Las emisiones de gases de efecto invernadero de los humedales de interés consisten principalmente en emisiones de metano y óxido nitroso . Los humedales son la mayor fuente natural de metano atmosférico del mundo y, por lo tanto, constituyen un área de gran preocupación con respecto al cambio climático . [1] [2] [3] Los humedales representan aproximadamente el 20-30% del metano atmosférico a través de las emisiones de los suelos y las plantas, y contribuyen con un promedio aproximado de 161 Tg de metano a la atmósfera por año. [4]
Los humedales se caracterizan por tener suelos anegados y comunidades distintivas de especies vegetales y animales que se han adaptado a la presencia constante de agua . Este alto nivel de saturación de agua crea condiciones propicias para la producción de metano. La mayor parte de la metanogénesis , o producción de metano, ocurre en ambientes pobres en oxígeno . Debido a que los microbios que viven en ambientes cálidos y húmedos consumen oxígeno más rápidamente de lo que puede difundirse desde la atmósfera, los humedales son los ambientes anaeróbicos ideales para la fermentación , así como para la actividad metanógena . Sin embargo, los niveles de metanogénesis fluctúan debido a la disponibilidad de oxígeno , la temperatura del suelo y la composición del suelo. Un ambiente más cálido y anaeróbico con un suelo rico en materia orgánica permitiría una metanogénesis más eficiente. [5]
Algunos humedales son una fuente importante de emisiones de metano [6] [7] y algunos también son emisores de óxido nitroso . [8] [9] El óxido nitroso es un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global 300 veces mayor que el dióxido de carbono y es la principal sustancia que agota la capa de ozono emitida en el siglo XXI. [10] Los humedales también pueden actuar como sumidero de gases de efecto invernadero. [11]
Las características de las clases de humedales pueden ayudar a informar sobre la magnitud de las emisiones de metano. Sin embargo, las clases de humedales han mostrado una alta variabilidad en las emisiones de metano espacial y temporalmente. [12] Los humedales a menudo se clasifican por posición en el paisaje, vegetación y régimen hidrológico. [13] Las clases de humedales incluyen marismas , pantanos , ciénagas , pantanos pantanosos , turberas , pantanos pantanosos , praderas con forma de relieve , [14] y pocosins .
Dependiendo de sus características, algunos humedales son una fuente importante de emisiones de metano [7] y algunos también son emisores de óxido nitroso . [8] [9]
Los humedales representan aproximadamente entre el 20 y el 30% del metano atmosférico a través de las emisiones de los suelos y las plantas. [15]
El óxido nitroso es un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global 300 veces mayor que el dióxido de carbono y es la principal sustancia que agota la capa de ozono emitida en el siglo XXI. [10] Se ha demostrado que el exceso de nutrientes, principalmente de fuentes antropogénicas, aumenta significativamente los flujos de N 2 O de los suelos de humedales a través de procesos de desnitrificación y nitrificación (véase la tabla siguiente). [16] [8] [17] Un estudio en la región intermareal de un pantano salado de Nueva Inglaterra mostró que los niveles excesivos de nutrientes podrían aumentar las emisiones de N 2 O en lugar de secuestrarlas. [16]
No existen datos sobre los flujos de óxido nitroso de los humedales del hemisferio sur, como tampoco estudios basados en los ecosistemas que incluyan el papel de los organismos dominantes que alteran la biogeoquímica de los sedimentos. Los invertebrados acuáticos producen emisiones de óxido nitroso de relevancia ecológica debido a la ingestión de bacterias desnitrificantes que viven en el sedimento submareal y la columna de agua [18] y, por lo tanto, también pueden influir en la producción de óxido nitroso en algunos humedales.
a Las tasas de flujo se muestran como tasas horarias por unidad de área. Un flujo positivo implica un flujo del suelo al aire; un flujo negativo implica un flujo del aire al suelo.[33]negativos de N2O son comunes y son causados por el consumo por parte del suelo.[34]
Los humedales contrarrestan la acción de hundimiento que normalmente ocurre con el suelo debido al alto nivel freático. El nivel del nivel freático representa el límite entre la producción anaeróbica de metano y el consumo aeróbico de metano. Cuando el nivel freático es bajo, el metano generado dentro del suelo del humedal tiene que subir a través del suelo y pasar por una capa más profunda de bacterias metanotróficas , reduciendo así la emisión. El transporte de metano por las plantas vasculares puede eludir esta capa aeróbica, aumentando así la emisión. [35] [36]
Una vez producido, el metano puede llegar a la atmósfera a través de tres vías principales: difusión molecular , transporte a través del aerénquima de las plantas y ebullición. La productividad primaria alimenta las emisiones de metano tanto directa como indirectamente porque las plantas no solo proporcionan gran parte del carbono necesario para los procesos de producción de metano en los humedales, sino que también pueden afectar su transporte. [ cita requerida ]
La fermentación es un proceso que utilizan ciertos tipos de microorganismos para descomponer nutrientes esenciales . En un proceso llamado metanogénesis acetoclástica , los microorganismos del dominio de clasificación arqueas producen metano mediante la fermentación de acetato y H 2 -CO 2 en metano y dióxido de carbono .
