Las aguas subterráneas suelen contener metano, pero la cantidad de este importante gas de efecto invernadero que puede escapar a las aguas superficiales o a la atmósfera es muy incierta. Un equipo del Instituto Max Planck de Biogeoquímica y la Universidad de Jena ha demostrado que los microbios presentes en las aguas subterráneas reducen significativamente las emisiones de metano, según revela un estudio publicado en PNAS .
por Friedrich Schiller Universidad de Jena
Los investigadores utilizaron un método de trazadores de radiocarbono de alta sensibilidad para demostrar que los microbios consumen más de la mitad del metano de las aguas subterráneas antes de que pueda liberarse. Este filtro microbiano de metano limita la contribución de las aguas subterráneas a las aguas dulces continentales y a los humedales, la mayor fuente natural de metano a la atmósfera.
El metano es un potente gas de efecto invernadero, y su capacidad para atrapar el calor lo hace mucho más peligroso que el dióxido de carbono a corto plazo (unas 84 veces más potente en 20 años). Esto convierte la rápida reducción de las emisiones de metano en una de las maneras más rápidas de frenar el calentamiento global. Las aguas subterráneas suelen contener metano de origen microbiano o fósil.
En altas concentraciones, este gas puede afectar la calidad del agua potable y escapar al suelo, las aguas superficiales o la atmósfera. La oxidación microbiana es el único sumidero biológico de metano conocido. Sin embargo, la contribución de las aguas subterráneas a los balances globales de metano es muy incierta.
Utilizando una técnica de trazado de radiocarbono recientemente perfeccionada, Beatrix M. Heinze, Valérie F. Schwab, Kirsten Küsel y Susan Trumbore, del Instituto Max Planck de Biogeoquímica y la Universidad de Jena, midieron el consumo microbiano de metano en aguas subterráneas con diferentes litologías y concentraciones de metano.
El trabajo se realizó en colaboración con Stefan Schloemer y Andreas Roskam del Instituto Federal de Geociencias y Recursos Naturales y la Agencia Estatal de Gestión del Agua, Conservación de la Costa y de la Naturaleza.
«Nuestros resultados revelan un filtro microbiano de metano altamente activo en las aguas subterráneas que juega un papel crucial en la limitación de la liberación de metano a las aguas superficiales , los suelos y la atmósfera», dice el investigador doctoral Heinze.
La eliminación de metano depende de la concentración de metano
El equipo muestreó aguas subterráneas de acuíferos carbonatados y arenosos poco profundos en el centro y norte de Alemania, con concentraciones de metano que oscilaban en más de cinco órdenes de magnitud, desde apenas detectables hasta sobresaturadas. Las tasas de oxidación microbiana del metano variaron de forma similar en más de cinco órdenes de magnitud y mostraron una alta correlación con las concentraciones de metano en las aguas subterráneas.
«Nuestro método no solo nos permitió cuantificar la oxidación microbiana del metano, sino también determinar la cantidad de microbios metaneros utilizados para producir biomasa», explica Heinze. «Descubrimos que los microbios de las aguas subterráneas utilizan el metano principalmente para generar energía en lugar de para generar biomasa».
Para desarrollar y perfeccionar estos métodos, Heinze realizó una estancia de investigación en la Universidad de California, Irvine, con el apoyo de los Fondos de Intercambio Científico del Clúster de Excelencia «Balance of the Microverse». Estas estancias le permitieron aprender y aplicar técnicas avanzadas basadas en radiocarbono para analizar la oxidación microbiana del metano en aguas subterráneas.
La renovación del metano, el tiempo que tardan los microbios en consumir completamente el metano disponible, varía entre unos pocos días y varias décadas, dependiendo de la concentración.
«Si bien en muchos sitios esperamos que el metano sea consumido completamente por los microbios de las aguas subterráneas, algunos sitios en el norte de Alemania con la mayor concentración de metano pueden ser una fuente importante de metano para humedales o ríos, desde donde puede emitirse a la atmósfera», dice Trumbore, director del Instituto Max Planck de Biogeoquímica de Jena.
«Nuestro estudio destaca la considerable incertidumbre sobre el papel de las aguas dulces como fuentes naturales de metano y la importancia de establecer bases de referencia sólidas para futuras evaluaciones».
Los microbios eliminan más de la mitad del metano de las aguas subterráneas a nivel mundial
Dada la fuerza de la relación entre las tasas de oxidación del metano y las concentraciones de metano, los autores recopilaron datos publicados sobre las concentraciones de metano en las aguas subterráneas en todo el mundo.
Al extrapolar su relación observada entre la concentración de metano y la oxidación microbiana, estiman que los microbios oxidantes de metano eliminan entre 167 y 778 teragramos de metano anualmente, lo que equivale a aproximadamente dos tercios del metano producido en las aguas subterráneas de todo el mundo.
Para ponerlo en perspectiva, las estimaciones actuales sugieren que las aguas continentales y los humedales emiten entre 164 y 329 teragramos de metano al año.
Además de su impacto climático, el metano en altas concentraciones supone riesgos para la calidad de las aguas subterráneas. «Nuestro método puede ayudar a identificar riesgos potenciales incluso en acuíferos considerados limpios y seguros para su uso futuro», afirma Kirsten Küsel, directora del Clúster de Excelencia «Balance of the Microverse» de la Universidad de Jena.
«Estos hallazgos subrayan la urgente necesidad de una gestión sostenible de las aguas subterráneas para proteger tanto el clima como los recursos de agua potable».
El estudio se realizó en el marco del Centro de Investigación Colaborativa AquaDiva, dirigido por Kirsten Küsel, Susan Trumbore y Kai Totsche, una iniciativa interdisciplinaria centrada en comprender las interacciones entre los ecosistemas superficiales y subterráneos y su respuesta a los cambios ambientales.
Al integrar la experiencia de la biogeoquímica, la hidrogeología y la microbiología, AquaDiva busca descubrir los procesos complejos que rigen los ecosistemas de aguas subterráneas y su resiliencia al cambio climático.
Más información: Beatrix M. Heinze et al., La oxidación microbiana reduce significativamente la exportación de metano de las aguas subterráneas globales, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2508773122
