Los científicos explican cómo "respiran" los ríos y los arroyos de la Tierra

Pero ¿respiran los ríos como los seres humanos?. La respuesta a esta pregunta podría conducir a una mejor comprensión del ciclo global del carbono.

¿Sabías que los arroyos y los r��os "respiran" de forma similar al ser humano?

Estados Unidos alberga más de 250.000 de estos cuerpos de agua fluidos que se conectan con zonas costeras y océanos. Varían en tamaño, desde pequeños arroyos hasta grandes ríos, pero todos absorben oxígeno y emiten dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero como el metano.

En los últimos años, un equipo de científicos dirigido por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) ha estado inmerso en investigaciones cruciales sobre los procesos e interacciones que contribuyen a la dinámica de los gases de efecto invernadero. Su trabajo se centra en redes completas de arroyos y ríos, así como en el terreno que rodea estos sistemas.

Su trabajo también incluye factores que pueden alterar la respiración de arroyos y ríos. Algunas de estas perturbaciones ocurren más allá de los arroyos, como los incendios forestales, pero aún afectan la forma en que respiran los arroyos al cambiar la forma en que el material ingresa a los arroyos. Comprender estos impactos es clave para abordar los desafíos relacionados con la calidad del agua, el ciclo global del carbono y el cambio climático .

Los científicos del PNNL han estado realizando estudios de modelado, de campo y de laboratorio en todo Estados Unidos, y algunos estudios han sido particularmente intensivos en la cuenca del río Columbia. Esta cuenca incluye frondosos bosques, desiertos secos y vastas tierras agrícolas. El campus principal de PNNL se encuentra dentro de la cuenca en el este de Washington.

El trabajo está publicado en la revista Frontiers in Water .

¿Qué se entiende por la respiración en los ríos?

Uno de los factores que impulsan la comprensión de cómo respiran los arroyos y los ríos es un conjunto de procesos conocidos como respiración: un conjunto de reacciones químicas que en conjunto determinan cuánto carbono permanece y cuánto ingresa a la atmósfera en forma de dióxido de carbono.

La respiración combina carbono y oxígeno para generar energía para los organismos vivos. Este proceso también crea algo de "escape" en forma de dióxido de carbono que es "exhalado" por organismos como algas y bacterias dentro de los ecosistemas de arroyos y ríos. Al estudiar la respiración en muchos tipos de arroyos y ríos, los investigadores pueden aprender por qué algunos sistemas respiran más que otros.

Comprender el "por qué" es clave. Eso es lo que permite a los investigadores predecir el futuro de arroyos y ríos.

También es importante comprender si el agua o los sedimentos de los ríos y arroyos tienen más respiración. Para responder a esto, PNNL se asoció con investigadores de la Universidad Estatal de Washington y la Universidad de Montana. El equipo descubrió que en el río Columbia, la mayor parte de la respiración la realizan organismos en el agua. Probablemente esto se deba a que el río Columbia contiene mucha agua en la que se puede respirar.

Pero en otros sistemas fluviales, los microbios de los sedimentos son los que realizan la mayor parte de la respiración. Algunos sedimentos "respiran" mucho más rápido que otros y, como resultado, producen más dióxido de carbono.

El equipo del PNNL ha demostrado que la cantidad de dióxido de carbono producida por los sedimentos está relacionada con el tamaño de las rocas que forman los lechos de los ríos. Las rocas más grandes a menudo provocan una mayor respiración. Esto es importante porque cuanto más rápido respiran los sedimentos, más pueden limpiar los contaminantes de arroyos y ríos.

¿Qué es la materia orgánica?

Además de gases como oxígeno y dióxido de carbono, los arroyos y ríos contienen partículas de organismos muertos como plantas y algas. Esto se conoce como materia orgánica y es el "combustible" o "alimento" que impulsa la respiración y desempeña un papel en la calidad del agua y la salud de las especies acuáticas. La composición de la materia orgánica está controlada en parte por el uso de la tierra, los contaminantes, el manejo forestal y las perturbaciones naturales y humanas, por lo que comprender su relación con la respiración puede motivar diferentes prácticas de manejo de la tierra y el agua.

En una serie de estudios, el equipo demostró que la respiración en los sedimentos está relacionada con la química de la materia orgánica. .

Los científicos del PNNL también revelaron cómo los incendios forestales pueden cambiar la materia orgánica en los arroyos después de un incendio forestal. El equipo descubrió que existía un vínculo entre la composición de la materia orgánica y cómo los incendios impactaron el paisaje durante la primera borrasca después de un gran incendio forestal en 2020. Esto dificulta descubrir cómo los microbios usan diferentes tipos de materia orgánica para alimentar la respiración en los arroyos. y ríos.

Hay decenas de miles de compuestos diferentes que forman la materia orgánica. También existe una variedad de organismos que utilizan la materia orgánica como combustible. Esto hace que sea difícil determinar cuánta respiración se produce entre los diferentes tipos de materia orgánica y organismos en arroyos y ríos.

A pesar de los desafíos, PNNL y los investigadores asociados han revelado reglas generales sobre cómo funcionan estos sistemas complejos. Estas reglas permiten a los científicos resolver otros desafíos importantes, como cómo mejorar la calidad del agua y predecir cuánto dióxido de carbono saldrá de los arroyos y ríos después de grandes eventos como incendios forestales.

Referencia

Firnaaz Ahamed et al, Exploring the determinants of organic matter bioavailability through substrate-explicit thermodynamic modeling, Frontiers in Water (2023). DOI: 10.3389/frwa.2023.1169701