Pesquisadores estudam captura de carbono em pântanos salgados de Upper Newport Bay

Apesar de cobrir apenas 2% do oceano, as zonas úmidas costeiras — como pântanos de sal de maré, florestas de mangue e leitos de ervas marinhas — são responsáveis ​​por armazenar quase metade de todo o carbono encontrado nos sedimentos oceânicos. Esses ecossistemas de “carbono azul” absorvem naturalmente grandes quantidades de dióxido de carbono (CO₂) da atmosfera e enterrá-lo profundamente em seu solo.

Mas o aumento do nível do mar — projetado para aumentar em até um metro até 2100 — ameaça perturbar a química da água e o delicado equilíbrio de microrganismos essenciais para o ciclo do carbono. As marés crescentes também podem transformar pântanos em bancos de lama, liberando carbono armazenado de volta para a atmosfera e agravando as mudanças climáticas.

Com o apoio da nova Iniciativa de Carbono e Clima do Instituto Wrigley de Meio Ambiente e Sustentabilidade da USC, pesquisadores da USC estão estudando essa ameaça por meio de um projeto de duas partes nos pântanos salgados de maré da Reserva Ecológica de Upper Newport Bay, um estuário ao longo do litoral de 42 milhas de extensão do Condado de Orange, no sul da Califórnia.

Abrangendo mais de 600 acres de pântanos, esta área abriga populações de aves costeiras, aves aquáticas, plantas nativas e diversas espécies raras e ameaçadas de extinção.

A equipe de pesquisa está examinando como o aumento do nível do mar pode afetar as comunidades microbianas do pântano, que, em última análise, influenciam a captura e o armazenamento de carbono, por meio de uma combinação de observações de campo, experimentos de laboratório e técnicas avançadas de modelagem. Isso dará à equipe uma imagem mais clara da vulnerabilidade potencial do pântano às mudanças climáticas.

“Os pântanos salgados, como os de Upper Newport Bay, podem armazenar tanto carbono quanto a floresta amazônica ou qualquer outra floresta do mundo, o que os torna aliados poderosos na luta contra as mudanças climáticas”, disse David Bañuelas, bolsista do USC Presidential Sustainability Solutions e principal pesquisador do projeto.

“Nosso objetivo é desenvolver métodos para prever e mitigar a perda de carbono, quantificar a quantidade de carbono em risco e identificar técnicas de restauração para garantir a captura e o armazenamento contínuos de carbono até o próximo século.”

Captura de carbono azul: por que os microrganismos dominam o mundo

Os microrganismos desempenham um papel crítico no ciclo do carbono dentro das zonas úmidas costeiras. Esses organismos pequenos, mas poderosos, absorvem CO₂convertê-lo em matéria orgânica e, dependendo da espécie, sequestrar esse carbono ou liberá-lo de volta para a atmosfera.

“Os microrganismos controlam todo o ciclo de carbono no planeta Terra”, disse Cameron Thrash, professor associado de ciências biológicas na Faculdade de Letras, Artes e Ciências da USC Dornsife e co-investigador do projeto.

“Por mais que os humanos estejam emitindo CO₂ na atmosfera, os micróbios controlam o destino final desse CO₂ é—seja transformando-se em carbono orgânico fixo, sequestrando esse carbono em nossos oceanos ou solos, ou convertendo-o novamente em CO₂.”

Uma das principais formas pelas quais os pântanos costeiros armazenam carbono é por meio da decomposição de matéria orgânica morta por microrganismos. Bactérias e fungos nesses ecossistemas convertem matéria orgânica em uma forma que pode ser usada por outros organismos, como fitoplâncton e zooplâncton. Esses organismos menores são então consumidos por animais maiores mais acima na cadeia alimentar.

No entanto, à medida que o nível do mar sobe, a intrusão de água salgada pode mudar quais microrganismos estão presentes em um sistema, potencialmente alterando a maneira como a matéria orgânica é processada e transferida pela cadeia alimentar. Essas interrupções podem ter efeitos em cascata em todo o ecossistema, afetando particularmente a disponibilidade de nutrientes para a vegetação do pântano salgado, que ajuda a sequestrar carbono no solo do pântano.

