Los suelos del mundo son la mayor reserva activa de carbono en la superficie de la Tierra, conteniendo al menos tres veces más que los bosques y las plantas. La consecuencia de una reserva de carbono tan grande es que, si incluso una pequeña fracción fuera liberada a la atmósfera, podría resultar en una retroalimentación climática positiva significativa, causando aún más calentamiento.

Según el último Global Carbon Budget, es probable que la emisión adicional de 120.000 millones de toneladas de carbono a la atmósfera sea suficiente para impulsar el calentamiento global por encima del límite de 1,5 °C. Este es un número pequeño en comparación con los 2 a 4 billones de toneladas de carbono que se estima están almacenadas en los suelos a nivel mundial.

Los modelos climáticos globales permiten a los científicos proyectar lo que podría suceder con el carbono del suelo en el futuro a medida que la Tierra se calienta. Sin embargo, son tantos los factores que influyen en cómo los suelos ganan y pierden carbono, que el panorama es complicado.

En un nuevo estudio, publicado en Biogeosciences, se ha probado la capacidad de los últimos modelos para replicar la situación actual. Lo que nos da una idea de cuánto podemos confiar en sus pronósticos futuros y se destacan, además, las áreas en las que estos modelos se podrían mejorar.

Los hallazgos muestran que los modelos están mejorando en la simulación de la cantidad de carbono que absorben los suelos, pero aún necesitan mejorar en la reproducción de la cantidad que se pierde a medida que los microbios en el suelo descomponen el carbono y lo liberan a la atmósfera.

Los futuros avances en la modelización serán vitales para proyectar con éxito cómo el carbono del suelo se verá afectado por el calentamiento y si ayudará, o dificultará, los esfuerzos globales para reducir las emisiones de carbono.

El carbono del suelo bajo el cambio climático

El carbono almacenado en los suelos constituye una parte clave del ciclo del carbono que comprende la atmósfera, la tierra y el océano.

El ciclo del carbono es importante para determinar el cambio climático futuro porque es sensible a los aumentos en las concentraciones atmosféricas de CO₂ y al calentamiento que provoca.

Sin el cambio climático, la absorción de carbono por los suelos generalmente estaría equilibrada con las pérdidas, a largo plazo, manteniendo estable la cantidad total de carbono almacenado en el suelo.

A escala global, las fluctuaciones en el carbono del suelo son sustanciales, unas cinco veces mayores que las actuales emisiones de CO₂ provocadas por el hombre cada año. También se prevé que aumenten a medida que el clima se calienta, por lo que determinar el impacto general en el futuro carbono del suelo es un gran desafío.

La principal entrada de carbono en el suelo es la “basura” de la vegetación, donde las hojas muertas y los desechos al degradarse acaban como carbono. Con niveles elevados de CO₂ en la atmósfera, las plantas y los árboles suelen ser más “productivos”, ya que hay más CO₂ disponible para la fotosíntesis. Esto da como resultado que la superficie terrestre absorba más carbono de la atmósfera y, potencialmente, puede conducir a que se incorpore más carbono en el suelo.

Sin embargo, contrarrestando este efecto hay factores adicionales que también deben ser considerados. Uno es que el aumento de las temperaturas debido al calentamiento global permite que los microbios que viven en el suelo descompongan el carbono a un ritmo más rápido. Esto puede hacer que se libere más carbono del suelo a la atmósfera, reduciendo el carbono almacenado. Un buen ejemplo de esto es el suelo del permafrost congelado, que se sabe que es particularmente sensible al cambio climático y presenta una gran amenaza para el cambio climático futuro.

Estos cambios en el ciclo del carbono que afectan a la cantidad de CO₂ en la atmósfera se conocen como retroalimentaciones del ciclo del carbono, que pueden acelerar o retrasar el cambio climático. Por lo tanto, la previsión del carbono del suelo juega un papel importante en la cuantificación del calentamiento futuro.

Modelización

Para predecir el futuro del carbono del suelo, los científicos del clima utilizan modelos del sistema terrestre (ESM). Estos son modelos climáticos que pueden simular tanto el clima como los procesos del ciclo del carbono y representan la mejor herramienta para hacer proyecciones futuras del cambio climático.

Los ESM simulan el ciclo del carbono y las retroalimentaciones asociadas; sin embargo, el modelado del carbono del suelo y los procesos relacionados presenta muchos desafíos.

Como se ha mencionado, se prevé que tanto la entrada de carbono por los desechos vegetales como su salida por la descomposición microbiana aumenten con el cambio climático. Sin embargo, estos factores tienen efectos que contrarrestan los cambios de carbono del suelo. El principal problema con la modelización de carbono del suelo es que no sabemos cuánto cambiará el carbono entrante y saliente bajo el calentamiento global y el equilibrio entre ellos es crucial para predecir el efecto neto sobre el clima.

Una complicación adicional para comprender el balance del carbono en el suelo es que los suelos de todo el mundo difieren significativamente y esto afecta a la forma en que se almacena el carbono.

Por ejemplo, parte del carbono se encuentra en el suelo en un \»reservorio lento\», lo que significa que el suelo podría tener propiedades que lo hacen más resistente a la descomposición; esto es más común en las latitudes altas más frías del hemisferio norte. De manera similar, tenemos “reservorios rápidos”, donde la vida útil del carbono en el suelo es corta y se descompone rápidamente volviendo a la atmósfera, lo que es más común en las regiones tropicales más cálidas.

