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Jul 18, 2023

Hidrogênio e oxigênio escuro impulsionam a produtividade microbiana em diversos ecossistemas de águas subterrâneas

Nature Communications volume 14, número do artigo: 3194 (2023) Citar este artigo 8559 Acessos 3 citações 154 Detalhes das métricas altmétricas Cerca de 50% da humanidade depende das águas subterrâneas como fonte de

Nature Communications volume 14, número do artigo: 3194 (2023) Citar este artigo

8559 Acessos

3 citações

154 Altmétrico

Detalhes das métricas

Cerca de 50% da humanidade depende das águas subterrâneas como fonte de água potável. Aqui investigamos a idade, geoquímica e microbiologia de 138 amostras de águas subterrâneas de 95 poços de monitoramento (<250 m de profundidade) localizados em 14 aquíferos no Canadá. A geoquímica e a microbiologia mostram tendências consistentes, sugerindo ciclos aeróbicos e anaeróbicos em larga escala de hidrogênio, metano, nitrogênio e enxofre realizados por diversas comunidades microbianas. As águas subterrâneas mais antigas, especialmente em aquíferos com estratos orgânicos ricos em carbono, contêm em média mais células (até 1,4 × 107 mL–1) do que as águas subterrâneas mais jovens, desafiando as estimativas atuais da abundância de células subterrâneas. Observamos concentrações substanciais de oxigênio dissolvido (0,52 ± 0,12 mg L-1 [média ± SE]; n = 57) em águas subterrâneas mais antigas que parecem apoiar metabolismos aeróbicos em ecossistemas subterrâneos em uma escala sem precedentes. Metagenômica, análises de isótopos de oxigênio e modelos de mistura indicam que o oxigênio escuro é produzido in situ por meio de dismutação microbiana. Mostramos que as antigas águas subterrâneas sustentam comunidades produtivas e destacam uma fonte negligenciada de oxigênio nos ecossistemas subterrâneos atuais e passados ​​da Terra.

Cerca de 2% dos recursos hídricos da Terra ocorrem como águas subterrâneas, das quais metade é salina e a outra metade doce1. Esta água doce subterrânea representa cerca de 30% dos recursos globais de água doce, sessenta vezes mais do que em todos os lagos, rios e atmosfera juntos, e superada apenas pelas calotas polares inacessíveis e atualmente ainda congeladas1. Os aquíferos e as fracturas rochosas também podem conter até 30% da biomassa microbiana total da Terra2,3, contribuir substancialmente para a fixação de carbono4 e conter elevadas proporções de arquéias, bactérias e vírus2,5 não cultivados com um amplo espectro de estilos de vida6. Apesar da ocorrência global de águas subterrâneas e da magnitude e diversidade da sua biomassa residente, a nossa compreensão da composição e actividade das comunidades microbianas que habitam estes ecossistemas aquáticos ocultos ainda é irregular, muitas vezes desenvolvida a partir de amostras de alguns poços seleccionados ou de um único aquífero. Em particular, os processos geoquímicos e ecológicos que moldam as comunidades microbianas das águas subterrâneas ao longo do espaço e do tempo não são bem restringidos7.

O estabelecimento de ligações robustas entre as comunidades microbianas e as características geoquímicas das águas subterrâneas requer grandes conjuntos de dados com um inventário ambiental abrangente associado a cada amostra da comunidade microbiana. Para este fim, a Rede de Poços de Observação de Águas Subterrâneas (GOWN), mantida pela Alberta Environment and Protected Areas (AEPA) no Canadá, compilou dados geoquímicos para mais de 250 águas subterrâneas obtidas a partir de poços de monitoramento em diferentes aquíferos e regiões geográficas, representando uma variedade de regimes geoquímicos. e idades das águas subterrâneas. Cada poço GOWN foi amostrado repetidamente durante muitos anos, incluindo alguns durante várias décadas8. Desde 2006, este programa abrangente de monitorização tem recolhido sistematicamente informações regulares sobre o nível da água e a qualidade química da água e composições isotópicas para amostras aquosas e gasosas9. A província de Alberta está situada na Bacia Sedimentar do Oeste do Canadá, que abriga grandes depósitos de petróleo, gás, carvão, bem como enxofre, sal, calcário e dolomita10. A subsuperfície rasa e profunda tem sido extensivamente estudada no contexto da exploração e desenvolvimento de petróleo e carvão11 (Fig. 1).

a Localização dos poços de águas subterrâneas estudados no contexto dos recursos energéticos da província de Alberta. As cores indicam a idade da água subterrânea em cada poço (amarelo: águas mais jovens; vermelho: idade intermediária; azul: águas mais antigas ricas em sulfato; roxo: águas mais antigas com pouco sulfato). O tamanho do círculo representa o número médio de células microbianas nas amostras de águas subterrâneas, variando de 104 (menor círculo completo) a 107 células por mL (círculo maior). O mapa foi criado usando Arc-GIS v10.8 b Proporção relativa dos tipos de água nos sedimentos superficiais, do canal e do leito rochoso, bem como nas principais formações geológicas de Alberta, mostrando que a geoquímica das águas subterrâneas evoluiu com o aumento da idade das formações. NA não avaliado, HSC Horseshoe canyon, Gp. Grupo.