Um conceito secular na ciência do solo foi recentemente descartado. Ainda assim, continua sendo um ingrediente-chave em tudo, desde modelos climáticos a projetos avançados de captura de carbono.
A esperança era que o solo pudesse nos salvar. Com a civilização continuando a bombear quantidades cada vez maiores de dióxido de carbono na atmosfera, talvez as plantas – purificadores de carbono da natureza – possam empacotar parte desse excesso de carbono e enterrá-lo no subsolo por séculos ou mais.
Essa esperança tem alimentado planos cada vez mais ambiciosos de mitigação das mudanças climáticas. Os pesquisadores do Salk Institute, por exemplo, esperam fazer a bioengenharia de plantas cujas raízes produzirão grandes quantidades de uma substância semelhante à cortiça, rica em carbono, chamada suberina. Mesmo depois que a planta morre, pensa-se, o carbono na suberina deve permanecer enterrado por séculos. Esta iniciativa de aproveitamento de plantas é talvez a estrela mais brilhante em um firmamento apinhado de soluções para a mudança climática com base na substância marrom sob nossos pés.
Esses planos dependem criticamente da existência de moléculas grandes, estáveis e ricas em carbono que podem durar centenas ou milhares de anos no subsolo. Essas moléculas, chamadas coletivamente de húmus, há muito são a pedra angular da ciência do solo; as principais práticas agrícolas e modelos climáticos sofisticados são construídos sobre eles.
Mas nos últimos 10 anos ou mais, a ciência do solo passou por uma revolução silenciosa, semelhante ao que aconteceria se, na física, a relatividade ou a mecânica quântica fossem derrubadas. Exceto neste caso, quase ninguém ouviu falar sobre isso – incluindo muitos que esperam que os solos possam resgatar o clima. “Há muitas pessoas interessadas no sequestro que ainda não se recuperaram”, disse Margaret Torn, uma cientista de solo do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
Uma nova geração de estudos de solo movidos por microscópios modernos e tecnologias de imagem revelaram que o que quer que seja o húmus, não é a substância de longa duração que os cientistas acreditavam que fosse. Os pesquisadores do solo concluíram que mesmo as moléculas maiores e mais complexas podem ser rapidamente devoradas pelos micróbios abundantes e vorazes do solo. A molécula mágica que você pode simplesmente colar no solo e esperar que fique lá pode não existir.
“Tenho a natureza e as propriedades dos solos diante de mim – o livro-texto padrão”, disse Gregg Sanford, pesquisador de solos da Universidade de Wisconsin, em Madison. “A teoria do acúmulo de carbono orgânico no solo que está naquele livro foi provada em grande parte falsa … e ainda estamos ensinando isso.”
As consequências vão muito além das estratégias de sequestro de carbono. Os principais modelos climáticos, como os produzidos pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, baseiam-se nessa compreensão desatualizada do solo. Vários estudos recentes indicam que esses modelos estão subestimando a quantidade total de carbono que será liberado do solo em um clima mais quente. Além disso, os modelos de computador que prevêem os impactos dos gases de efeito estufa das práticas agrícolas – previsões que estão sendo usadas nos mercados de carbono – são provavelmente excessivamente otimistas sobre a capacidade do solo de reter e reter carbono.
Ainda pode ser possível armazenar carbono no subsolo a longo prazo. De fato, medições de datação radioativa sugerem que alguma quantidade de carbono pode permanecer no solo por séculos. Mas até que os cientistas do solo construam um novo paradigma para substituir o antigo – um processo agora em andamento – ninguém entenderá completamente o porquê.
A morte de húmus
O solo não revela seus segredos facilmente. Seus constituintes são minúsculos, variados e absurdamente numerosos. No mínimo, consiste de minerais, matéria orgânica em decomposição, ar, água e ecossistemas extremamente complexos de microorganismos. Uma colher de chá de solo saudável contém mais bactérias, fungos e outros micróbios do que humanos na Terra.
O biólogo alemão Franz Karl Achard foi um dos pioneiros em dar sentido ao caos. Em um estudo seminal de 1786, ele usou álcalis para extrair moléculas feitas de longas cadeias de carbono de solos de turfa. Ao longo dos séculos, os cientistas passaram a acreditar que essas longas cadeias, coletivamente chamadas de húmus, constituíam uma grande poça de carbono do solo que resiste à decomposição e praticamente fica lá. Acreditava-se que uma fração menor consistindo de moléculas mais curtas alimentasse micróbios, que respiravam dióxido de carbono para a atmosfera.
Essa visão foi ocasionalmente contestada, mas em meados do século 20, o paradigma do húmus era “o único jogo na cidade”, disse Johannes Lehmann, um cientista do solo da Universidade Cornell. Os fazendeiros foram instruídos a adotar práticas que deveriam produzir húmus. Na verdade, a existência de húmus é provavelmente um dos poucos fatos da ciência do solo que muitos não cientistas poderiam recitar.
