El carbono almacenado en los suelos es una parte clave del ciclo del carbono de la Tierra.
Para predecir el destino futuro del carbono del suelo, los científicos del clima utilizan modelos del sistema terrestre ; estos son modelos climáticos que pueden simular tanto el clima como los procesos del ciclo del carbono.
Dada la gran cantidad de carbono almacenado en los suelos de todo el mundo, es vital comprender y cuantificar la posible liberación de carbono de los suelos.
Los suelos del mundo son la mayor reserva activa de carbono de la superficie terrestre: contienen al menos tres veces más que los bosques y las plantas.
Según el último Presupuesto Global del Carbono, es probable que emitir otros 120.000 millones de toneladas de carbono a la atmósfera bastara para superar el límite de calentamiento global de 1,5 °C. Esta cifra es ínfima en comparación con los estimados 2.000.000 a 4.000.000 millones de toneladas de carbono almacenadas en los suelos de todo el mundo.
La consecuencia de una reserva de carbono tan grande es que, si incluso una pequeña fracción se liberara a la atmósfera debido a un clima cambiante, podría producirse una retroalimentación climática positiva significativa, que provocaría aún más calentamiento.
Los modelos climáticos globales permiten a los científicos proyectar qué podría ocurrir con el carbono del suelo a medida que se calienta la Tierra. Sin embargo, dado que muchos factores influyen en la forma en que los suelos incorporan y pierden carbono, el panorama es complejo.
En un nuevo estudio publicado en Biogeosciences, ponemos a prueba la capacidad de los modelos más recientes para reproducir lo que observamos en la actualidad. Esto nos permite saber cuánto podemos confiar en sus previsiones de futuro y señala ámbitos en los que podrían mejorarse.
Nuestros hallazgos muestran que los modelos están mejorando en la simulación de la cantidad de carbono que se incorpora a los suelos, pero aún deben mejorar a la hora de reproducir cuánto se pierde cuando los microbios del suelo descomponen el carbono y lo liberan a la atmósfera.
Los avances futuros en la modelización serán vitales para proyectar con éxito cómo afectará el calentamiento al carbono del suelo y si este contribuirá o dificultará los esfuerzos mundiales para reducir las emisiones de carbono.
El carbono del suelo ante el cambio climático
El carbono almacenado en los suelos constituye una parte clave del ciclo del carbono de la Tierra, el ciclo natural del carbono entre la atmósfera, la tierra y el océano.
El ciclo del carbono es importante para determinar el cambio climático futuro porque es sensible al aumento de las concentraciones de CO2 atmosférico y al calentamiento que este provoca.
Sin cambio climático, la absorción de carbono por los suelos estaría, por lo general, en equilibrio a largo plazo con las pérdidas de carbono, lo que mantendría estable la cantidad total de carbono almacenada en el suelo.
A escala mundial, las fluctuaciones del carbono del suelo son considerables: unas cinco veces mayores que las emisiones actuales de CO2 causadas por el ser humano cada año. También se prevé que aumenten a medida que se calienta el clima, por lo que determinar el impacto global sobre el carbono futuro del suelo supone un gran desafío.
La principal entrada de carbono en el suelo es la «hojarasca» de la vegetación: las hojas muertas y los restos vegetales acaban convirtiéndose en carbono del suelo. Con el aumento de los niveles de CO2 atmosférico, las plantas y los árboles suelen ser más «productivos» porque disponen de más CO2 para la fotosíntesis. Esto hace que la superficie terrestre absorba más carbono de la atmósfera y puede propiciar que se añada más carbono al suelo.
Sin embargo, también hay otros factores que contrarrestan este efecto y deben tenerse en cuenta. Uno de ellos 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 es el suelo de permafrost, que se sabe que es particularmente sensible al cambio climático y representa una gran amenaza para el clima 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 frenar el cambio climático. Por tanto, el destino futuro del carbono del suelo desempeña un papel importante en la cuantificación del calentamiento futuro.
Modelización
Para predecir el destino futuro del carbono del suelo, los científicos del clima utilizan modelos del sistema terrestre (ESM, por sus siglas en inglés). Son modelos climáticos que pueden simular tanto el clima como los procesos del ciclo del carbono y constituyen la mejor herramienta para elaborar proyecciones futuras del cambio climático.
Los ESM simulan el ciclo del carbono y las retroalimentaciones asociadas; sin embargo, la modelización del carbono del suelo y los procesos relacionados plantea numerosos desafíos.
