El suelo es un gigantesco almacén que alberga unos 2,344 Pg (petagramos) de carbono orgánico muy por arriba de la cantidad de carbono que hay en la vegetación, el mantenimiento e incremento de ese carbono del suelo puede ser una de las claves para frenar el cambio climático.
Los minerales del suelo que atrapan al carbono orgánico son los óxidos de hierro de orden corto (OHOC), son fases minerales o minerales secundarios pobremente cristalinos, caracterizados por presentar ordenamiento atómico local, pero sin una estructura cristalina de largo alcance bien definida. Las fases de hierro de orden corto pueden agruparse en óxidos, oxihidróxidos e hidróxidos, destacando entre ellas la maghemita, ferrihidrita, goethita, lepidocrocita y feroxihita, todas caracterizadas por bajo grado de cristalinidad y elevada reactividad superficial. En contextos edáficos y geoquímicos, suelen corresponder a formas altamente reactivas, como por ejemplo la ferrihidrita, con elevada superficie específica y gran capacidad de adsorción. Los OHOC actúan como un sofisticado andamiaje molecular que decide qué porción de carbono queda atrapada y cual no. Comprender los mecanismos de interacción entre los óxidos de hierro amorfo y la materia orgánica es descifrar los engranajes de la solución al cambio climático.
Se dice que “Los óxidos de hierro desempeñan un papel importante en la estabilización y las reservas globales de carbono del suelo”, esta revelación transforma nuestra visión de la tierra: los OHOC no son invitados pasivos, sino los centinelas que custodia un tercio del almacén de carbono del mundo. Esta asociación se logra mediante mecanismos específicos como la adsorción, la formación de agregados y, de manera más robusta, la coprecipitación, donde el hierro “atrapa” literalmente al carbono durante su formación mineral. Este proceso es el corazón de la “Bomba de Carbono Mineral” (MnCP), que trabaja en sintonía con la “Bomba de Carbono Microbiana” (MCP) para dictar el destino de la biosfera.
Los procesos de almacenaje de carbono en el suelo
- La polimerización del carbono orgánico. Uno de los procesos más fascinantes de la química edáfica es la versión abiótica de la reacción de Maillard en la industria alimentaria. Aunque solemos asociar este fenómeno con el dorado crujiente del pan o el aroma de la carne asada, en la profundidad del suelo ocurre una “cocina” química. Los OHOC actúan como un catalizador que facilita la polimerización de pequeñas moléculas orgánicas en estructuras complejas pardas y negras (humus), es decir, mediante este proceso, el hierro permite que compuestos simples se transformen en carbono “geopolimerizado” llamadas substancias húmicas, una forma de materia orgánica extremadamente estable y resistente. Esta humificación crea un escudo molecular que impide que los microbios descompongan el carbono fácilmente. Así, el hierro “cocina” una reserva de energía que puede permanecer secuestrada durante siglos, lejos de la atmósfera.
- La oxidación del carbono orgánico. El proceso conocido como la “Reacción de Fenton” (oxidación) se genera bajo condiciones de fluctuación de oxígeno y humedad (condiciones redox, horizontes con motas rojas y negras), el mismo guardián que protege el carbono puede catalizar su destrucción súbita. Cuando el hierro ferroso (Fe(II)) interactúa con el peróxido de hidrógeno en el suelo, se produce un estallido de radicales hidroxilo (OH). Estos radicales son especies químicas de una potencia devastadora que pueden “quemar” u oxidar el carbono orgánico, substancias húmicas, pero también plaguicidas, antibióticos y otros contaminantes orgánicos en cuestión de instantes, liberando CO2 de forma masiva. Es lo que los científicos llaman la “puerta de hierro” (iron gate): un interruptor biogeoquímico que puede mantener la puerta cerrada con llave para conservar el carbono o abrirla de par en par, permitiendo una incineración molecular invisible.
- El ambiente químico o pH del suelo. La acidez del suelo define qué “bomba mineral” toma el mando del paisaje. En suelos con un pH de entre 4.0 y 6.0, los óxidos de hierro y aluminio son los protagonistas indiscutibles de la estabilización del carbono debido a la reacción de Maillard. Específicamente, en el intervalo de pH 5.0 a 6.0, los minerales de orden corto o amorfos se convierten en los campeones de la retención debido a su enorme superficie activa. Por el contrario, cuando el pH supera el umbral de 7.0, el hierro cede su puesto al calcio y a los minerales de arcilla. Un ligero cambio en la acidez del suelo puede, por tanto, reorganizar por completo la capacidad de un ecosistema para retener gases de efecto invernadero.
- La inactivación de la fenol oxidasa. Los óxidos de hierro tienen la capacidad de actuar como “modelo llave-cerradura” o formas complementarias con la enzima llamada fenol oxidasa que utilizan los microorganismos para degradar la lignina y otras formas de materia orgánica recalcitrante. Cuando la llave se cierra debido a la humedad el carbono permanece atrapado, pero cuando el suelo se seca la puerta se abre y el oxígeno entra activando la descomposición
El suelo es una sofisticada maquinaria de acoplamiento entre los óxidos de hierro de orden corto y el carbono edáfico. Este conocimiento nos obliga a replantear nuestra relación con el suelo. Cada vez que alteramos la humedad, modificamos el pH, agregamos abonos lábiles, pasamos el tractor, o hacemos otras labores agrícolas estamos manipulando, para bien o para mal, los mecanismos del proceso de almacenaje/descomposición de la materia orgánica del suelo.
Vídeo sobre el tema: La facinante relación entre los óxidos de hierro y la materia orgánica del suelo.