Gli ecosistemi costieri del mondo, aree come le paludi di marea e le foreste di mangrovie, hanno il potenziale per immagazzinare e sequestrare grandi quantità di carbonio, noto collettivamente come carbonio blu.

L'ex presidente Barack Obama nel 2014 ha reso prioritaria la ricerca sulla comprensione delle dinamiche del carbonio in questi ecosistemi costieri a causa della loro importanza per il ciclo globale del carbonio.

Nonostante il loro ruolo di potenziali pozzi - o depositi - di carbonio, non è ancora chiaro come i diversi processi biofisici influenzino la dinamica del carbonio in questi ecosistemi.

Utilizzando i fondi del suo premio per lo sviluppo della carriera precoce della National Science Foundation, recentemente assegnato, Rodrigo Vargas dell'Università del Delaware istituirà un laboratorio all'aperto presso la St. Jones Reserve, che è un componente della Delaware National Estuarine Research Reserve (DNERR) e parte delle National Estuarine Research Reserves (NERR). I suoi sforzi di ricerca contribuiranno a una migliore comprensione dei flussi di carbonio verticali e laterali:la quantità di carbonio scambiata tra la terra e l'atmosfera, e la quantità di carbonio scambiata tra la terraferma e l'oceano costiero, nelle zone umide costiere soggette a maree.

Attraverso il prestigioso NSF Career Award, Vargas, professore associato presso il Dipartimento di Scienze delle piante e del suolo del College of Agriculture and Natural Resources (CANR) dell'UD, lavorerà anche per responsabilizzare gli studenti delle minoranze integrandoli nella ricerca, attività educative e divulgative, e valorizzerà il capitale sociale rafforzando la rete degli studenti, professionisti della scienza e ricercatori nelle paludi salmastre in tutto il Delaware e oltre.

Flussi verticali e laterali

I flussi di carbonio verticali coinvolgono la quantità di carbonio che va dal suolo nell'atmosfera o dall'atmosfera nell'ecosistema e saranno stimati misurando i flussi di anidride carbonica (CO2) e metano (CH4), due importanti gas serra.

"Lo scambio netto di CO2 tra l'atmosfera e la superficie terrestre è chiamato scambio netto di ecosistema, " ha detto Vargas. "Se lo scambio netto dell'ecosistema è negativo, significa che la CO2 viene assorbita dall'ecosistema. Se è positivo, significa che la CO2 viene rilasciata nell'atmosfera, e il modo in cui lo quantifichiamo è con la tecnica della covarianza eddy che misura lo scambio di massa ed energia tra l'atmosfera e la superficie terrestre".

In questo sito specifico, i ricercatori stanno misurando lo scambio di CO2 e CH4 tra l'ecosistema e l'atmosfera utilizzando la prima torre di covarianza eddy istituita nello stato del Delaware dal 2015. La creazione di questa torre è stata parzialmente supportata dalle sovvenzioni che Vargas ha ricevuto dalla National Aeronautics and Space Administration del Delaware Programma stabilito per stimolare la ricerca competitiva (NASA-EPSCOR), i programmi costieri del Delaware (DCP), e una sovvenzione seme CANR.

La torre fa parte della rete AmeriFlux, un consorzio di scienziati che utilizza una rete per lavorare con la tecnica della covarianza eddy, misurare i flussi di CO2 e CH4 in più siti nelle Americhe.

Oltre ai flussi verticali, Vargas ha spiegato che è anche importante tenere conto dei flussi laterali nelle barene, anche.

Poiché si trovano nella transizione tra terra e oceano, l'interfaccia terrestre-acquatica, la sfida per le paludi salmastre è che la loro biogeochimica è anche influenzata dalle maree, che portano materia ed energia man mano che salgono. Quando le maree si ritirano, tirano fuori materia ed energia, il che rende molto difficile comprendere il ciclo del carbonio su questi ecosistemi.

