Als watermoleculen in een rivier, koolstofatomen in de bodem zijn altijd in beweging.

Om deze actie beter te begrijpen, Wetenschappers en medewerkers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben een nieuw conceptueel raamwerk en een simulatiemodel gecreëerd dat het pad van individuele koolstofatomen volgt terwijl ze interageren met de omgeving - biochemische transformaties ondergaand, zich door de poriënruimte van de grond bewegen en op weg zijn naar hun uiteindelijke lot:koolstofdioxide (CO ₂ ). Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift Global Change Biologie .

Bodems slaan meer koolstof op dan de atmosfeer en de biosfeer samen en de balans tussen de vorming en het verlies van organische koolstof in de bodem zal de komende eeuw krachtige klimaatterugkoppelingen veroorzaken.

De meest gebruikelijke benadering om SOC-dynamiek te voorspellen, maakt gebruik van op pool gebaseerde modellen, die klassen van SOC aannemen met intern homogene fysische en chemische eigenschappen. Maar nieuw bewijs toont aan dat de omzetting van koolstof in de bodem niet dominant wordt gecontroleerd door de chemie van koolstofinput, maar door hoe het zich door zijn ruimtelijk en temporeel heterogene omgeving beweegt.

Het nieuwe kader, genaamd probabilistische weergave van interacties tussen organische stoffen in het bodemmilieu (PROMISE), maakt gebruik van procesmatige, probabilistische benaderingen gericht op koolstofstroom en dynamische transformaties, "fluxen" in tegenstelling tot discrete pools.

Klimaatverandering is het gevolg van een verstoring van de wereldwijde koolstofcyclus, en bodems spelen een cruciale rol bij het reguleren van het klimaatsysteem van de aarde. De bodem is een enorm reservoir, maar wordt bedreigd door de intensivering van de landbouw, permafrost ontdooien, atmosferische opwarming, enzovoort.

"In werkelijkheid, SOC bestaat in een staat van constante verandering met nieuwe inputs van plantaardige koolstofcompensatie door continue SOC-verliezen door ontbinding, " zei LLNL-wetenschapper Jennifer Pett-Ridge, een co-auteur van het artikel. "Zelfs kleine verschuivingen in de omvang van deze veranderingen hebben invloed op de sterkte van de terrestrische koolstofput. We moeten het bodembeheer verschuiven naar benaderingen die de koolstof die we hebben behouden, Voeg meer toe, en vertraag idealiter de processen die leiden tot SOC-verlies."

Het PROMISE-concept beschouwt hoe SOC-cyclussnelheden worden bepaald door de willekeurige processen die de nabijheid tussen microbiële decomposers en organisch materiaal beïnvloeden, met de nadruk op hun fysieke locatie in de bodemmatrix. Het team liet zien hoe de toepassing van dit nieuwe model het lot van individuele koolstofatomen volgt terwijl ze interageren met hun omgeving, ondergaan biochemische transformaties en bewegen door de bodemporiënruimte.

"We denken dat koolstof altijd in beweging is, als watermoleculen in een rivier. Soms komen ze vast te zitten (zoals in een draaikolk aan de rand van een rivier), maar uiteindelijk komen ze los en gaan ze verder naar hun uiteindelijke lot - mineralisatie tot CO ₂ , "Zei Pett-Ridge. "In ons simulatiemodel, we kunnen het lot van individuele koolstofatomen traceren terwijl ze interageren met hun omgeving - zoals een deeltje dat door een rivier stroomt, vast komen te zitten en vervolgens weer losgelaten in de hoofdstroom - in een dynamisch continuüm."

Het PROMISE-raamwerk hervormt de dialoog over kwesties die verband houden met SOC-beheer in een fluctuerende wereld. Het team zei dat ze willen dat het raamwerk de ontwikkeling van nieuwe analytische hulpmiddelen en modelstructuren in verschillende disciplines stimuleert, waaronder bodemecologen, biogeochemici, modelbouwers van ecosystemen en wiskundige biologen - die de fysieke controle op de koolstofstroom tussen planten, bodem en atmosferische poelen.

"Ecosystemen functioneren omdat energieoverdracht niet stilstaat, "Zei Pett-Ridge. "Door te worstelen met de dynamische aard van koolstof in de bodem, we kunnen deze kritieke hulpbron effectiever beheren in een veranderende wereld."