O que ajudou a quebrar o domínio do húmus na ciência do solo foi a física. Na segunda metade do século 20, novos microscópios e técnicas poderosos, como ressonância magnética nuclear e espectroscopia de raios-X, permitiram que os cientistas do solo, pela primeira vez, olhassem diretamente para o solo e vissem o que estava lá, em vez de puxar as coisas e depois para eles.
O que eles descobriram – ou, mais especificamente, o que eles não encontraram – foi chocante: havia poucas ou nenhuma molécula de carbono “recalcitrante” – o tipo que não se decompõe. Quase tudo parecia pequeno e, em princípio, digerível.
“Não vemos nenhuma molécula no solo que seja tão recalcitrante que não possa ser quebrada”, disse Jennifer Pett-Ridge, cientista de solo do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. “Os micróbios aprenderão a decompor qualquer coisa – até mesmo produtos químicos realmente desagradáveis.”
Lehmann, cujos estudos usando microscopia avançada e espectroscopia estavam entre os primeiros a revelar a ausência de húmus, tornou-se o desmascarador do conceito. Um artigo da Nature de 2015 que ele co-autoria afirma que “as evidências disponíveis não apóiam a formação de ‘substâncias húmicas’ persistentes e de grande tamanho molecular nos solos.” Em 2019, ele deu uma palestra com um slide contendo um anúncio de morte simulado para “nosso amigo, o conceito de Humus”.
Ao longo da última década ou mais, a maioria dos cientistas do solo passou a aceitar essa visão. Sim, o solo é extremamente variado. E contém muito carbono. Mas não há carbono no solo que não possa, em princípio, ser decomposto por microorganismos e liberado na atmosfera. A última edição de The Nature and Properties of Soils, publicada em 2016, cita o artigo de Lehmann de 2015 e reconhece que “nossa compreensão da natureza e da gênese do húmus do solo avançou muito desde a virada do século, exigindo que alguns conceitos há muito aceitos ser revisado ou abandonado. ”
No entanto, ideias antigas podem ser muito recalcitrantes. Poucos fora do campo da ciência do solo ouviram falar da morte do húmus.
Promessas enterradas
Ao mesmo tempo que os cientistas do solo redescobriam o que exatamente é o solo, os pesquisadores do clima revelavam que quantidades crescentes de dióxido de carbono na atmosfera estavam aquecendo rapidamente o clima, com consequências potencialmente catastróficas.
Os pensamentos logo se voltaram para o uso do solo como um sumidouro gigante de carbono. Os solos contêm enormes quantidades de carbono – mais carbono do que na atmosfera da Terra e toda a sua vegetação combinada. E embora certas práticas como a aragem possam agitar o carbono – a agricultura, ao longo da história humana, liberou cerca de 133 bilhões de toneladas métricas de carbono na atmosfera – os solos também podem absorver carbono, à medida que as plantas morrem e suas raízes se decompõem.
Os cientistas começaram a sugerir que poderíamos ser capazes de trazer grandes volumes de carbono atmosférico de volta ao solo para amortecer ou até mesmo reverter os danos da mudança climática.
Na prática, isso tem se mostrado difícil. Uma ideia inicial de aumentar os estoques de carbono – plantar safras sem arar o solo – praticamente não deu certo. Quando os agricultores pularam o cultivo e, em vez disso, perfuraram as sementes no solo, os estoques de carbono aumentaram nas camadas superiores do solo, mas desapareceram nas camadas inferiores. A maioria dos especialistas agora acredita que a prática redistribui o carbono no solo em vez de aumentá-lo, embora possa melhorar outros fatores, como a qualidade da água e a saúde do solo.
Esforços como o Harnessing Plants Initiative representam algo como o sequestro de carbono do solo 2.0: uma intervenção mais direta para essencialmente atolar um monte de carbono no solo.
A iniciativa surgiu quando dois geneticistas de plantas do Salk Institute, Joanne Chory e Wolfgang Busch, tiveram uma ideia: criar plantas cujas raízes produzam um excesso de moléculas ricas em carbono. Pelos cálculos deles, se cultivadas amplamente, essas plantas podem sequestrar até 20% do excesso de dióxido de carbono que os humanos adicionam à atmosfera todos os anos.
Os pesquisadores se concentraram em uma molécula complexa semelhante à da cortiça chamada suberina, que é produzida por muitas raízes de plantas. Estudos das décadas de 1990 e 2000 sugeriram que a suberina e moléculas semelhantes podiam resistir à decomposição no solo.
Com marketing espalhafatoso, a Iniciativa de Aproveitamento de Plantas ganhou atenção. Uma rodada inicial de arrecadação de fundos em 2019 rendeu mais de US $ 35 milhões. No ano passado, o multibilionário Jeff Bezos contribuiu com US $ 30 milhões de seu “Fundo da Terra”.
