El nombre «zona crítica» puede emitir vibraciones de acción y suspenso de la década de 1980, pero es el término que usan los científicos para referirse al área de la superficie terrestre responsable de sustentar la vida.
por Jake Kerr y Rosemary Brandt, Universidad de Arizona
Una porción relativamente pequeña de la estructura planetaria, se extiende desde el lecho rocoso debajo del agua subterránea hasta la atmósfera inferior.
«Piense en ello como la piel de la Tierra», dijo Jon Chorover, jefe del Departamento de Ciencias Ambientales de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Arizona. «A veces se denomina la zona donde el rock se encuentra con la vida».
La mayoría de las personas, incluso los geólogos, no suelen pensar en la roca como la base de la vida o la forma en que la vida puede alterar la roca, pero eso llega al corazón de la ciencia de la zona crítica, dijo Chorover.
Un marco relativamente nuevo para abordar las ciencias de la Tierra, la zona crítica alinea a los investigadores de todas las disciplinas para comprender mejor cómo la delicada red de procesos físicos, químicos y biológicos se unen para formar el sistema de soporte vital de la Tierra.
Como biogeoquímico, el enfoque de sistema completo es una forma de pensar que le resulta natural a Chorover, quien ha pasado gran parte de su carrera trabajando para desentrañar las formas en que la meteorización química y mineral impulsa la evolución de todo, desde el microbioma del suelo hasta el carbono. ciclo.
Junto con Qian Fang, investigador postdoctoral de la Universidad de Pekín en Beijing, Chorover publicó recientemente los resultados de casi 10 años de datos recopilados en el Observatorio de la Zona Crítica de la Cuenca del Río Santa Catalina-Jemez, que abarca un gradiente de elevación y climas en cuencas rocosas en el norte de Nuevo México y el sur de Arizona.
Sus hallazgos, según Chorover, proporcionan un vínculo de «pistola humeante» entre las actividades de los microbios que consumen carbono y la transformación de la roca en suelo que sustenta la vida en la zona crítica.
Un laboratorio viviente al aire libre
En el pasado, medir algo como la meteorización mineral a menudo no era tan emocionante: imagine a los investigadores rompiendo trozos de roca y observando cómo se disuelve en vasos de precipitados en el laboratorio. Pero ver ese proceso en un sistema ecológico natural es una historia diferente.
En el Observatorio de la Zona Crítica de la Cuenca del Río Santa Catalina-Jemez, las torres que miden el intercambio de agua entre el bosque y la atmósfera, las sondas de suelo que leen la transferencia de energía y gases, y una serie de otros instrumentos ambientales ofrecen a los científicos una vista de primera mano. de los sistemas complejos dentro de la zona crítica.
El sitio es parte de un programa más grande del Observatorio de la Zona Crítica de la Fundación Nacional de Ciencias, que a diferencia de los observatorios tradicionales de ladrillo y mortero proporciona una red de entornos ecológicos regionales equipados con instrumentación científica en todo Estados Unidos.
Los sensores de temperatura, humedad y gas en el sitio recopilan mediciones cada 15 minutos, y después de compilar y correlacionar los datos, «lo que encontramos fue una fuerte relación entre la velocidad a la que la roca se erosionaba para formar suelo y las actividades del microbioma en el subsuelo», dijo Chorover, investigador principal del observatorio Catalina-Jemez.
Rompiendo el ciclo de la roca a la vida
«Los minerales, microorganismos y compuestos orgánicos se encuentran entre los componentes más importantes de la superficie de la Tierra», dijo Fang. «Interactúan entre sí constantemente para proporcionar a toda la vida terrestre nutrientes, energía y entornos de vida adecuados».
Estos minerales en la zona crítica son atacados continuamente por microorganismos, ácidos orgánicos y agua, explicó Fang. A medida que los minerales se descomponen, los microbios del suelo consumen la nueva materia orgánica y la transforman en material que alimenta a las plantas y otros microorganismos, mientras libera dióxido de carbono.
Estudios previos sugieren que la descomposición microbiana de la materia orgánica del suelo puede impulsarse cuando se introducen más compuestos orgánicos «frescos», como la materia vegetal, en el sistema del suelo. Los científicos del suelo llaman a este proceso el «efecto de cebado». Sin embargo, la relación entre la meteorización mineral y el cebado microbiano sigue sin estar clara.
«Nuestro estudio muestra, por primera vez, cómo se acoplan estos procesos esenciales del suelo, y estos dos procesos influyen continuamente en la formación del suelo, la emisión de CO2 y el clima global», dijo Fang. «Los vínculos pueden incluso estar asociados con ciclos elementales a largo plazo y una rápida renovación del carbono y los nutrientes del suelo en la Tierra».
Si bien es fácil percibir el éxito de las plantas y los microorganismos como una circunstancia ambiental afortunada, Chorover dijo que este estudio demuestra que incluso las partes más pequeñas de la zona crítica tienen un papel importante que desempeñar.
«Muestra que la vida no es simplemente un pasajero pasivo en la trayectoria de la evolución de la zona crítica, sino un ingeniero activo para determinar la dirección y el camino de cómo evoluciona la piel de la Tierra», dijo Chorover.
El trabajo se publica en la revista Nature Communications .
Más información: Qian Fang et al, La meteorización mineral está vinculada al cebado microbiano en la zona crítica, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-022-35671-x
