Sublínea: Balance de gases del efecto invernadero en ecosistemas subantárticos
¿Qué se investiga?
El cambio global se ha convertido en el centro de atención, como destaca el “Informe de Contribución Nacionalmente Determinada (NDC)” de Chile, que afirma que “el cambio climático y el calentamiento global son la madre de todas las batallas”. Entre los esfuerzos que se requieren para enfrentar el cambio climático, es imperativo comprender las complejas interacciones entre los ecosistemas y la atmósfera.
A nivel mundial, los ecosistemas naturales reducen las emisiones netas de gases de efecto invernadero (GEI) anualmente entre 2,6 y 3,6 Gt (expresadas en C-CO2 equivalente). Sin embargo, a diferencia de los bosques, que capturan CO2 (descartando la deforestación), algunos ecosistemas emiten cantidades considerables de GEI. Este es el caso de los ecosistemas de agua dulce, que emiten aproximadamente 0,65 Gt de CH4 (C-CO2-eq) y 1,4 Gt de C-CO2. Es también el caso de la tundra y de los humedales (incluidas las turberas), que son responsables de alrededor del 10% de las emisiones globales anuales de CH4. El balance de GEI de los ecosistemas se ha estudiado relativamente bien en las latitudes del norte, pero muy poco en las latitudes del sur. Esta carencia es particularmente clara con respecto al balance de GEI de las turberas chilenas, que representan 3,1 millones de hectáreas en Chile (Conaf 2006). Estas han sido objeto de sólo un puñado de publicaciones. Asimismo, las emisiones de GEI de los lagos australes se han reportado solo en algunos estudios y el balance de GEI en los bosques del sur, solo en un par de publicaciones.
Por lo tanto, comprender las complejas interacciones entre el clima y los ecosistemas en la ecorregión subantártica de Magallanes es de suma importancia para llenar un vacío de conocimiento climático con implicaciones globales. Las tres preguntas principales que deben abordarse son; (i) ¿cuál es el balance global de GEI (CO2, CH4 y N2O) de las turberas subantárticas, los bosques y los ecosistemas acuáticos? (ii) ¿cuáles son los efectos de retroalimentación del cambio global en estos ecosistemas bajo varios escenarios de cambio climático? ; y (iii) ¿cómo hacen frente los organismos a los cambios climáticos en latitudes altas y en qué medida pueden mantener la estructura y función en los ecosistemas de humedales?
Nuestra estrategia científica combina varias metodologías actualizadas a diferentes escalas espaciotemporales. Estos incluyen métodos de covarianza de Eddy para determinar la magnitud del intercambio de GEI a escala espacial media, con alta resolución temporal. Estos métodos también se combinan con métodos de cámara, para determinar el intercambio gaseoso del agua, suelos, plantas y árboles, con una alta resolución espacial a pequeña escala y con una resolución temporal media. En complemento, se utilizan un conjunto de otros métodos para identificar y cuantificar los bioprocesos involucrados en los ciclos de CO2, CH4 y N2O, así como para cuantificar el almacenamiento de carbono. Nuestros resultados se utilizarán para alimentar modelos climáticos y de ecosistemas que se parametrizarán para predecir las respuestas de los ecosistemas al cambio climático a escala regional. Nuestros métodos serán aplicados a los humedales, ecosistemas terrestres y de agua dulce de la isla Navarino, la cordillera Darwin, el Cabo de Hornos y el archipiélago Diego Ramírez, todos ubicados en el Cabo de Hornos.
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Participantes
Frederic Thalasso frederic.thalasso@umag.cl
El equipo conformado por Frédéric Thalasso, Armando Sepulveda-Jauregui y Karla Martinez-Cruz (UMag), está especializado en el desarrollo de métodos y su aplicación a una variedad de ecosistemas, incluidos los ecosistemas subárticos de Alaska y de Siberia, los ecosistemas subantárticos de Chile y los ecosistemas tropicales. y subtropicales. Este equipo surge de una colaboración con México, que integró progresiva y activamente a UMAG desde 2014.
