Gli alberi viventi possono marcire dall'interno verso l'esterno, lasciando solo un tronco scavato. Il marciume del legno negli alberi viventi può causare sovrastime delle riserve globali di carbonio, perdita di legname in selvicoltura, e cattiva salute degli alberi. Comprendere il decadimento del legno nelle foreste è di particolare preoccupazione nei tropici perché si stima che le foreste tropicali ospitino il 96% della diversità degli alberi del mondo e circa il 25% del carbonio terrestre, rispetto a circa il 10% di carbonio contenuto nelle foreste temperate.

Ma come vedono forestali e ricercatori in un albero vivo per misurare il decadimento del legno? Usano il suono.

In un articolo pubblicato di recente su Applicazioni nelle scienze vegetali , un gruppo di professori, insegnanti, e gli studenti hanno stabilito metodi per utilizzare una tecnologia delle onde sonore chiamata tomografia sonica. I loro metodi sono stati derivati ​​da misurazioni su più di 1, 800 alberi viventi di 173 specie di alberi della foresta pluviale tropicale nella Repubblica di Panama.

"Non sappiamo ancora dove si classificano il decadimento interno e i danni come causa della mortalità degli alberi, "dice Greg Gilbert, autore principale dell'articolo e professore e presidente del Dipartimento di studi ambientali presso l'Università della California, Santa Cruz. "La maggior parte del decadimento è nascosto:la tomografia ora ci consente di vedere quanti alberi apparentemente sani sono effettivamente decaduti all'interno".

La tomografia sonica invia onde sonore attraverso i tronchi degli alberi. Più tempo impiega un'onda sonora per attraversare un tronco, più il legno è decaduto. In base alla velocità del suono, il tomografo (PiCUS 3 Sonic Tomograph; Argus Electronic GmbH, Rostock, Germania) crea un'immagine codificata a colori di una sezione trasversale del tronco (vedi figura).

L'uso precedente della tomografia sonica nella silvicoltura si è concentrato sulle misurazioni in alberi "di forma tipica" con tronchi cilindrici. Però, gli alberi tropicali hanno spesso grandi contrafforti, forme irregolari del tronco, e puntellare le radici che si estendono fino all'albero. Il nuovo studio descrive il posizionamento ottimale dei sensori per evitare risultati aberranti della tomografia per le forme di albero non modello che popolano i tropici e spiega come analizzare i tomogrammi per quantificare le aree di legno decaduto e danneggiato.

I metodi di tomografia sonica sono stati sviluppati e testati durante un corso internazionale sul campo per le scuole superiori, Università, e studenti laureati nella Repubblica di Panama e finanziati attraverso la National Science Foundation. Gilbert e colleghi hanno portato gli studenti e i loro insegnanti sul campo e hanno utilizzato l'apprendimento basato sull'indagine per insegnare approcci molecolari e sul campo all'ecologia, oltre a promuovere una pipeline internazionale per la ricerca ecologica. Gilbert commenta, "E' stata un'immersione emozionante, con persone straordinarie di diversa estrazione, nella parte disordinata del fare scienza, capire come fare al meglio ciò di cui hai bisogno per rispondere a domande difficili." Tutti i partecipanti al workshop hanno contribuito alla raccolta e all'analisi dei dati di tomografia sonica per l'articolo.

I funghi causano la putrefazione del legno entrando nel tronco di un albero e facendo marcire il legno dall'interno verso l'esterno, rilasciando carbonio nell'atmosfera sotto forma di anidride carbonica. Gilbert spiega che senza un metodo affidabile per rilevare il legno mancante, non puoi capire come gli alberi stiano contribuendo o moderando i crescenti livelli di carbonio atmosferico globale, o come foreste e specie arboree apparentemente sane stanno rispondendo ai cambiamenti climatici.

La ricerca di Gilbert sul decadimento del legno sta portando avanti un ampio studio su come gli agenti patogeni e le malattie controllano la prevalenza delle specie di alberi tropicali. "L'ipotesi è che le specie più suscettibili ai funghi marciumi cardiaci rimarranno solitamente rare nella foresta, e solo quelle specie resistenti diventeranno comuni, " dice Gilbert. Lui e i suoi colleghi stanno misurando e monitorando alberi tropicali nel sito a lungo termine Forest Global Earth Observatory (ForestGEO) dello Smithsonian Tropical Research Institute sull'isola di Barro Colorado nel Canale di Panama.

Il lavoro futuro continuerà a convalidare la tecnologia di tomografia sonica per i sistemi di alberi tropicali utilizzando alberi abbattuti o già morti. Gli alberi tropicali sono molto diversi sia per forma che per funzione, e sono quindi potenzialmente distinti nei loro requisiti metodologici per la tomografia sonica. Per esempio, questo metodo non funziona su specie di palma o specie arboree che utilizzano i tessuti interni per immagazzinare l'acqua.

Anche la silvicoltura urbana beneficia della tomografia sonica. Gilbert e i colleghi dello Smithsonian Tropical Research Institute stanno collaborando con Panama City per utilizzare la tomografia per valutare i rischi per la salute e la proprietà degli alberi urbani di Panama che possono essere decaduti e vulnerabili allo spezzarsi in caso di forti venti e forti precipitazioni.