Nicolás Valiente Parra, Universidad de Castilla-La Mancha

El cambio global está provocando modificaciones en los patrones climáticos a escala regional, continental y hemisférica. Una de las regiones más vulnerables al cambio climático es el Ártico, que se ha calentado casi cuatro veces más rápido que el resto del planeta en las últimas décadas.

Las regiones árticas albergan las mayores reservas mundiales de carbono orgánico y nitrógeno del suelo, vinculadas a zonas con permafrost.

¿Qué es el permafrost?

El permafrost es la capa bajo la superficie de la Tierra que permanece a una temperatura igual o inferior a 0 ºC durante al menos dos años consecutivos. Puede encontrarse en tierra firme o bajo el fondo del océano.

La “capa activa” del permafrost hace referencia a la capa superficial que se descongela en verano y se vuelve a congelar en otoño, y cuyo grosor depende de la región en donde se ubica. En el hemisferio norte, cubre unos 23 millones de km² (más de dos veces la superficie de Europa) y debe su origen a las glaciaciones ocurridas durante el Pleistoceno. En el permafrost quedaron atrapados restos de plantas muertas y humus antes de que comenzase su descomposición y, por tanto, también carbono orgánico y nitrógeno.

Cuando el suelo se funde

Los modelos climáticos estiman que, debido al calentamiento global, la superficie mundial de permafrost en el subsuelo habrá disminuido un 93 % para 2100.

Los efectos de esta disminución ya son visibles en el hemisferio norte como consecuencia del aumento de temperatura del suelo.

Las pérdidas de permafrost se producen tanto por la profundización de la capa activa como por el desarrollo de procesos termokársticos.

Cuando el permafrost tiene un bajo contenido de hielo, se produce un proceso gradual de fusión desde arriba hacia abajo durante el periodo estival. Sin embargo, la fusión del permafrost rico en hielo da lugar a procesos termokársticos, que se producen de forma abrupta y conducen a la alteración de las condiciones hidrológicas del terreno.

Debido a la pérdida de volumen cuando el suelo helado se convierte en agua, el terreno se hunde y se derrumba. Aunque la formación de termokarst es una alteración localizada del régimen térmico del suelo, su aparición generalizada afecta a grandes áreas, alcanzando el 40 % de la región septentrional de permafrost.

Los procesos termokársticos tienen impactos sobre el paisaje como la erosión a lo largo de la costa o la formación de numerosos lagos en zonas del interior. Estos lagos son dinámicos, variando con cada ciclo anual de congelación y descongelación.

Consecuencias para las comunidades y el clima

La fusión del permafrost, y en especial aquella ligada a formación de termokarst, tiene importantes impactos para las comunidades locales de estas regiones, provocando graves daños en sus infraestructuras.

Además, esta fusión tiene consecuencias globales para el clima. Como si de un enorme frigorífico se tratase, la fusión provocada por el aumento de la temperatura acelera la descomposición de la materia orgánica almacenada durante miles de años.

A medida que los microorganismos existentes se activan y descomponen la materia orgánica, liberan gases de efecto invernadero como dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄) y óxido nitroso (N₂O).

La liberación de estos gases incrementa el calentamiento global, que a su vez induce una mayor fusión del permafrost. Este ciclo de retroalimentación es uno de los identificados como puntos de inflexión climática, cuya superación compromete la viabilidad de nuestro planeta.

La retroalimentación positiva del carbono

El permafrost contiene aproximadamente el doble de carbono que el que se encuentra actualmente en la atmósfera. Únicamente en el hemisferio norte, alberga aproximadamente 1,7 billones de toneladas de carbono.

Al fundirse el permafrost, las condiciones de saturación de agua determinan qué procesos microbianos transforman el carbono orgánico disponible. En suelos bien drenados, las condiciones óxicas (de oxígeno) favorecen la descomposición de la materia orgánica dando lugar a CO₂. En humedales y zonas encharcadas, las condiciones son mayormente anóxicas, lo que favorece no solo la liberación de CO₂ sino también de metano, que tiene un potencial de calentamiento global casi 30 veces superior al CO₂.

Así, recientes estudios muestran el papel de los procesos microbianos en la sobresaturación de ambos gases en lagos termokársticos. No obstante, no todo son “malas noticias”. Se cree que hasta un 60 % del CH₄ producido en estos sistemas es metabolizado por organismos metanótrofos, disminuyendo su potencial impacto a la atmófera.

¿Qué ocurre con el nitrógeno?

Comparado con el ciclo del carbono, poco se conoce acerca del ciclo del nitrógeno en suelos afectados por permafrost.

Las regiones polares son deficientes en nitrógeno debido a las bajas tasas de mineralización y de fijación biológica que se dan en ellas. La disponibilidad de nitrógeno determina la productividad primaria de los ecosistemas.

Los microorganismos pueden usar el nitrógeno bien para producir biomasa o bien para obtener energía mediante procesos metabólicos. Algunos, como la nitrificación y la desnitrificación, producen óxido nitroso como subproducto. El N₂O es un importante gas de efecto invernadero, con un potencial 273 veces mayor al del CO₂.

A medida que el calentamiento global degrade los depósitos de permafrost, una parte del nitrógeno almacenado podría liberarse, afectando a la productividad de ecosistemas terrestres, acuáticos y marinos. Esto podría dar lugar a emisiones adicionales de N₂O, pero también podría mitigar las retroalimentaciones climáticas al promover un mayor secuestro de carbono por parte de vegetación y comunidades microbianas existentes.

Dado que se prevé que la fusión del permafrost aumente significativamente durante las próximas décadas, se necesitan mayores esfuerzos para mejorar la comprensión de los procesos microbianos que controlan los ciclos de carbono y nitrógeno en estas regiones, especialmente asociados a las emisiones de gases de efecto invernadero.

Nicolás Valiente Parra, Profesor de Biotecnología e Investigador en Ecología Microbiana, Universidad de Castilla-La Mancha

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.