"Studi recenti hanno dimostrato che ci sono notevoli esportazioni laterali di carbonio da questi ecosistemi verso l'oceano costiero e questo è qualcosa che vorremmo anche capire, " ha detto Vargas. "È una sfida molto grande e stiamo iniziando studi con l'obiettivo generale di capire come diversi fattori biofisici regolano i flussi di carbonio verticali e laterali nelle paludi salmastre di marea".

Telecamere remote

Il sito è inoltre dotato di fotocamere digitali in grado di riprendere automaticamente le immagini dell'ecosistema per studiare la fenologia delle piante. La fenologia delle piante informa sui cicli vitali periodici delle piante come la fioritura o il momento della caduta delle foglie. Le immagini sono prese a colori e anche a infrarossi, che consente ai ricercatori di vedere l'inverdimento dell'ecosistema. Tali informazioni vengono utilizzate per comprendere le dinamiche del carbonio degli ecosistemi sulla base di fotografie ripetute, chiamato telerilevamento vicino alla superficie.

"Puoi vedere l'indice di verde per quantificare quanto è verde l'ecosistema e ha raggiunto il picco a metà agosto di quest'anno, e poi inizi a perdere quell'inverdimento come parte del ciclo vegetativo annuale. È anche una fantastica opportunità per la scienza e la divulgazione dei cittadini, " disse Vargas.

La fotocamera digitale non solo informa i ricercatori sull'inverdimento del sito, ma anche su eventi che altrimenti non sarebbero stati in grado di indagare, come quando si sono verificati grandi eventi di alluvione nel 2015 e nel 2016.

"Un evento alluvionale è stato causato dall'ondata dell'uragano Joaquin, " ha detto Vargas. "Con le telecamere, siamo stati in grado di monitorare quanto fosse alto ed esteso il livello dell'acqua. Nel 2016, abbiamo avuto un'altra alluvione, ma questa inondazione non era a causa delle tempeste oceaniche, è stato a causa di una tempesta nell'entroterra che ha portato l'acqua attraverso il fiume St. Jones e ha allagato il nostro sito."

Tutte le immagini sono disponibili online in tempo reale come parte della rete PhenoCam per aiutare a migliorare la trasparenza e la condivisione dei dati nella più ampia comunità scientifica.

Componente educativa

Vargas utilizzerà anche il premio per fornire agli studenti dell'ottavo anno, che di solito stanno imparando il ciclo del carbonio attraverso il loro curriculum di classe, la possibilità di ottenere un'esperienza di apprendimento pratica relativa al carbonio.

Vargas prevede di lavorare con professionisti del DNREC e della St. Jones Reserve, così come con Amy Trauth-Nare, direttore associato senior degli studi professionali e continui di UD, sviluppare un modulo utilizzando l'istruzione guidata dai fenomeni o l'istruzione basata sul luogo, come l'apprendimento alla St. Jones Reserve, per affrontare in modo specifico argomenti sul carbonio e sullo scambio di energia negli ecosistemi.

Inoltre, Vargas sta cercando di creare opportunità per gli studenti universitari di minoranza che partecipano al programma Associate in Arts (AAP) di UD, promuovere il successo accademico nelle scienze, tecnologia, ingegneria e matematica (STEM).

"Una delle cose su cui ho lavorato da quando ho iniziato a UD è dare potere agli studenti sottorappresentati, " ha detto Vargas. "Fornendo opportunità scolastiche e valorizzando il capitale sociale, rafforziamo la rete degli studenti, professionisti e ricercatori scientifici nel Delaware e oltre. Sono ispanico e i professori ispanici sono una minoranza a UD, e anche gli studenti ispanici sono una minoranza a UD. Così, Ho un forte impegno nel supportare studenti universitari e laureati sottorappresentati nei campi STEM. Questa è una grande spinta per questa proposta".

Vargas lavorerà con David Satran, direttore dell'Associate in Arts Program, per personalizzare le opportunità per gli studenti AAP, e incorporerà i suoi attuali studenti laureati come mentori per gli studenti AAP.