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Jorge Hoyos jorge.hoyos@umag.cl
También colabora con nuestro grupo el Laboratorio de Biogeoquímica Ambiental (EBL) del CIGA-UMAG codirigido por Jorge Hoyos Santillán, Alejandro Miranda, Armando Sepúlveda, Karla Martínez y Jaime Carrasco. Este grupo tiene una amplia experiencia en el estudio del funcionamiento de los humedales en un amplio rango latitudinal, desde ecosistemas subárticos hasta subantárticos, incluida una investigación sustancial en ecosistemas tropicales. Específicamente, el Laboratorio de Biogeoquímica Ambiental ha realizado investigaciones en turberas tropicales durante los últimos diez años estudiando la dinámica del carbono, evaluando los reservorios de carbono, midiendo las emisiones de GEI y evaluando el impacto del cambio de uso del suelo en la estabilidad de los reservorios de carbono.
Durante la COP25, la EBL colaboró con el panel asesor de la COP25, contribuyendo con apoyo científico para incluir las turberas patagónicas en las NDC de Chile. Además, el EBL ha contribuido a resaltar la importancia de las turberas patagónicas en la estrategia climática de Chile para lograr la neutralidad de carbono. El EBL también está desarrollando alternativas de teledetección asistidas por inteligencia artificial para mapear con precisión la distribución espacial y los reservorios de carbono de las turberas patagónicas, así como evaluar los cambios latitudinales en sus emisiones de gases de efecto invernadero y las tasas de acumulación de carbono. A nivel internacional, el EBL recientemente brindó apoyo/asesoramiento científico al gobierno panameño para incluir las turberas en su próxima actualización de la NDC. Además, el EBL está realizando investigaciones para evaluar la distribución espacial, los reservorios de carbono y las emisiones de gases de efecto invernadero en los manglares de Panamá; Este proyecto es financiado por el BID, el Fondo de Carbono Azul del Reino Unido, la Fundación Packard y es ejecutado por la Sociedad Nacional Audubon en colaboración directa con el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales. Jorge Hoyos Santillán es investigador de la Universidad de Magallanes, investigador adjunto del Centro de Investigaciones sobre el Clima y la Resiliencia (CR2) de la Universidad de Chile, profesor asociado de la Universidad de Nottingham, Reino Unido, y actualmente es investigador visitante en Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales. Alejandro Miranda es investigador postdoctoral del Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería de la Universidad de Chile e investigador adjunto del Centro de Investigaciones sobre el Clima y la Resiliencia (CR2) de la Universidad de Chile. Jaime Carrasco es investigador postdoctoral del Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería de la Universidad de Chile.
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Jorge F. Perez-Quezada jorgepq@uchile.cl
El grupo de Jorge Pérez-Quezada, de la Universidad de Chile, tiene una experiencia destacada en la estimación de stocks de carbono en turberas y en el seguimiento de gases de efecto invernadero a nivel de ecosistemas mediante métodos micrometeorológicos (Eddy-Covariance) y Técnicas de cámara cerrada. Como parte de un proyecto en curso, este grupo ha estado trabajando en la extrapolación espacial de mediciones de GEI usando productos de teledetección y temporal, usando modelos de ecosistemas mecánicos y de cambio climático.
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Roy Mackenzie roy.mackenzie@umag.cl
El grupo de Roy Mackenzie, de la Universidad de Magallanes, se enfoca en el estudio de la plasticidad de los musgos y las interacciones planta-ambiente, que es de gran importancia para entender el funcionamiento de los ecosistemas. Esta línea de investigación se basa en la biología molecular para analizar las características genéticas y metabólicas de las briófitas nativas y su estrategia de respuesta al estrés para hacer frente a ambientes extremos en la Reserva de la Biosfera Cabo de Hornos. Los estudios más recientes de este grupo incluyen el genoma y metaboloma de la turba subantártica Polytrichum strictum, estudios de interacción de briófitas y aves en ambientes de alta montaña, y la ecología del musgo Sphagnum en turberas subantárticas.
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Equipos a instalaciones
Nuestro equipo tiene su sede principalmente en el campus de la Universidad de Magallanes en Punta Arenas, que es la ciudad capital de la región más austral de Chile, Magallanes y Antártida Chilena. También contamos con instalaciones en Puerto Williams, la capital de la Provincia Antártica Chilena, ubicada en la costa norte de la Isla Navarino y que está dentro de la Reserva de la Biosfera Cabo de Hornos, de 49000 km2 de superficie. Nuestras instalaciones en Puerto Williams, incluyen el Centro Subantártico de reciente construcción, un edificio de 2500 m2 que incluye laboratorios, salón de conferencias, así como una estación de campo, donde se pueden alojar cómodamente estudiantes y visitantes. Estos lugares ofrecen acceso directo a los ecosistemas subantárticos vírgenes, incluidos bosques, lagos y turberas.