El equilibrio entre estos dos tipos de reservorios tiene un papel importante en el comportamiento del carbono del suelo a nivel mundial y comprender cómo cambiará este equilibrio con el tiempo presenta un desafío importante al modelizar el balance de carbono del suelo.

Últimos modelos

Nuestro nuevo estudio evalúa cómo se modeliza el carbono del suelo en la última generación de ESM en la sexta y más reciente iteración del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP6). Comparamos nuestros hallazgos con conjuntos de datos observacionales y también con la generación anterior de modelos (CMIP5).

CMIP es un esfuerzo de modelización climática coordinado a nivel mundial que alimenta el proceso de evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC). Existen numerosos ESM que han sido desarrollados por diferentes centros de modelización en todo el mundo y se actualizan y mejoran constantemente. CMIP define experimentos de cambio climático consistentes para permitir la comparación entre cada uno de los ESM y entre diferentes generaciones.

En nuestro estudio, comparamos los datos de salida de los modelos de CMIP6 y CMIP5 y los datos de observación del mundo real, como las estimaciones derivadas de satélites. A partir de esto, podemos ver dónde se han realizado mejoras en CMIP6 en relación con CMIP5, y dónde siguen existiendo limitaciones con respecto a la modelización del carbono del suelo.

Hemos considerado el carbono del suelo a nivel mundial, así como los factores que influyen en la absorción y pérdida de carbono. Para la captación, nos enfocamos en la entrada \»sobre el suelo\» de la productividad de la vegetación. Para las pérdidas, en la producción \»bajo tierra\», investigando el tiempo que el carbono sobrevive en el suelo antes de que los microbios lo descompongan y lo liberen a la atmósfera.

Identificamos mejoras en la simulación de los procesos sobre el suelo en los modelos CMIP6 en comparación con CMIP5. Esto se debe en gran parte a la inclusión de limitaciones de nutrientes en el crecimiento de las plantas en los modelos CMIP6. Para que las plantas realicen la fotosíntesis, necesitan CO₂, luz y agua, pero también suficientes nutrientes como nitrógeno y fósforo. Por lo tanto, si alguno de estos requisitos se limita en el futuro, limitará el aumento potencial de la productividad y la entrada de carbono en el suelo a medida que aumenta el CO₂.

Sin embargo, no se ven las mismas mejoras en la simulación de los procesos subterráneos. Como muestran los mapas a continuación, esto se observa principalmente por una subestimación general del carbono del suelo en las altas latitudes del norte en los modelos CMIP6 (arriba) en comparación con las observaciones (abajo). En los mapas, el sombreado verde más oscuro muestra niveles más altos de carbono en el suelo.

Mapas que muestran cómo varía la cantidad de carbono del suelo en todo el mundo. El mapa superior muestra el carbono del suelo simulado en los modelos CMIP6, en comparación con el mapa inferior que muestra lo que se mide en el mundo real. El color más oscuro representa mayores cantidades de carbono almacenado en los suelos. Fuente: Varney et al. (2022).

El carbono del suelo varía significativamente en todo el mundo, tanto en términos del tipo de suelo como de la cantidad de carbono almacenado. Por ejemplo, en las regiones tropicales donde la Tierra experimenta temperaturas mucho más cálidas, tiende a haber cantidades más pequeñas de reservas de carbono en el suelo. Por el contrario, tiende a haber mayores reservas de carbono en el suelo en las regiones altas de latitud norte donde la Tierra tiene temperaturas mucho más frías.

Sin embargo, este carbono del suelo de latitudes altas del hemisferio norte no se reproduce en la mayoría de los modelos climáticos de la CMIP6.

Centrarse en los procesos subterráneos

Los resultados de nuestro estudio sugieren que gran parte de la incertidumbre restante en la modelización del carbono del suelo está relacionada con la simulación de los procesos subterráneos. Esto apunta a la necesidad de un mayor enfoque en la mejora de la simulación de estos procesos en la próxima generación de ESM para CMIP7.

Las mejoras ayudarían a reducir la incertidumbre en la proyección de la liberación de carbono en los suelos globales bajo el cambio climático y aumentarían la confianza en los balances de carbono asociados con diferentes niveles de calentamiento global.

Debido a las cantidades significativas de carbono almacenadas en los suelos a nivel mundial, comprender y cuantificar la liberación potencial de carbono de los suelos es vital para cumplir con los límites de temperatura del Acuerdo de París.

Autores:

Dr Rebecca Varney, asociada de investigación postdoctoral en la Universidad de Exeter.

Prof Peter Cox, profesor de dinámica de sistemas climáticos en la Universidad de Exeter.

Publicado en CarbonBrief, el 11 de octubre de 2022

Esta investigación ha sido apoyada por los proyectos del Consejo Europeo de Investigación, Restricciones emergentes en las retroalimentaciones clima-terrestres en el sistema terrestre (ECCLES) e Interacciones clima-carbono en el siglo actual (4C).

Varney, R. et al. (2022) Evaluation of soil carbon simulation in CMIP6 Earth system models, Biogeosciences, doi:10.5194/bg-19-4671-2022.

Ciclo del carbono, modelos climáticos, carbono del suelo