Mas, à medida que o projeto ganhou ímpeto, atraiu duvidosos. Um grupo de pesquisadores observou em 2016 que ninguém tinha realmente observado o processo de decomposição da suberina. Quando esses autores fizeram o experimento relevante, eles descobriram que grande parte da suberina decaiu rapidamente.
Em 2019, Chory descreveu o projeto em uma conferência TED. Asmeret Asefaw Berhe, cientista de solo da Universidade da Califórnia em Merced, que falou na mesma conferência, destacou a Chory que, de acordo com a ciência moderna do solo, a suberina, como qualquer composto contendo carbono, deve se decompor no solo. (Berhe, que foi nomeado para liderar o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA, recusou um pedido de entrevista.)
Na mesma época, Hanna Poffenbarger, pesquisadora de solo da Universidade de Kentucky, fez um comentário semelhante depois de ouvir Busch falar em um workshop. “Você realmente deveria ter alguns cientistas de solo a bordo, porque a suposição de que podemos procriar para raízes mais recalcitrantes – pode não ser válida”, Poffenbarger se lembra de ter dito a Busch.
Perguntas sobre o projeto surgiram publicamente no início deste ano, quando Jonathan Sanderman, um cientista de solo do Woodwell Climate Research Center em Woods Hole, Massachusetts, tuitou: “Achei que a comunidade de biogeoquímicos do solo havia mudado a ideia de que existe um recalcitrante mágico composto de planta. Estou perdendo alguma nova literatura importante sobre suberina? ” Outro cientista do solo respondeu: “Não, a literatura sugere que a suberina será decomposta como qualquer outro componente orgânico da planta. Eu nunca entendi por que o @salkinstitute baseou sua Iniciativa de Aproveitamento de Plantas nesta premissa. ”
Busch, em uma entrevista, reconheceu que “não há biomolécula inquebrável”. Mas, citando artigos publicados sobre a resistência dos suberinos à decomposição, ele disse: “Ainda estamos muito otimistas quando se trata de suberinos”.
Ele também observou uma segunda iniciativa que os pesquisadores da Salk estão buscando paralelamente ao aprimoramento da suberina. Eles estão tentando projetar plantas com raízes mais longas que possam depositar carbono mais profundamente no solo. Especialistas independentes como Sanderman concordam que o carbono tende a permanecer mais tempo nas camadas mais profundas do solo, colocando essa solução em um terreno conceitual potencialmente mais firme.
Chory e Busch também lançaram colaborações com Berhe e Poffenbarger, respectivamente. Poffenbarger, por exemplo, analisará como as amostras de solo contendo raízes de plantas ricas em suberina mudam sob diferentes condições ambientais. Mas mesmo esses estudos não respondem a perguntas sobre por quanto tempo a suberina permanece, disse Poffenbarger – importante se o objetivo é manter o carbono fora da atmosfera por tempo suficiente para diminuir o aquecimento global.
Além do projeto Salk, o ímpeto e o dinheiro estão fluindo para outros projetos climáticos que dependeriam do sequestro e armazenamento de carbono de longo prazo nos solos. Em um discurso no Congresso em abril, por exemplo, o presidente Biden sugeriu pagar aos agricultores para plantar safras de cobertura, que não são cultivadas para a colheita, mas para nutrir o solo entre as plantações de safras comerciais. As evidências sugerem que, quando as raízes das plantas de cobertura se rompem, parte de seu carbono permanece no solo – embora, como com a suberina, quanto tempo dura é uma questão em aberto.
Erros insuficientes no código
O carbono recalcitrante também pode estar distorcendo a previsão do clima.
Na década de 1960, os cientistas começaram a escrever programas de computador grandes e complexos para prever o futuro do clima global. Como o solo tanto absorve quanto libera dióxido de carbono, os modelos climáticos tentaram levar em consideração as interações do solo com a atmosfera. Mas o clima global é fantasticamente complexo e, para permitir que os programas rodassem nas máquinas da época, foram necessárias simplificações. Para o solo, os cientistas criaram um grande problema: eles ignoraram os micróbios do solo inteiramente. Em vez disso, eles basicamente dividiram o carbono do solo em reservatórios de curto e longo prazo, de acordo com o paradigma do húmus.
As gerações mais recentes de modelos, incluindo aqueles que o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas usa para seus relatórios amplamente lidos, são essencialmente palimpsestos construídos sobre os anteriores, disse Torn. Eles ainda assumem que o carbono do solo existe em reservatórios de longo e curto prazo. Como conseqüência, esses modelos podem estar superestimando a quantidade de carbono que ficará nos solos e subestimando a quantidade de dióxido de carbono que irão emitir.
