Una comprensione più approfondita dei cicli del carbonio terrestre contribuisce alla creazione di modelli più accurati dei cambiamenti climatici
Gli ecosistemi terrestri assorbono il 25-30 % delle emissioni di carbonio dei combustibili fossili. La fotosintesi operata dalle piante rimuove la maggior parte del carbonio dall’atmosfera producendo zuccheri che alimentano la loro crescita. Gli organismi decompositori presenti nel suolo e nelle piante rilasciano inoltre CO2 nell’atmosfera attraverso la respirazione. Attualmente, la biosfera terrestre è un pozzo di assorbimento netto della CO2 a causa di un leggero squilibrio tra fotosintesi e respirazione. Per sfruttare pienamente tale potenziale di stoccaggio del carbonio e predire la sua risposta futura ai cambiamenti climatici, è necessario determinare questi flussi con maggiore precisione. La misurazione separata di fotosintesi e respirazione è una problematica importante che va affrontata, poiché questi processi definiscono come avviene il ciclo del carbonio per via terrestre e sono rappresentati negli attuali modelli del sistema Terra (Earth System Models, ESM) utilizzati per ottenere proiezioni climatiche e fornire orientamenti in materia di mitigazione dei cambiamenti climatici. Il team del progetto SOLCA (Carbonic anhydrase: where the CO2, COS and H2O cycles meet), finanziato dal CER, ha utilizzato il solfuro di carbonile (COS) e la composizione isotopica dell’ossigeno nell’anidride carbonica (CO18O) come traccianti dell’attività fotosintetica. Queste molecole sono substrati dell’anidrasi carbonica (AC), un enzima coinvolto nella fotosintesi che accelera l’idratazione della CO2 e l’idrolisi del COS. L’AC è presente nel suolo. L’obiettivo principale del progetto SOLCA era quello di identificare i meccanismi ecologici e fisici che guidano l’attività dell’AC in terreni provenienti da biomi diversi.
Un intenso lavoro preparatorio
Il team del progetto ha costruito un sistema di scambio gassoso in grado di misurare simultaneamente i flussi di CO18O e COS in microcosmi di suolo a clima controllato. Utilizzando i terreni provenienti da una varietà di biomi, dagli aridi sistemi mediterranei alle umide foreste boreali, e utilizzando algoritmi di modellizzazione sviluppati dal team, è stato possibile stimare per la prima volta l’attività dell’AC per entrambi i traccianti. Sono state inoltre misurate le proprietà chimiche, strutturali e microbiche di ciascuno di questi terreni per identificare i fattori che determinano l’attività dell’AC in una gamma di continenti e stagioni. Queste nuove conoscenze sono state poi incorporate in uno specifico ESM per mettere in relazione le concentrazioni atmosferiche di COS e CO18O con le variazioni della fotosintesi e della respirazione su larga scala. Confrontando queste previsioni con le misurazioni reali raccolte da una rete globale di stazioni atmosferiche, il team è stato in grado di affinare le stime della fotosintesi globale utilizzando questi traccianti. «Come ipotizzato, quando un suolo contiene una maggiore quantità di biomassa microbica, tende a presentare tassi più elevati di idratazione della CO2 e di idrolisi del COS. Per la prima volta, è ora possibile predire in che modo varia l’attività dell’AC del suolo sulla superficie dei terreni e ottenere una stima dello scambio di COS e CO18O tra la superficie del suolo e l’atmosfera», afferma Lisa Wingate, che lavora come ricercatrice presso l’Istituto nazionale di ricerca agronomica in Francia e che ha condotto il progetto. «La comprensione di questo legame tra suolo (e piante) e variabilità stagionale di CO2, COS e CO18O nell’atmosfera può contribuire a migliorare la nuova generazione di modelli del sistema Terra, riducendo le incertezze connesse alle risposte dei nostri ecosistemi ai cambiamenti climatici futuri».
Un sostegno agli sforzi di decarbonizzazione
I risultati del progetto SOLCA aiuteranno a sviluppare nuove teorie e strumenti di modellizzazione per migliorare la nostra comprensione del ciclo del carbonio per via terrestre. Attualmente la maggior parte dei set di dati del progetto è pubblicamente accessibile da parte della comunità scientifica e sono in corso lavori per pubblicarne altri. Guardando al futuro, Wingate afferma: «Con la crescente attenzione rivolta alle strategie di rimozione dell’anidride carbonica, le nostre conoscenze sul modo in cui l’attività dell’AC risponde al clima possono adesso aiutarci a comprendere meglio la regolazione della degradazione meteorica delle rocce contenenti silicato e carbonato negli ecosistemi e possono fornire soluzioni naturali per la rimozione della CO2 dall’atmosfera mediante un aumento artificiale di tale degradazione».
Parole chiave
SOLCA, pozzo di assorbimento del carbonio, ciclo del carbonio, flusso, CO2, respirazione, fotosintesi, biomassa, microbico, emissioni, cambiamenti climatici