En cuanto al equipamiento, recientemente se han instalado dos torres Eddy, una torre de medición de emisiones de CO2 ubicada en un bosque y una torre de medición de CH4 y CO2 ubicada en una turbera de esfagno. También contamos con espectrómetros portátiles de CO2, CH4 y N2O. Los laboratorios del centro subantártico estarán equipados con herramientas de biología molecular y de campo para procesar material genético y extracciones botánicas, entre otros.
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Nuestra lista de publicaciones en este campo
Aguirrezabala-Campano, T; Gerardo-Nieto, O; Gonzalez-Valencia, R; Souza, V; Thalasso, F. (2019). Methane dynamics in the subsaline ponds of the Chihuahuan Desert: A first assessment. SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT, 666, pp. 1255-1264. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.02.163
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Cabrol, L; Thalasso, F; Gandois, L; Sepulveda-Jauregui, A; Martinez-Cruz, K; Teisserenc, R; Tananaev, N; Tveit, A; Svenning, MM; Barret, M. (2020). Anaerobic oxidation of methane and associated microbiome in anoxic water of Northwestern Siberian lakes. SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT, 736, 139588. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139588
Gerardo-Nieto, O; Astorga-Espana, MS; Mansilla, A; Thalasso, F. (2017). Initial report on methane and carbon dioxide emission dynamics from sub-Antarctic freshwater ecosystems: A seasonal study of a lake and a reservoir. SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT, 593, pp. 144-154. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.02.144
Gerardo-Nieto, O; Vega-Penaranda, A; Gonzalez-Valencia, R; Alfano-Ojeda, Y; Thalasso, F. (2019). Continuous Measurement of Diffusive and Ebullitive Fluxes of Methane in Aquatic Ecosystems by an Open Dynamic Chamber Method. ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY, 53(9), pp. 5159-5167. DOI: 10.1021/acs.est.9b00425
Gonzalez-Valencia, R; Magana-Rodriguez, F; Cristobal, J; Thalasso, F. (2016). Hotspot detection and spatial distribution of methane emissions from landfills by a surface probe method. WASTE MANAGEMENT, 55, pp. 299-305. DOI: 10.1016/j.wasman.2016.03.004
Gonzalez-Valencia, R; Magana-Rodriguez, F; Gerardo-Nieto, O; Sepulveda-Jauregui, A; Martinez-Cruz, K; Anthony, KW; Baer, D; Thalasso, F. (2014). In Situ Measurement of Dissolved Methane and Carbon Dioxide in Freshwater Ecosystems by Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy. ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY, 48(19), pp. 11421-11428. DOI: 10.1021/es500987j
Gonzalez-Valencia, R; Magana-Rodriguez, F; Maldonado, E; Salinas, J; Thalasso, F. (2015). Detection of hotspots and rapid determination of methane emissions from landfills via a ground-surface method. ENVIRONMENTAL MONITORING AND ASSESSMENT, 187(1), 4083. DOI: 10.1007/s10661-014-4083-0
Gonzalez-Valencia, R; Magana-Rodriguez, F; Sepulveda-Jauregui, A; Aguirrezabala-Campano, T; Gerardo-Nieto, O; Thalasso, F. (2019). A simple model for the numerical characterization of spatiotemporal variability in aquatic ecosystems. AQUATIC SCIENCES, 81(4), 58. DOI: 10.1007/s00027-019-0652-1
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Thalasso, F; Sepulveda-Jauregui, A; Gandois, L; Martinez-Cruz, K; Gerardo-Nieto, O; Astorga-Espana, MS; Teisserenc, R; Lavergne, C; Tananaev, N; Barret, M; Cabrol, L. (2020). Sub-oxycline methane oxidation can fully uptake CH4 produced in sediments: case study of a lake in Siberia. SCIENTIFIC REPORTS, 10(1), 3423. DOI: 10.1038/s41598-020-60394-8
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