Gazele cu efect de seră cresc din solurile deșertice, la doar câteva minute după ploaie

Gazele cu efect de seră cresc din solurile deșertice, la doar câteva minute după ploaie. Deșerturile sunt faimoase pentru liniștea lor după secete îndelungate – până când cad primele picături de ploaie. Atunci, parcă însăși suprafața pământului „exhalează”. Timp de decenii, oamenii de știință au presupus că aceste „emisiuni-puls” bruște de gaze provin aproape în totalitate de la microbii din sol, treziți brusc la viață de apă.

Noi cercetări realizate la Universitatea Ben-Gurion din Negev (BGU) răstoarnă această idee. În unele soluri deșertice, primele și cele mai puternice izbucniri de gaze pot fi generate exclusiv prin procese chimice.

Gazele cu efect de seră cresc din solurile deșertice

O echipă condusă de dr. Isaac Yagle și prof. Ilya Gelfand de la Institutul Blaustein pentru Cercetări în Deșert (BGU) a comparat emisiile de gaze din soluri naturale deșertice. Cercetătorii au folosit soluri identice, dar sterilizate cu doze mari de iradiere gamma. Mostrele – colectate din apropierea Mării Moarte – au fost apoi umezite pentru a imita o ploaie trecătoare.

În câteva minute, ambele seturi de probe au început să emită dioxid de carbon (CO₂), oxid de azot (N₂O) și oxid nitric (NO). Surprinzător, solurile sterilizate – practic lipsite de microbi vii – au eliberat mult mai mult azot gazos în primele momente după umezire: de până la 13 ori mai mult NO și de 5 ori mai mult N₂O decât solurile „vii”.

Această descoperire contrazice presupunerea de lungă durată că biologia este singurul declanșator al emisiilor de gaze după ploaie în regiunile aride. Ea explică, de asemenea, de ce aceste pulsurile apar atât de repede. Microbii pot reacționa rapid, dar reacțiile chimice pot începe aproape instantaneu.

Ploaia declanșează explozii chimice

Ce se întâmplă în primele minute umede? În solurile aride, alcaline, expuse soarelui intens, se acumulează în timpul secetei compuși reactivi ai azotului – în special nitrit (NO₂⁻).

Când apa sosește, declanșează o explozie de activitate chimică pură. Un proces numit chemodenitrificare, mediat de minerale și metale în urme, permite nitritului să se descompună în NO și N₂O fără ajutor microbian.

Apa dizolvă și carbonatele, eliberând CO₂ – ceea ce creează un puls de gaze abiotic, ce se adaugă „respirației” microbiene a solului.

Testele comparative arată clar: chiar și în solurile sterilizate, emisiile timpurii au explodat. Iar când cercetătorii au comparat nivelurile de azot anorganic, primele pulsurile de N₂O și NO au arătat aproape identic în solurile sterilizate și în cele vii – o dovadă că chimia abiotică domină începutul reacției.

Microbii solului intră în scenă mai târziu

Totuși, începutul chimic nu e întreaga poveste. În solurile vii, nivelul de CO₂ a crescut mai mult per total, deoarece microbii contribuie constant prin respirație.

În orele și zilele următoare, bacteriile și arheele se recuperează din stresul secetei și reiau procesele de nitrificare și denitrificare, suprapunând reacțiile biologice peste baza chimică.

Se creează astfel un „spectacol în două acte”: reacțiile abiotice domină primele momente după ploaie, iar activitatea microbiană preia treptat controlul. Pentru gazele de azot, însă, debutul aparține în mare parte chimiei.

De ce contează aceste gaze

N₂O și NO nu sunt doar curiozități de laborator. Protoxidul de azot (N₂O) este un gaz cu efect de seră extrem de puternic și un distrugător major al stratului de ozon stratosferic. Oxidul nitric (NO) este un precursor al ozonului la nivelul solului și al smogului.

În deșerturile din întreaga lume – de la Sahel până în sud-vestul SUA – ploile scurte devin tot mai imprevizibile pe măsură ce schimbările climatice modifică tiparele furtunilor. Asta înseamnă cicluri mai frecvente de uscare-umezire și, potențial, mai multe emisii-puls.

Până acum, majoritatea modelelor care estimează emisiile de gaze cu efect de seră din soluri au tratat pulsurile ca pe un fenomen microbian. Noile rezultate arată că această abordare poate rata o parte importantă a puzzle-ului în regiunile aride și semi-aride.

Dacă chimia este responsabilă pentru o parte considerabilă a emisiilor timpurii – în special pentru N₂O și NO – atunci ignorarea reacțiilor abiotice duce probabil la subestimarea contribuției unei regiuni la încălzirea globală și la episoadele de poluare a aerului de după furtuni.

Cum pot fi reduse pulsurile de gaze din deșert

Există și o perspectivă practică de gestionare. În unele soluri aride, salinitatea ridicată, alcalinitatea și azotul acumulat favorizează pulsurile chimice mai puternice.

Practicile de utilizare a terenului care modifică nivelurile de azot din sol – precum pășunile fertilizate, terenurile lăsate în repaus dar irigate sau depunerile de praf – ar putea, fără intenție, să amplifice emisiile după ploaie.

Recunoașterea acestor căi chimice ar putea ghida strategii de reducere a vârfurilor, de exemplu prin limitarea acumulării de azot în zonele vulnerabile.

În interiorul reacțiilor solului deșertic

Designul studiului este la fel de important ca și concluziile sale. Prin sterilizarea solurilor cu iradiere gamma – o metodă care păstrează structura fizică și multe caracteristici chimice, dar elimină majoritatea vieții – echipa a putut separa clar procesele biologice de cele abiotice.

Măsurătorile rapide efectuate imediat după umezire au surprins primele minute trecătoare, care scapă adesea cercetărilor de teren.

Comparația a dezvăluit o imagine mixtă pentru CO₂: biologia domină, dar reacțiile carbonatelor pot aduce o contribuție semnificativă, mai ales în solurile deșertice alcaline. În cazul gazelor de azot, chimia are inițiativa, iar biologia intervine ulterior.

Mesajul este nuanțat: pulsurile post-ploaie din deșerturi nu sunt nici exclusiv microbiene, nici exclusiv chimice – ci ambele, dar cu temporizări diferite. Chimicalele pornesc în sprint, microbii aleargă pe distanță medie.

Deșerturile modelează viitorul

Deșerturile acoperă deja peste 40% din suprafața terestră și continuă să se extindă. Pe măsură ce secetele se prelungesc și ploile sosesc în reprize mai scurte și mai intense, condițiile care generează emisiile-puls vor deveni mai comune.

Transpunerea rezultatelor de laborator la scară de peisaj va necesita teste de teren în deșerturi diferite, pe tipuri variate de sol și în furtuni de intensități diverse. Dar concluzia de bază este clară: procesele abiotice trebuie incluse în calcule.

Pentru modelatorii climatici, asta înseamnă adăugarea unor termeni chimici rapizi în ecuațiile ce prezic emisiile de N₂O și NO după ploaie. Pentru specialiștii în calitatea aerului, înseamnă recunoașterea faptului că până și solurile „sterile” pot alimenta formarea de ozon în orele de după o furtună.

Iar pentru oricine crede că deșerturile sunt lipsite de viață, e un reminder că solul însuși ascunde un set viu de reacții chimice – unul care poate influența aerul pe care îl respirăm cu toții. Studiul a fost publicat în revista Scientific Reports.

Citește și: A nins în Atacama, cel mai arid deșert din lume, în plină vară