Se prevé que tanto la entrada de carbono procedente de la hojarasca vegetal como la salida debida a la descomposición microbiana aumenten con el cambio climático. Sin embargo, estos factores tienen efectos opuestos sobre la variación del carbono del suelo. El principal problema de la modelización del carbono del suelo es que no sabemos cuánto cambiarán las entradas y salidas de carbono con el calentamiento global, y el equilibrio entre ambas es crucial para predecir el efecto neto sobre el clima.
Otra complicación para comprender los cambios futuros del carbono del suelo es que los suelos de todo el mundo presentan diferencias significativas, lo que afecta a la forma en que se almacena el carbono.
Por ejemplo, hablamos de una «reserva lenta de carbono del suelo» cuando el suelo puede tener propiedades que lo hacen más resistente a la descomposición, algo más común en las latitudes altas y frías del hemisferio norte. Del mismo modo, existen «reservas rápidas de carbono del suelo», en las que el carbono permanece poco tiempo en el suelo y se descompone rápidamente, volviendo a la atmósfera; esto es más común en las regiones tropicales, más cálidas.
El equilibrio entre estos tipos de reservas de carbono desempeña un papel importante en el comportamiento del carbono del suelo a escala mundial, y comprender cómo cambiará ese equilibrio con el tiempo supone un reto considerable al modelizar los cambios del carbono del suelo.
Los modelos más recientes
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).
El CMIP es un esfuerzo mundial coordinado de modelización climática que contribuye al proceso de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés). Numerosos centros de modelización de todo el mundo han desarrollado ESM, que se actualizan y mejoran constantemente. El CMIP define experimentos coherentes sobre el cambio climático para permitir comparar los distintos ESM y sus diferentes generaciones.
En nuestro estudio, comparamos los datos de salida de los modelos CMIP6 y CMIP5 con datos observacionales del mundo real, como estimaciones derivadas de satélites. Así podemos ver en qué aspectos ha mejorado CMIP6 respecto a CMIP5 y qué limitaciones persisten en la modelización del carbono del suelo.
Analizamos el carbono del suelo a escala mundial y los factores que influyen en su absorción y sus pérdidas. Para la absorción, nos centramos en la entrada «por encima del suelo» procedente de la productividad de la vegetación terrestre. Para las pérdidas, nos centramos en la salida «por debajo del suelo» y estudiamos cuánto tiempo permanece el carbono en el suelo antes de que los microbios lo descompongan y lo liberen de nuevo a la atmósfera.
Identificamos mejoras en la simulación de los procesos por encima del suelo en los modelos CMIP6 respecto a CMIP5. Esto se debe en gran medida a que los modelos CMIP6 incluyen las limitaciones de nutrientes al crecimiento de las plantas. Para realizar la fotosíntesis, las plantas necesitan CO2, luz y agua, además de suficientes nutrientes como nitrógeno y fósforo. Por tanto, si en el futuro escasea alguno de estos elementos, se limitará el posible aumento de la productividad y de la entrada de carbono en el suelo a medida que aumente el CO2.
Sin embargo, no se observan las mismas mejoras sistemáticas en la simulación de los procesos por debajo del suelo. Como muestran los mapas de abajo, esto se refleja sobre todo en una subestimación general del carbono del suelo en las altas latitudes septentrionales en los modelos CMIP6 (arriba) en comparación con las observaciones (abajo). En los mapas, los tonos verdes más oscuros indican niveles más altos de carbono en el suelo.
El carbono del suelo varía considerablemente en todo el planeta, tanto por el tipo de suelo como por la cantidad de carbono almacenado. Por ejemplo, en las regiones tropicales, donde las temperaturas de la Tierra son mucho más cálidas, suele haber menores reservas de carbono en el suelo. En cambio, suele haber mayores reservas de carbono en el suelo en las regiones de latitudes altas del hemisferio norte, donde las temperaturas de la Tierra son mucho más frías.
Sin embargo, la mayoría de los modelos climáticos CMIP6 no reproduce el carbono del suelo de las altas latitudes del hemisferio norte.
Centrarse en los procesos por debajo del suelo
Los resultados de nuestro estudio sugieren que gran parte de la incertidumbre que aún persiste en la modelización del carbono del suelo está relacionada con la simulación de los procesos por debajo del suelo.
Esto indica que la próxima generación de ESM para CMIP7 debe centrarse más en mejorar la simulación de estos procesos.
Las mejoras ayudarían a reducir la incertidumbre sobre las proyecciones de liberación de carbono de los suelos de todo el mundo ante el cambio climático y a aumentar la confianza en los presupuestos de carbono asociados a distintos niveles de calentamiento global.
Dada la gran cantidad de carbono almacenado en los suelos de todo el mundo, comprender y cuantificar la posible liberación de carbono de los suelos es vital para cumplir los límites de temperatura del Acuerdo de París.