A vegetação nessas áreas captura dióxido de carbono da atmosfera, e os microrganismos desempenham um papel na decomposição da matéria orgânica para armazená-la nos sedimentos e liberar parte dela em CO₂. Com o tempo, o carbono sequestrado acumula-se em camadas de turfa, solo e sedimentos, formando reservatórios de carbono de longo prazo. Esses depósitos ricos em carbono podem permanecer intactos por centenas ou até milhares de anos.

“Sabemos que em 50 a 100 anos, grande parte do pântano salgado se transformará em bancos de lama, que são, na verdade, fontes de emissões de carbono. Sem vegetação, muito do carbono que seria armazenado será liberado de volta para a atmosfera”, disse Bañuelas.

Carbono azul: do mar ao laboratório

Em ecossistemas aquáticos, microrganismos são incrivelmente diversos, com entre 100.000 e 10 milhões de células em cada gota de água. Esses micróbios são altamente sensíveis a mudanças ambientais, como elevação do nível do mar e intrusão de água salgada. Entender como essas mudanças afetam as comunidades microbianas é crucial para prever o futuro da captura e armazenamento de carbono em pântanos costeiros, disse Thrash.

Em parceria com o Departamento de Pesca e Vida Selvagem da Califórnia, a Newport Bay Conservancy e o Irvine Ranch Water District, os pesquisadores estão monitorando de perto os grupos microbianos mais comuns nos pântanos da Upper Newport Bay, incluindo um grupo-chave de bactérias chamado SAR11, o tipo mais abundante de plâncton em nossos oceanos e que desempenha um papel importante no ciclo do carbono aquático.

Viajando para o pântano de caiaque ou barco, a equipe de pesquisa coleta rotineiramente amostras de água para identificar e quantificar os diferentes micróbios presentes no pântano. Os pesquisadores então processam as amostras no laboratório de Thrash extraindo DNA para estudar o código genético microbiano e a química da água. Usando técnicas de biologia computacional, a equipe então decodifica os dados genômicos desses micróbios para obter insights sobre suas habilidades de processamento de carbono.

“Nosso objetivo é prever com precisão onde diferentes micróbios serão encontrados com base em previsões de salinidade em grandes áreas e períodos de tempo”, disse Bañuelas. “Esse avanço nos ajudará a antecipar e responder aos impactos das mudanças climáticas, permitindo-nos proteger melhor nossas bacias hidrográficas vulneráveis.”

O futuro da captura e armazenamento de carbono azul

Para proteger e restaurar os pântanos salgados de maré da Upper Newport Bay, os pesquisadores também estão explorando soluções de engenharia que levariam a um aumento líquido no armazenamento de carbono no pântano.

Para isso, eles se uniram a Felipe de Barros, professor associado de engenharia civil e ambiental na Escola de Engenharia Viterbi da USC, cuja pesquisa se concentra no desenvolvimento de modelos que podem simular grandes ecossistemas hidrogeológicos.

Juntos, eles estão desenvolvendo modelos computacionais avançados para prever como as comunidades microbianas e seu potencial de processamento de carbono responderão às mudanças induzidas pelo clima nos pântanos salgados da Upper Newport Bay.

“Com modelos preditivos, podemos quantificar o balanço de carbono entre o oceano e as zonas úmidas costeiras, permitindo-nos tomar decisões racionais para salvaguardar esses ecossistemas vitais”, disse de Barros. “Esses modelos também nos permitem prever como diferentes condições hidrológicas podem afetar o balanço de carbono.”

As descobertas se estenderão além da Upper Newport Bay e podem ser relevantes para sistemas costeiros marinhos e estuarinos em todo o mundo.

“Ao estudar a interconexão da salinidade, das comunidades microbianas e do ciclo do carbono na Upper Newport Bay, estamos desenvolvendo um modelo para entender e prever os impactos das mudanças ambientais nos ecossistemas costeiros em todo o mundo”, disse Thrash.

Seu grupo de pesquisa, o Thrash Lab da USC, está conduzindo estudos semelhantes em grandes estuários, incluindo aqueles no Golfo do México, ao redor do Rio Mississippi, e nos deltas do Rio Atchafalaya, na Louisiana, para desenvolver uma maior compreensão da dinâmica microbiana que informará os esforços de conservação e práticas de gestão sustentável.

“O futuro do nosso planeta depende da saúde dos nossos oceanos e ecossistemas costeiros”, disse Bañuelas. “Ao preservar habitats de carbono azul, estamos dando um passo importante em direção a um futuro mais sustentável.”