Comme les molécules d'eau dans une rivière, les atomes de carbone du sol sont toujours en mouvement.

Pour mieux comprendre cette action, Les scientifiques et collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont créé un nouveau cadre conceptuel ainsi qu'un modèle de simulation qui trace le chemin des atomes de carbone individuels lorsqu'ils interagissent avec l'environnement - subissant des transformations biochimiques, se déplaçant à travers les pores du sol et progressant vers leur destin final :le dioxyde de carbone (CO 2 ). La recherche paraît dans la revue Biologie du changement global .

Les sols stockent plus de carbone que l'atmosphère et la biosphère réunies et l'équilibre entre la formation et la perte de carbone organique du sol (COS) entraînera de puissantes rétroactions climatiques du carbone au cours du siècle à venir.

L'approche la plus courante pour prédire la dynamique du SOC utilise des modèles basés sur les pools, qui supposent des classes de COS avec des propriétés physiques et chimiques internes homogènes. Mais de nouvelles preuves montrent que le renouvellement du carbone du sol n'est pas principalement contrôlé par la chimie des apports de carbone, mais par la façon dont il se déplace dans son environnement spatialement et temporellement hétérogène.

Le nouveau cadre, appelée Représentation probabiliste des interactions de la matière organique dans l'environnement du sol (PROMISE), utilise des processus, approches probabilistes centrées sur les flux de carbone et les transformations dynamiques, « flux » par opposition à des pools discrets.

Le changement climatique résulte d'une perturbation du cycle global du carbone, et les sols jouent un rôle central dans la régulation du système climatique de la Terre. Les sols sont un immense réservoir - mais sont menacés - en raison de l'intensification de l'agriculture, dégel du pergélisol, réchauffement atmosphérique, etc.

"En réalité, Le COS existe dans un état de flux constant avec de nouveaux apports de carbone d'origine végétale compensés par des pertes continues de COS par décomposition, " a déclaré Jennifer Pett-Ridge, scientifique du LLNL, un co-auteur de l'article. "Même de petits changements dans l'ampleur de ces changements ont un impact sur la force du puits de carbone terrestre. Nous devons faire évoluer la gestion des sols vers des approches qui conservent le carbone que nous avons, ajouter plus, et idéalement ralentir les processus qui conduisent à la perte de SOC."

Le concept PROMISE considère comment les taux de cyclage du COS sont régis par les processus aléatoires qui influencent la proximité entre les décomposeurs microbiens et la matière organique, en mettant l'accent sur leur emplacement physique dans la matrice du sol. L'équipe a montré comment l'application de ce nouveau modèle trace le sort des atomes de carbone individuels lorsqu'ils interagissent avec leur environnement, subissant des transformations biochimiques et se déplaçant à travers les pores du sol.

"Nous pensons que le carbone est toujours en mouvement, comme les molécules d'eau dans une rivière. Parfois ils se coincent (comme dans un tourbillon au bord d'une rivière), mais finalement ils se délogent et avancent vers leur destin final :la minéralisation en CO 2 , " a déclaré Pett-Ridge. " Dans notre modèle de simulation, nous pouvons retracer le destin d'atomes de carbone individuels lorsqu'ils interagissent avec leur environnement, comme une particule descendant une rivière, coincé puis relâché dans le flux principal, dans un continuum dynamique."

Le cadre PROMISE remodèle le dialogue autour des questions liées à la gestion du SOC dans un monde fluctuant. L'équipe a déclaré qu'elle souhaitait que le cadre stimule le développement de nouveaux outils analytiques et de structures de modèles dans toutes les disciplines, y compris les écologistes des sols, biogéochimistes, modélisateurs d'écosystèmes et biologistes mathématiques - qui éclaireront les contrôles physiques sur le flux de carbone entre les plantes, le sol et les bassins atmosphériques.

"Les écosystèmes fonctionnent parce que le transfert d'énergie ne s'arrête pas, " Pett-Ridge a déclaré. " En s'attaquant à la nature dynamique du carbone du sol, nous pouvons gérer plus efficacement cette ressource critique dans un monde en évolution. »