El viaje del carbono en el bosque: cuánto tiempo se queda y cómo le afecta la sequía

En la carrera para reducir el exceso de CO2 en la atmósfera, gran parte de los esfuerzos científicos se han centrado en entender cuánto carbono atmosférico son capaces de capturar los ecosistemas terrestres -bosques, prados, humedales, etc.-, para intentar aumentar o mantener esta capacidad, por ejemplo, impulsando acciones de reforestación o mejorando la salud de los suelos agrícolas y así llegar a los objetivos climáticos que marca el Acuerdo de París y diversos organismos nacionales e internacionales. Sin embargo, hay una dimensión clave que no ha recibido la atención que merece: una vez el carbono es capturado, ¿cuánto tiempo permanece en el ecosistema antes de liberarse nuevamente a la atmósfera? Esta variable se conoce como ‘tiempo de tránsito del carbono’ y puede marcar la diferencia entre un ecosistema que ayuda a mitigar el calentamiento global reduciendo el CO2 atmosférico y uno que lo agrava.  

Investigaciones recientes demuestran que el cambio climático puede provocar que entre menos carbono al ecosistema y que el que entre esté menos tiempo secuestrado. Esto conlleva dos consecuencias. Por un lado, hace que los microorganismos y la vegetación, al no tener tanto carbono nuevo disponible, se vean obligados a consumir las reservas que han estado guardadas en la naturaleza desde hace décadas o siglos, liberándolas a la atmósfera. Por otro lado, también se reduce el tiempo que pasa desde que el carbono entra hasta que vuelve a salir -tiempo de tránsito- ¿el resultado? El carbono nuevo se libera más rápido empeorando aún más las expectativas de mitigar el cambio climático. Hablamos con la investigadora del CREAF Estefanía Muñoz, quien nos explica este concepto y la investigación que lleva a cabo en Cataluña a través del proyecto DISEQ.  

En concreto, el tiempo de tránsito del carbono es el período que transcurre desde que el carbono entra en un ecosistema - principalmente a través de la fotosíntesis, cuando las plantas capturan CO₂ de la atmósfera y lo asimilan en forma de carbono- hasta que vuelve a salir.  

Cuando entra, una parte del carbono se integra en las estructuras de las plantas, ya que es un elemento esencial para conformar compuestos como la celulosa, lignina, azúcares, proteínas y lípidos, que las plantas necesitan para hacer crecer las raíces, el tallo y las hojas. Cuando las plantas mueren o pierden hojas, estos restos también se integran en suelo como materia orgánica. Parte de este carbono se queda almacenado en el suelo durante años o incluso siglos, al estabilizarse en forma de humus, dentro de agregados o unida a partículas minerales.  

¿Cómo sale otra vez en forma de CO₂? Otra parte del carbono almacenado en los ecosistemas terrestres se libera principalmente a través de la respiración de las plantas y de los microorganismos. Las plantas emiten CO₂ a través de la respiración celular, un proceso mediante el cual descomponen compuestos orgánicos como la glucosa para obtener energía, liberando dióxido de carbono como subproducto. Por otro lado, los microorganismos emiten CO₂ cuando consumen la materia orgánica acumulada en el suelo —como hojas, ramas, raíces o restos de animales— para utilizar ese carbono como fuente de energía.  

El tiempo que se queda el carbono en un ecosistema varía mucho según el lugar donde se almacene el carbono dentro del ecosistema y el tipo de ecosistema. Por ejemplo, en las hojas y raíces finas, el carbono puede volver a la atmósfera en cuestión de horas o meses. En la madera de los árboles, puede permanecer durante décadas, ya que se integra como parte de la estructura. Y en el suelo, especialmente en sus capas más profundas, puede llegar a estar almacenado siglos.  

Este tiempo también depende del tipo de ecosistema. Un ejemplo de dos ecosistemas muy diferentes son los boreales y los tropicales. En el caso de los bosques boreales el clima es frío, así que las plantas y los microorganismos están menos activos. Esto hace que haya menos fotosíntesis y se capture menos carbono de la atmósfera, pero también que haya menos salidas de CO2 hacia la atmósfera porque los microorganismos consumen menos materia orgánica. En cambio, en los bosques tropicales, con temperaturas altas y un clima húmedo, las plantas y los microorganismos están mucho más activos: las plantas capturan mucho CO₂ y los microorganismos consumen con rapidez, por lo que tanto la entrada como la salida de carbono es mucho mayor. ¿Cuál es la diferencia? Que los bosques boreales capturan menos carbono, pero lo retienen durante más tiempo. Aun así, como explica la investigadora Estefanía, a largo plazo se ha comprobado que los bosques tropicales son los que más carbono mantienen almacenado, porque entra más CO₂ del que se emite e; aunque también alerta que “hemos visto que el impacto humano en los bosques tropicales, principalmente la deforestación, hace que disminuya drásticamente su capacidad de actuar como reservorio de carbono”.  