H3C - COOH → CH4 + CO2
Según el humedal y el tipo de arquea, también puede producirse metanogénesis hidrogenotrófica , otro proceso que produce metano. Este proceso se produce como resultado de la oxidación del hidrógeno por parte de las arqueas con dióxido de carbono para producir metano y agua.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
La difusión a través del perfil se refiere al movimiento del metano a través del suelo y los cuerpos de agua hasta llegar a la atmósfera. La importancia de la difusión como vía varía según el humedal en función del tipo de suelo y vegetación. [37] Por ejemplo, en las turberas, la gran cantidad de materia orgánica muerta, pero no en descomposición, da como resultado una difusión relativamente lenta del metano a través del suelo. [38] Además, debido a que el metano puede viajar más rápidamente a través del suelo que el agua, la difusión juega un papel mucho más importante en los humedales con suelo más seco y menos compactado.
El aerénquima vegetal se refiere a los tubos de transporte en forma de vasos que se encuentran dentro de los tejidos de ciertos tipos de plantas. Las plantas con aerénquima poseen tejido poroso que permite el viaje directo de los gases hacia y desde las raíces de la planta. El metano puede viajar directamente desde el suelo hacia la atmósfera utilizando este sistema de transporte. [38] La "derivación" directa creada por el aerénquima permite que el metano evite la oxidación por el oxígeno que también es transportado por las plantas a sus raíces.
La ebullición se refiere a la liberación repentina de burbujas de metano en el aire. Estas burbujas se producen como resultado de la acumulación de metano con el tiempo en el suelo, formando bolsas de gas metano. A medida que estas bolsas de metano atrapadas aumentan de tamaño, el nivel del suelo también aumenta lentamente. Este fenómeno continúa hasta que se acumula tanta presión que la burbuja "estalla", transportando el metano a través del suelo tan rápidamente que no tiene tiempo de ser consumido por los organismos metanotróficos del suelo. Con esta liberación de gas, el nivel del suelo desciende una vez más.
La ebullición en los humedales se puede registrar mediante sensores delicados, llamados piezómetros , que pueden detectar la presencia de bolsas de presión dentro del suelo. También se utilizan cabezales hidráulicos para detectar el ascenso y descenso sutil del suelo como resultado de la acumulación y liberación de presión. Utilizando piezómetros y cabezales hidráulicos, se realizó un estudio en las turberas del norte de los Estados Unidos para determinar la importancia de la ebullición como fuente de metano. No solo se determinó que la ebullición es de hecho una fuente significativa de emisiones de metano en las turberas del norte de los Estados Unidos, sino que también se observó que hubo un aumento de la presión después de una lluvia significativa, lo que sugiere que la lluvia está directamente relacionada con las emisiones de metano en los humedales. [40]
La magnitud de las emisiones de metano de un humedal se mide generalmente mediante técnicas de covarianza de remolinos , gradiente o flujo de cámara, y depende de varios factores, entre ellos el nivel freático , las proporciones comparativas de bacterias metanogénicas y metanotróficas , los mecanismos de transporte, la temperatura, el tipo de sustrato , la vida vegetal y el clima. Estos factores trabajan juntos para afectar y controlar el flujo de metano en los humedales.
En general, el principal determinante del flujo neto de metano hacia la atmósfera es la proporción de metano producido por bacterias metanogénicas que llega a la superficie en relación con la cantidad de metano que es oxidado por bacterias metanotróficas antes de llegar a la atmósfera. [12] Esta proporción, a su vez, se ve afectada por los demás factores que controlan el metano en el medio ambiente. Además, las vías de emisión de metano afectan la forma en que el metano viaja hacia la atmósfera y, por lo tanto, tienen un efecto igual en el flujo de metano en los humedales.
