gruesas (50-100 km) y actualmente no pueden representar a los controladores ambientales y su efecto sobre el carbono orgánico del suelo de una manera consistente con las observaciones de campo.

«El control de los factores ambientales en el carbono orgánico del suelo no es consistente con las observaciones en los modelos actuales de superficie terrestre», agregó. «Creemos que las funciones de escalado que desarrollamos en esta investigación, que se extraen de numerosas muestras en una gran área geográfica, pueden mejorar la representación espacial del carbono orgánico del suelo en la superficie terrestre dentro de los modelos del sistema terrestre».

Entre los resultados del trabajo reciente del equipo, los modelos mostraron que los atributos topográficos y del suelo eran importantes controladores del carbono orgánico del suelo a escalas más finas. En el extremo más grueso de la escala, los factores climáticos y de uso de la tierra sirvieron como controladores importantes.

Un artículo sobre el estudio, «Importancia y fuerza de los controladores ambientales de los cambios de carbono orgánico del suelo con escala», aparece en la edición de Geoderma del 1 de octubre de 2020 (publicado en línea, 23 de junio de 2020).


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