En el caso del Mediterráneo, el clima es caluroso y seco, lo que significa que las plantas tienen menos agua disponible y hacen menos fotosíntesis en comparación a otros ecosistemas. ¿El motivo? Porque para captar CO₂ de la atmósfera, las plantas tienen que abrir unas pequeñas “puertas” en sus hojas llamadas estomas. Pero al hacerlo, también pierden agua. Así que, en condiciones secas, las estomas se abren menos para evitar deshidratarse. Esto limita la entrada de CO₂ y, por tanto, reduce la fotosíntesis.  

Y ¿qué pasa con el cambio climático? En este caso Estefanía afirma que investigaciones recientes demuestran que factores como la sequía y el calentamiento global pueden reducir la capacidad de un ecosistema para asimilar carbono nuevo, que se almacene menos y por menos tiempo en el ecosistema. Como consecuencia, aumenta la concentración de CO2 en la atmósfera.  

Para investigar cómo influye la sequía en la capacidad del ecosistema mediterráneo para almacenar carbono, ‘viajamos’ a los bosques mediterráneos de las montañas de Prades (Tarragona). Allí el CREAF tiene parcelas experimentales donde se simulan condiciones de sequía desde 1999. En concreto, hay parcelas con un 30% menos de precipitación, que corresponden aproximadamente a un 15% menos de humedad en el suelo; que se comparan con parcelas control que no han sido intervenidas. Actualmente, a través de su beca Marie Skłodowska Curie y en colaboración con el Max-Planck Institute for Biogeochemistry, Estefanía lleva a cabo el proyecto DISEQ. La iniciativa estudia precisamente cómo cambia el tiempo de tránsito del carbono en los bosques Mediterráneos en un escenario de sequía prolongada, que simula las condiciones que se esperan en la región en las próximas décadas.  

Los resultados son alarmantes: los datos indican que se está almacenando poco carbono nuevo y la vegetación y los microbios están utilizando las reservas de carbono más antiguas.  

Lo han averiguado comparando el contenido de carbono y radiocarbono -técnica para estimar la edad del carbono- en las parcelas control con las de sequía. Por su lado, en las parcelas de control, la cantidad de carbono en el suelo disminuye a más profundidad, mientras que la edad media de ese carbono aumenta, es decir, el suelo más profundo tiene menos carbono, pero ese carbono es más viejo y estable, “normalmente los microorganismos lo tienen muy difícil para acceder a este carbono más estabilizado, así que se mantiene intacto”. En cambio, en las parcelas donde se ha inducido sequía durante 25 años, se observa que las capas más superficiales del suelo tienen un contenido de carbono y con una edad muy similar al que se encuentra en capas un poco más profundas, es decir, la cantidad y la edad de carbono se ha homogeneizado en los primeros centímetros del suelo. Esto sugiere que se está incorporando muy poco carbono nuevo en el suelo a través de la fotosíntesis y que las plantas y microorganismos se ven obligadas a consumir reservas de carbono más viejas y estabilizadas, que en el caso de las parcelas control no usan porque son más difíciles de obtener.

Para hacerse una idea gráfica, imaginemos por un momento el ecosistema terrestre está compuesto por varios pasteles de capas, con nata fresca arriba y masa seca abajo. Cada uno es distinto: algunos tienen más nata, otros tienen más masa seca. Lo que todos tienen en común es que las personas prefieren comerse la nata más reciente a cucharadas, mientras un pastelero la repone constantemente. Pero si deja de añadir nata y la gente sigue comiendo, al final solo queda la masa del bizcocho que, si hay hambre, también acabarán consumiendo. Algo parecido ocurre con las capas de los suelos en sequía: al no incorporarse carbono nuevo, los microorganismos y las plantas acaban consumiendo el carbono antiguo, porque no les queda otra opción.  

Curiosamente, en las parcelas de sequía, las raíces son las únicas donde sí se observa carbono más nuevo que en las parcelas de control. Uno de los motivos puede ser que las plantas aprovechen el carbono fresco que incorporan durante la fotosíntesis para formar más ramificaciones y alargar sus raíces y, así, llegar a otros lugares en los que pueda haber agua para aprovechar cada gota.

¿Por qué pasa esto? Según resultados preliminares, algunos de las explicaciones podrían ser que bajo condiciones de sequía:  

1. Las plantas están más inactivas. Entra menos carbono nuevo, porque las plantas hacen menos fotosíntesis. El motivo principal es que para hacer la fotosíntesis necesitan abrir los estomas -pequeños poros en las hojas que regulan el intercambio de gases-. Por estas pequeñas aperturas también sale agua, así que cuando hay pocas reservas de agua, las mantienen cerradas más tiempo para perder menos y evitar embolias- obstrucción de los conductos los que transportan el agua de las raíces a las hojas y que pueden ocurrir cuando hay falta de agua-.  
2. Las comunidades microorganismos cambian. La comunidad de microorganismos cambia su conformación y función. Por ejemplo, proliferan cepas que descomponen y consumen más carbono. ¿Cómo? A través del efecto priming o ‘activación del carbono’, ya que, bajo estrés hídrico, los microbios están más ‘estresados’ y producen muchas más enzimas para digerir el carbono. Esto hace que: consuman enseguida las nuevas entradas de carbono y, también, vayan consumiendo más carbono antiguo y resistente, liberándolo a la atmósfera como CO₂.  

Aunque la investigadora también aclara que valoran otros motivos y que todavía lo están estudiando.