Un nuovo studio dell'Università del Delaware è uno dei primi al mondo a dimostrare che i tronchi degli alberi nelle foreste montane in realtà emettono metano invece di immagazzinarlo, rappresentando un nuovo, fonte in precedenza sconosciuta di questo potente gas serra.

Il metano è circa 25 volte più forte dell'anidride carbonica, con alcune stime fino a 33 volte più forti a causa dei suoi effetti quando è nell'atmosfera.

A causa del potenziale di riscaldamento globale del metano, identificare le fonti e i "pozzi" o depositi di questo gas serra è fondamentale per misurare e comprendere le sue implicazioni attraverso gli ecosistemi.

I terreni delle foreste montane di solito assorbono e immagazzinano metano, ma questo effetto può essere contrastato dalle emissioni di metano dai tronchi degli alberi, ha scoperto il team di ricerca del College of Agriculture and Natural Resources dell'UD. Il loro lavoro è pubblicato sulla rivista scientifica ecosistemi .

"Crediamo che il nostro lavoro possa aiutare a colmare alcune lacune nei budget del metano e nei processi ambientali nei modelli di ecosistema globale, " ha detto il capo dello studio, Rodrigo Vargas, assistente professore presso il Dipartimento di Scienze delle piante e del suolo presso il College of Agriculture and Natural Resources dell'UD.

Shreeram Inamdar, professore di idrologia e biogeochimica, è co-investigatore del progetto con Vargas, e il dottorando Daniel Warner è l'autore principale del documento. La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, con il supporto aggiuntivo del programma di sovvenzioni paritarie per la ricerca e lo sviluppo federale del Delaware.

Sito di studio del Maryland

In un'area di 30 acri di foresta montana nell'area di gestione delle risorse naturali di Fair Hill nella vicina contea di Cecil, Maryland, i ricercatori hanno testato un gruppo di alberi, suolo e detriti legnosi grossolani (CWD), legno morto che giace sul suolo della foresta in vari stadi di decomposizione, per misurare i flussi di metano e anidride carbonica.

I ricercatori hanno utilizzato un analizzatore di gas serra all'avanguardia basato sulla tecnologia di assorbimento laser, denominata Spettroscopia di uscita a cavità integrata fuori asse (OA-ICOS), che sembra simile a uno zaino protonico del film "Ghostbusters".

Warner ha visitato il sito nel corso di una stagione di crescita, da aprile a dicembre, e misurato i flussi di anidride carbonica e metano del suolo, tronchi d'albero e CWD per determinare se quei tre componenti erano fonti o pozzi di questi gas serra.

Suoli e flussi CWD

In termini di anidride carbonica, ricerca sui flussi dei tronchi d'albero, nota come respirazione dello stelo, e suolo, noto come respirazione del suolo, è stato fatto per decenni, ma la ricerca per determinare l'importanza dei flussi di carbonio per quanto riguarda la CWD è ancora in ritardo.

Per il metano, però, è una storia diversa. Mentre sono stati condotti studi sui flussi di metano in relazione ai suoli, che di solito consumano il metano e sono considerati pozzi di metano, ce ne sono pochissimi che si occupano di CWD e tronchi d'albero nei terreni montani.

"La ricerca che è stata fatta è generalmente incubazioni di legno in laboratorio dove misurano quanto metano viene rilasciato nel tempo. Quello che abbiamo scoperto in questo studio è che alcuni detriti legnosi grossolani si comportano come il terreno e consumano metano mentre altri pezzi di legno detriti legnosi grossolani emettono piccole quantità di metano, che è anche quello che abbiamo visto con tronchi d'albero vivi, ", ha detto Warner.

Per comprendere le differenze tra le azioni del CWD, Warner e colleghi hanno scoperto che il CWD più fresco ha un flusso di metano positivo, che è simile a come si comporta un albero vivente.

"Quando un albero cade, è ancora funzionalmente lo stesso in termini di emissioni di metano. Col tempo, mentre decade, la mia teoria è che viene colonizzato dai batteri del suolo che consumano metano e si comporta in modo più simile al suolo, risultando in un dissipatore di metano, ", ha detto Warner.

I ricercatori hanno anche scoperto che il CWD aveva un alto tasso di variabilità quando si trattava di emissioni di metano.