No verão passado, um estudo publicado na Nature examinou quanto dióxido de carbono foi liberado quando pesquisadores aqueceram artificialmente o solo em uma floresta tropical do Panamá para imitar os efeitos de longo prazo da mudança climática. Eles descobriram que o solo aquecido liberou 55% mais carbono do que as áreas não aquecidas próximas – uma liberação muito maior do que o previsto pela maioria dos modelos climáticos. Os pesquisadores acham que os micróbios do solo ficam mais ativos nas temperaturas mais altas, levando ao aumento.
O estudo foi especialmente desanimador porque a maior parte do carbono do solo do mundo está nos trópicos e na zona boreal do norte. Apesar disso, os principais modelos de solo são calibrados para resultados de estudos de solo em países temperados, como os EUA e a Europa, onde a maioria dos estudos tem sido feita historicamente. “Estamos indo muito mal em altas latitudes e nos trópicos”, disse Lehmann.
Mesmo os modelos de clima temperado precisam de melhorias. Torn e seus colegas relataram no início deste ano que, ao contrário das previsões, camadas profundas do solo em uma floresta da Califórnia liberaram cerca de um terço de seu carbono quando aquecido por cinco anos.
Em última análise, disse Torn, os modelos precisam representar o solo como algo mais próximo do que ele realmente é: um ambiente complexo e tridimensional governado por uma comunidade hiperdiversa de bactérias devoradoras de carbono, fungos e outros seres microscópicos. Mas passos ainda menores seriam bem-vindos. Apenas adicionar micróbios como uma única classe seria um grande progresso para a maioria dos modelos, disse ela.
Terra fértil
Se o paradigma do húmus está chegando ao fim, a questão é: o que o substituirá?
Um fator importante e há muito esquecido parece ser a estrutura tridimensional do ambiente do solo. Os cientistas descrevem o solo como um mundo em si mesmo, com o equivalente a continentes, oceanos e cadeias de montanhas. Esta microgeografia complexa determina para onde os micróbios, como bactérias e fungos, podem ir e para onde não podem; a que alimentos eles podem ter acesso e o que está fora dos limites.
Uma bactéria do solo “pode estar a apenas 10 mícrons de um grande pedaço de matéria orgânica que tenho certeza que adorariam degradar, mas está do outro lado de um aglomerado de minerais”, disse Pett-Ridge. “É literalmente como se estivesse do outro lado do planeta.”
Outro ingrediente relacionado e mal compreendido em um novo paradigma do solo é o destino do carbono no solo. Os pesquisadores agora acreditam que quase todo o material orgânico que entra no solo será digerido por micróbios. “Agora está realmente claro que a matéria orgânica do solo é apenas esse conjunto solto de matéria vegetal em vários graus de degradação”, disse Sanderman. Alguns serão então respirados para a atmosfera como dióxido de carbono. O que resta pode ser comido por outro micróbio – e um terceiro, e assim por diante. Ou pode se ligar a um pouco de argila ou ficar preso dentro de um agregado de solo: um aglomerado poroso de partículas que, do ponto de vista de um micróbio, pode ser tão grande quanto uma cidade e tão impenetrável quanto uma fortaleza. Estudos de isótopos de carbono mostraram que uma grande quantidade de carbono pode permanecer no solo por séculos ou até mais. Se o húmus não está estabilizando, talvez minerais e agregados estejam.
Antes que a ciência do solo se estabeleça em uma nova teoria, sem dúvida haverá mais surpresas. Um pode ter sido entregue recentemente por um grupo de pesquisadores da Universidade de Princeton que construiu um solo artificial simplificado usando dispositivos microfluídicos – essencialmente, minúsculos canais de plástico para mover pedaços de fluido e células. Os pesquisadores descobriram que o carbono colocado dentro de um agregado feito de pedaços de argila estava protegido contra bactérias. Mas quando eles adicionaram uma enzima digestiva, o carbono foi liberado do agregado e rapidamente engolido. “Para nossa surpresa, ninguém havia feito essa conexão entre enzimas, bactérias e carbono aprisionado”, disse Howard Stone, engenheiro que liderou o estudo.
Lehmann está pressionando para substituir a velha dicotomia de carbono estável e instável por um “modelo contínuo de solo” de carbono em estágios progressivos de decomposição. Mas este modelo e outros semelhantes estão longe de estar completos e, neste ponto, mais conceituais do que matematicamente preditivos.
Os pesquisadores concordam que a ciência do solo está passando por uma clássica mudança de paradigma. O que ninguém sabe é exatamente onde o campo vai parar – o que será escrito na próxima edição do livro. “Estamos passando por uma revolução conceitual”, disse Mark Bradford, cientista de solo da Universidade de Yale. “Ainda não temos uma nova catedral. Temos um monte de igrejas que surgiram. “
Publicado em 28/07/2021 16h12
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