Gli alberi che crescono in cima al granito della Montagna Calva nella Sierra Nevada meridionale si basano sui nutrienti della polvere atmosferica trasportata dal vento, oltre il 50 percento, rispetto ai nutrienti forniti dal substrato roccioso sottostante.

I ricercatori dell'Università del Wyoming hanno condotto uno studio che ha trovato questo risultato sorprendente misurando gli isotopi del neodimio nel substrato roccioso, suolo, polvere e aghi di pino negli alberi vivi. Utilizzando questo sistema ben vincolato, il gruppo è stato in grado di combinare dati mondiali per dimostrare che questo fenomeno non è limitato alla Sierra Nevada, e che la polvere estranea probabilmente fertilizza le piante in molte località in tutto il mondo.

"Gli alberi della Sierra Nevada usano la polvere come nutrimento, "dice Cliff Riebe, professore associato presso il Dipartimento di Geologia e Geofisica dell'UW. "Questa è una scoperta nuova."

Riebe è stato il secondo autore di un articolo, dal titolo "Modelli globali di polvere e fornitura di nutrienti di roccia fresca agli ecosistemi montani, " che è stato pubblicato oggi (6 dicembre) in Progressi scientifici , una pubblicazione figlio di Science. La rivista online pubblica importanti, ricerca originale innovativa che avanza le frontiere della scienza ed estende gli standard di eccellenza stabiliti dalla scienza.

Lindsay Arvin, uno studente di master UW di Chicago laureandosi in geologia e geofisica, era l'autore principale del giornale. Arvin ha prelevato campioni di aghi di pino vivi nella Sierra Nevada, principalmente un habitat di foresta di conifere, durante l'estate 2015.

Più tardi quell'autunno, Arvin si è recato nel laboratorio di Sarah Aciego all'Università del Michigan, dove ha lavorato con Molly Blakowski, uno studente laureato presso l'Università del Michigan, per elaborare i campioni. In particolare, erano interessati ad estrarre il neodimio, un elemento della tavola periodica associato a minerali contenenti fosforo, che sono una fonte importante di nutrienti per le piante.

"La somiglianza nel comportamento chimico tra neodimio e fosforo rende gli isotopi del neodimio un utile analogo per tracciare l'assorbimento del fosforo nei sistemi vegetali, "dice Aciego, ora professore a contratto alla UW. "In questo caso, siamo stati in grado di rintracciare il neodimio da due fonti:polvere straniera dall'Asia e dalla Central Valley della California, e la roccia granitica".

"Abbiamo usato due impronte digitali per tracciare i nutrienti. La polvere ha un'impronta digitale isotopica, e il substrato roccioso ha un'altra impronta isotopica, "Spiega Riebe. "Gli aghi di pino mostrano il grado di mescolanza delle due impronte digitali. Anche i suoli mostrano un mix dei due".

Queste osservazioni suggeriscono che i nutrienti derivati ​​dalla polvere possono essere vitali per gli ecosistemi montani, anche quando l'apporto di nutrienti dal substrato roccioso è sostanziale, il documento si conclude.

"Mentre altri studi hanno dimostrato che la polvere può aumentare i flussi elementari totali negli ecosistemi, questo è il primo studio a quantificare il trasferimento di neodimio e, per delega, fosforo, dalla polvere alle piante, "Spiega Aciego. "Inoltre, l'influenza è molto più alta di quanto mi aspettassi e suggerisce che gli elementi nella polvere potrebbero avere un impatto molto maggiore sugli ecosistemi globali di quanto precedentemente ipotizzato".

Diversi studi precedenti hanno quantificato l'assorbimento di nutrienti derivati ​​dalla polvere in paesaggi stabili o in lenta erosione. Ma, solo pochi hanno quantificato i nutrienti derivati ​​dalla polvere negli ecosistemi montani con notevoli tassi di erosione.

Riebe afferma che il suo gruppo di ricerca ha preso due set di dati esistenti - un database globale dei tassi di erosione compilato nel 2011 e un modello globale dei flussi di polvere creato nel 2014 - per esaminare gli effetti della polvere in tutto il mondo.

"Questa combinazione di set di dati precedenti ci consente di vedere dove la polvere è importante nel mondo, " Riebe dice. "Una scoperta sorprendente è che la polvere può essere più importante di quanto si pensasse in precedenza in molti luoghi, compresi i monti Appalachi e l'Europa occidentale."

"Il concetto di 'zona critica' della Terra ci offre il quadro per guardare l'ambiente da una prospettiva più ampia e per vedere l'influenza globale di quelli che si pensava fossero processi regionali, "dice Richard Yuretich, direttore del programma per il programma di osservatori della zona critica della National Science Foundation (NSF), che ha finanziato lo studio. "Questa ricerca mostra che la polvere trasportata nell'atmosfera di tutto il mondo è un'importante fonte di nutrienti per le piante in tutti gli ambienti, anche dove il suo contributo non è ovvio. La Terra mantiene il suo equilibrio, spesso in modi sorprendenti."

Riebe vede una connessione tra la sua ultima ricerca e il quinquennale, Sovvenzione NSF di 20 milioni di dollari che UW ha ricevuto a settembre da utilizzare per la ricerca microbica. Utilizzando tecniche all'avanguardia, tra cui il sequenziamento del DNA e la modellazione computazionale, gli scienziati sperano di apprendere la distribuzione e le conseguenze ecologiche dei microbi, produrre approfondimenti che aiuteranno i Wyomingiti ad affrontare una serie di sfide, dalla gestione dei pascoli, risorse forestali e idriche, alla bonifica di aree disturbate dall'estrazione mineraria, al miglioramento della produttività delle colture.

"Le comunità microbiche nella polvere di diverse fonti possono differire, " Riebe dice. "Come parte del prossimo programma Wyoming EPSCoR (Established Program to Stimulate Competitive Research), possiamo provare a capire se la polvere proveniente da fonti lontane sta influenzando il microbioma del Wyoming. Potrebbe provenire dal Deserto Rosso o dall'Asia".