Modelo revela como o degelo do permafrost em Hulugou controla o carbono orgânico dissolvido

Nas montanhas do oeste da China, investigadores passaram anos a medir o carbono que escoa de encostas congeladas quando chega o degelo. O comportamento parecia direto: quanto maior a vazão, mais carbono; quanto menor a vazão, menos carbono - com uma exceção intrigante na primavera, quando surgiu o pulso mais concentrado mesmo com quase nenhuma água em movimento.

Até então, ninguém conseguia explicar o motivo. Um modelo computacional dessas mesmas encostas agora ligou o fenómeno a processos que ocorrem no subsolo. A chave está em até que profundidade o degelo avançou e por qual camada do solo a água consegue circular.

O carbono viaja pelo subsolo

O carbono deixa solos frios por dois caminhos. A maior parte sobe diretamente como gás, a fração que mais chama a atenção dos cientistas do clima. O restante dissolve-se na água e migra lateralmente pelo solo, drenando das encostas para córregos e rios. Essa parcela forma o carbono orgânico dissolvido transportado pela água.

Esse escoamento lateral é justamente o que os pesquisadores menos dominam - e foi o que uma equipe liderada por Chen Ding, da Southern University of Science and Technology (SUSTech), decidiu quantificar com mais precisão. O foco foi uma região de permafrost, onde o terreno permanece congelado ao longo de todo o ano.

O risco envolvido é elevado. O permafrost do norte armazena cerca de metade do carbono do solo do planeta, quase o dobro do que existe na atmosfera inteira. À medida que o congelamento enfraquece, aumenta a oportunidade de esse carbono encontrar uma rota de saída.

Uma encosta montanhosa congelada

O modelo criado pelo grupo de Ding foi ancorado num local real: uma bacia de alta montanha chamada Hulugou, nas cabeceiras do rio Heihe, no noroeste da China. A área fica no Planalto Qinghai-Tibete, uma região fria e elevada onde a média anual ronda 26°F (-3°C).

Em vez de depender de suposições simplificadas, o modelo acompanha, dia após dia, a água, o calor e a química ao longo de um recorte de encosta com mais de 213 metros (700 pés) de comprimento. Assim, ele observa as chamadas camadas ativas - solos que descongelam a cada verão e voltam a congelar no inverno - “acordarem” e “adormecerem” ao longo das estações.

Conforme essa camada descongela, a água do degelo e a chuva infiltram-se e alimentam uma água subterrânea rasa que drena encosta abaixo. Só que o solo não é homogéneo: os primeiros 30 a 60 centímetros concentram raízes e folhas mortas, enquanto as porções mais profundas quase não guardam carbono.

Picos de carbono na primavera

Quando o modelo é executado ao longo de um ano completo, surge uma divisão pouco intuitiva. A maior concentração de carbono sai da encosta em abril, no começo do degelo. Já a maior carga total é exportada apenas meses depois, em setembro.

A profundidade do descongelamento resolve o enigma. No início da primavera, só a camada superficial rica em carbono já descongelou; por isso, o filete de água que consegue deixar a encosta é forçado a atravessar essa zona, dissolvendo mais carbono. É o mesmo padrão que outro estudo observou durante o derretimento da neve: pouca água se move, mas cada gota carrega muito carbono.

No fim do verão, o cenário inverte-se. Chuvas intensas chegam ao mesmo tempo em que o degelo avança para níveis mais profundos, pobres em carbono, e então sai um grande volume de água diluída.

As equipas de campo já tinham registado o pico de primavera, mas não tinham como acompanhar, em tempo real, a mudança do “encanamento” subterrâneo. Também não haviam demonstrado de forma conclusiva que o próprio ciclo de congelamento e degelo estava a orientar o caminho do carbono.

Por que o Ártico é diferente

É aqui que o planalto se distingue do Ártico. Em grande parte do extremo norte, tanto a concentração quanto a carga atingem o máximo durante o degelo da neve na primavera. A água do derretimento faz uma “lavagem” rápida da fina camada orgânica superficial - um comportamento que estudos de campo no Ártico acompanham há anos.

Em Hulugou, as regras mudam. A neve responde por apenas cerca de 3% da precipitação anual, e grande parte desaparece diretamente para a atmosfera sem chegar a derreter e gerar escoamento. A primavera traz aquecimento e um degelo raso, mas quase não fornece água para transportar carbono para fora.

O impulso principal fica para as chuvas de verão. Quando elas finalmente caem, o descongelamento já alcançou mais profundidade, e a água que passa a escoar percorre um trajeto inferior, com pouco carbono. Assim, o mesmo processo de degelo que no Ártico eleva o transporte de carbono produz o efeito oposto no planalto.

O aquecimento aprofunda o degelo

A equipa então projetou a encosta no futuro, simulando 40 anos de aquecimento constante e moderado. O terreno congelado recua.

Ano após ano, a camada que descongela aprofunda-se, passando de cerca de 1,5 metros (5 pés) para quase 2 metros (6,5 pés) ao final do período.

À medida que o limite inferior do solo descongelado desce, o fluxo de água acompanha esse rebaixamento. Uma parcela maior do escoamento deixa de atravessar a superfície rica em carbono e passa a circular por camadas profundas e pobres em carbono. Como essas zonas mais fundas contêm tão pouco carbono, a encosta, no total, exporta menos.

Nesse cenário, a exportação lateral prevista de carbono cai cerca de 16% ao longo dos 40 anos, e aquilo que ainda sai torna-se quase um quarto mais diluído.

Esse resultado contraria o receio comum, presente em muitos trabalhos, de que o degelo do solo inevitavelmente despeje mais carbono antigo nos rios.

Repensando o balanço

A lição é mais precisa do que permitia a suposição anterior. O congelamento e o degelo determinam qual “estrada” subterrânea o carbono percorre, e essa rota define o quão concentrado será o carbono que deixa a terra: raso e rico na primavera, profundo e diluído no outono.

Ao estender essa lógica para um século em aquecimento, a via lateral de exportação de carbono tende a afinar, não a engrossar.

Isso torna mais complexo o balanço de carbono em regiões altas e frias como o planalto, onde modelos que partem do princípio de que o degelo sempre aumenta o carbono a jusante podem estar a contabilizar demais.

O que segue rio abaixo também importa. Rios e as pequenas teias alimentares que existem neles dependem em parte desse carbono orgânico dissolvido; portanto, uma queda contínua pode repercutir nos cursos d’água de regiões frias durante décadas.

O modelo permite aos cientistas verem essa mudança ganhar forma, encosta por encosta, antes de ela chegar à água.