El primer factor de control a considerar es el nivel del nivel freático . La ubicación del nivel freático y de la poza no solo determina las áreas donde puede tener lugar la producción u oxidación de metano, sino que también determina la rapidez con la que el metano puede difundirse en el aire. Al viajar a través del agua, las moléculas de metano chocan con las moléculas de agua que se mueven rápidamente y, por lo tanto, tardan más tiempo en llegar a la superficie. Sin embargo, el viaje a través del suelo es mucho más fácil y da como resultado una difusión más fácil en la atmósfera. Esta teoría del movimiento está respaldada por observaciones realizadas en humedales donde se produjeron flujos significativos de metano después de una caída del nivel freático debido a la sequía . [12] Si el nivel freático está en la superficie o por encima de ella, entonces el transporte de metano comienza a tener lugar principalmente a través de la ebullición y el transporte mediado por plantas vasculares o presurizadas, con altos niveles de emisión que se producen durante el día de las plantas que utilizan ventilación presurizada. [12]
La temperatura también es un factor importante a tener en cuenta, ya que la temperatura ambiental (y la temperatura del suelo en particular) afecta la tasa metabólica de producción o consumo de las bacterias. Además, debido a que los flujos de metano ocurren anualmente con las estaciones, se proporciona evidencia que sugiere que el cambio de temperatura junto con el nivel del nivel freático trabajan juntos para causar y controlar los ciclos estacionales. [41]
La composición del suelo y la disponibilidad del sustrato cambian los nutrientes disponibles para las bacterias metanogénicas y metanotróficas, y por lo tanto afectan directamente la tasa de producción y consumo de metano. Por ejemplo, los suelos de humedales con altos niveles de acetato o hidrógeno y dióxido de carbono son propicios para la producción de metano. Además, el tipo de vida vegetal y la cantidad de descomposición de las plantas afectan los nutrientes disponibles para las bacterias, así como la acidez . Los lixiviados de las plantas , como los compuestos fenólicos de Sphagnum, también pueden interactuar con las características del suelo para influir en la producción y el consumo de metano. [42] Se ha determinado que una disponibilidad constante de celulosa y un pH del suelo de aproximadamente 6,0 proporcionan condiciones óptimas para la producción y el consumo de metano; sin embargo, la calidad del sustrato puede verse anulada por otros factores. [12] El pH y la composición del suelo aún deben compararse con los efectos del nivel freático y la temperatura.
La producción neta de los ecosistemas (PNE) y los cambios climáticos son factores que abarcan todo y que han demostrado tener una relación directa con las emisiones de metano de los humedales. En los humedales con niveles freáticos altos, se ha demostrado que la PNE aumenta y disminuye con las emisiones de metano, probablemente debido al hecho de que tanto la PNE como las emisiones de metano fluctúan con la disponibilidad de sustrato y la composición del suelo. En los humedales con niveles freáticos más bajos, el movimiento de oxígeno dentro y fuera del suelo puede aumentar la oxidación del metano y la inhibición de la metanogénesis, anulando la relación entre la emisión de metano y la PNE porque la producción de metano pasa a depender de factores que se encuentran en las profundidades del suelo.
Un clima cambiante afecta a muchos factores dentro del ecosistema, incluyendo el nivel freático, la temperatura y la composición de las plantas dentro del humedal, todos factores que afectan las emisiones de metano. Sin embargo, el cambio climático también puede afectar la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera circundante, lo que a su vez reduciría la incorporación de metano a la atmósfera, como lo demuestra una disminución del 80% en el flujo de metano en áreas donde los niveles de dióxido de carbono se duplicaron. [12]
Los seres humanos suelen drenar los humedales en nombre del desarrollo, la vivienda y la agricultura. Al drenar los humedales, se reduce el nivel freático, lo que aumenta el consumo de metano por parte de las bacterias metanotróficas del suelo. [12] Sin embargo, como resultado del drenaje, se forman zanjas saturadas de agua que, debido al ambiente cálido y húmedo, terminan emitiendo una gran cantidad de metano. [12] Por lo tanto, el efecto real sobre la emisión de metano depende en gran medida de varios factores. Si los drenajes no están lo suficientemente espaciados, se formarán zanjas saturadas, creando entornos de minihumedales. Además, si el nivel freático se reduce lo suficiente, el humedal puede transformarse de una fuente de metano en un sumidero que consume metano. Finalmente, la composición real del humedal original cambia la forma en que el entorno circundante se ve afectado por el drenaje y el desarrollo humano. [ cita requerida ]
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