"Mentre si decompone diventa molto più variabile. Parte del legno super-decaduto stava ancora rilasciando metano ma molto consumava metano, " ha detto Warner. "Se si dispone di un pool CWD con meno diversità per quanto riguarda il grado di decomposizione, ci si può aspettare che svolga un ruolo più uniforme in termini di emissioni o pozzi di metano".

Tronchi d'albero e flussi di metano

Sebbene sia noto che i tronchi degli alberi rilasciano anidride carbonica, questa ricerca ha mostrato che stavano anche rilasciando metano.

"I tronchi degli alberi hanno costantemente emissioni di metano basse ma rilevabili. I suoli stanno fornendo un servizio ambientale di sequestro di questo potente gas serra, ma i tronchi rilasciano metano equivalente al 4% di quello che potrebbe essere catturato dalla CWD e dai suoli su scala ecosistemica, " disse Vargas.

Globale, i tronchi degli alberi fungevano da fonte di anidride carbonica e da piccola fonte di metano, ma la grandezza dei gas emessi variava con la specie.

Il pioppo tulipano era una specie che rilasciava molto metano e anidride carbonica, mentre i faggi rilasciavano la maggior parte del metano all'interno della foresta ma emettevano pochissima anidride carbonica.

"Potrebbe essere qualche tratto specifico della specie che controlla il flusso, ", ha detto Warner.

Soglia di temperatura

Anche la temperatura ha svolto un ruolo chiave nella regolazione dell'entità dei flussi.

"Il metano nei suoli sembra seguire un gradiente di temperatura in cui temperature più elevate sono correlate a un maggiore assorbimento di metano, ma non è necessariamente così per CWD o per tronchi d'albero, " disse Vargas.

Warner ha detto che è difficile sviluppare una relazione di temperatura con il metano perché ci sono due processi che si oppongono l'uno all'altro.

"Ci sono cose nel terreno che producono metano, note come metanogenesi, cose che lo consumano, note come metanotrofie, e quindi mentre ti riscaldi, è più simile a un fucile da caccia in cui le magnitudini del metano si disperdono di più man mano che si scalda; suggerendo che altri fattori oltre alla temperatura regolano le emissioni di metano, ", ha detto Warner.

Hanno scoperto che oltre una soglia di 17 gradi Celsius per la temperatura del suolo, la variabilità del consumo di metano si espande drammaticamente.

"Sotto i 17 gradi, la temperatura è un fattore chiave del flusso di metano ma sopra i 17 gradi, ci sono altri driver che influenzeranno la produzione di metano, " disse Vargas.

Punti caldi del suolo

Per quanto riguarda l'origine del metano, Warner ha detto che è ancora una frontiera della scienza, ma questo studio fornisce indizi sufficienti per fornire ai ricercatori alcune teorie.

Il primo è che il metano viene prodotto in punti caldi del suolo.

"Per punto caldo, intendiamo un luogo dove le condizioni sono favorevoli alla produzione di metano e quindi quel metano viene risucchiato dalle radici degli alberi, trasportato attraverso il suo sistema vascolare e rilasciato dal suo tronco, " ha detto Warner. "Sappiamo che accade nelle zone umide ma in altopiani, forse succede in un punto specifico e in nessun altro".

L'altro meccanismo che potrebbe causare flussi di metano dai tronchi è la putrefazione interna o l'infezione all'interno dell'albero, che produce un ambiente in cui i batteri metanogeni possono sopravvivere e quindi il metano si diffonde dall'albero.

"In questo momento, i meccanismi di produzione del metano nelle foreste montane non sono chiari. Il metano può essere trasportato dai suoli verso l'alto all'interno dello stelo e diffuso nell'atmosfera o prodotto all'interno dello stelo da funghi o archaea, microrganismi unicellulari, " disse Vargas.

Prossimi passi

Sia Warner che Vargas hanno convenuto che i prossimi passi dovrebbero essere testare la generalità di queste osservazioni in diverse foreste, e identificare i meccanismi di produzione e trasporto del metano nei tronchi degli alberi. Finalmente, suggeriscono che i modelli globali ed ecosistemici dovrebbero prendere in considerazione il metano prodotto dai tronchi degli alberi come nuova fonte di metano per l'atmosfera.

"Quando le persone sviluppano un ecosistema per bilanci di metano su scala globale, c'è sempre un pezzo in cui non si sa da dove provenga quel metano. Le emissioni di metano da vegetazione e tronchi d'albero sono viste come una fonte recentemente considerata che potrebbe avvicinare quel budget alle nostre stime. È bello continuare a sminuirlo, ", ha detto Warner.