Le misurazioni tridimensionali della foresta pluviale amazzonica brasiliana centrale hanno fornito ai ricercatori della NASA una finestra dettagliata sull'elevato numero di cadute di rami e sulla mortalità degli alberi che si verificano in risposta alle condizioni di siccità. Hanno scoperto che il 65% in più di alberi e rami di grandi dimensioni è morto a causa di una siccità causata da El Niño nel 2015-2016 rispetto a un anno medio. Comprendere gli effetti della siccità prolungata dà agli scienziati un'idea migliore di cosa potrebbe accadere al carbonio immagazzinato nelle foreste tropicali se questi eventi dovessero diventare più comuni in futuro.

"Le proiezioni climatiche per il bacino amazzonico suggeriscono condizioni più calde e più secche nei prossimi decenni, " ha detto lo scienziato del sistema terrestre Doug Morton al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e coautore della ricerca recentemente pubblicata su Nuovo Fitologo . "Gli eventi di siccità ci danno un'anteprima di come le foreste tropicali possono reagire a un mondo più caldo".

Quando non piove nella foresta pluviale, gli alberi sono più a rischio di morire perché non riescono a portare abbastanza acqua dal suolo alle loro chiome, che può raggiungere i 15-20 piani di altezza. In una foresta pluviale vasta come l'Amazzonia, stimare il numero di alberi morti o danneggiati, dove possono cadere solo rami, è estremamente difficile ed è stata una sfida di lunga data.

Tradizionalmente, i ricercatori fanno un'escursione e ispezionano alcuni acri di alberi per misurare alberi vivi e detriti morti sul terreno. Morton e i suoi colleghi hanno preso la prospettiva a volo d'uccello utilizzando la tecnologia di rilevamento della luce e raggio (LiDAR) montata su un aeroplano per creare una ricostruzione 3D della stessa chioma forestale su tre voli separati nel 2013, 2014 e 2016. Con 300, 000 impulsi laser al secondo, i dati LiDAR forniscono una rappresentazione incredibilmente dettagliata della foresta su un'area molto più ampia di quella che potrebbero coprire a piedi.

In Brasile, i ricercatori hanno volato su due andane di 30 miglia (50 chilometri) vicino alla città di Santarém, nello stato del Pará, uno sulla foresta nazionale di Tapajós e l'altro su foreste di proprietà privata che sono state frammentate da una serie di usi del suolo. Questa regione dell'Amazzonia ha in genere una stagione secca di tre mesi da ottobre a dicembre, lo stesso periodo in cui le temperature della superficie del mare dell'Oceano Pacifico raggiungono il picco durante un evento di El Niño. Le condizioni di El Niño sono associate a un ritardo nell'inizio della stagione delle piogge nell'Amazzonia centrale, portando a una stagione secca prolungata che stressa gli alberi.

Analizzando i tre sondaggi, il team ha utilizzato i dati LiDAR per rilevare nuove lacune nella chioma dove un albero o un ramo era caduto nei mesi tra le osservazioni. Durante il periodo non El Niño dal 2013 al 2014, gli eventi di caduta di rami e alberi hanno alterato l'1,8% della chioma forestale nell'area di studio, un piccolo numero in superficie ma scalato fino alle dimensioni dell'intera Amazzonia, è l'equivalente di perdere alberi a baldacchino o rami oltre i 38, 000 miglia quadrate, o la zona del Kentucky. La mortalità di alberi e rami è stata superiore del 65% durante il periodo di siccità di El Niño dal 2014 al 2016, o 65, 000 miglia quadrate, le dimensioni del Wisconsin. Piccoli cambiamenti nell'Amazzonia si sommano.

"Perché è una grande foresta, anche un sottile cambiamento in un anno di El Niño ha un grande impatto sul bilancio totale del carbonio della foresta, "disse Morton, riferendosi all'equilibrio tra la quantità di anidride carbonica che gli alberi sottraggono all'atmosfera per costruire il loro tronco, rami, e foglie mentre crescono rispetto alla quantità che ritorna nell'atmosfera quando gli alberi muoiono e si decompongono.

Sorprendentemente, gli scienziati hanno scoperto che le morti per alberi di tutte le dimensioni, così come il numero di cadute di rami più piccoli, aumentato più o meno alla stessa velocità. Ciò significa che la siccità non ha ucciso selettivamente una proporzione maggiore di alberi ad alto fusto rispetto agli alberi più piccoli, come si pensava in precedenza da esperimenti che simulavano condizioni di siccità in piccoli appezzamenti.

Questa è una buona notizia per il bilancio del carbonio, disse Morton, "I grandi alberi trattengono la maggior parte del carbonio in qualsiasi foresta. Se la siccità uccidesse preferenzialmente alberi di grandi dimensioni, aumenterebbe la quantità totale di carbonio persa dalla siccità rispetto ad altri tipi di disturbo, " Egli ha detto.

Comunque, i grandi alberi rappresentavano ancora l'80% delle perdite di carbonio. E non solo dagli alberi stessi che muoiono. Quando un albero gigante con un baldacchino che può essere largo 82 piedi (25 metri) cade nella foresta, può distruggere alberi più piccoli nel sottobosco.

Per comprendere la relazione tra le lacune viste dal sistema LiDAR aereo dall'alto e i molteplici strati di chioma e sottobosco sottostanti, La collega di Morton Veronika Leitold a Goddard e un team di scienziati che collaborano presso la Società brasiliana di ricerca agricola e l'Università federale del Pará occidentale hanno condotto misurazioni sul campo sotto le lacune osservate nella chioma per misurare il materiale legnoso caduto a terra. Questo sforzo scrupoloso per misurare rami e alberi abbattuti era essenziale per stimare la quantità totale di carbonio perso quando alberi o rami cadono in un alto, foresta pluviale amazzonica multistrato.

"[Questo] è uno dei primi studi a utilizzare il LiDAR ripetuto durante la siccità e invitare le persone a entrare nel campo e condurre tutte le misurazioni, " ha detto l'ecologo Paulo Brando al Woods Hole Research Center di Falmouth, Massachusetts, e l'Amazzonia Environmental Research Institute in Brasile, che non è stato coinvolto nello studio. "Questa combinazione è estremamente potente per capire non solo cosa sta succedendo, ma perché sta succedendo, e perché sta cambiando durante la siccità." Ha aggiunto che due delle grandi domande nel campo dell'ecologia della foresta pluviale tropicale sono quanta siccità è troppo da sopportare per la foresta e come si riprende? Le risposte hanno grandi implicazioni per la rimozione di anidride carbonica dall'atmosfera.

"La siccità è una componente importante del ciclo globale del carbonio poiché modifica la capacità degli alberi di sopravvivere, " disse Brando. Se il numero di alberi presenti diminuisce su larga scala, che si aggiunge a una grande quantità di anidride carbonica rimasta nell'atmosfera per contribuire al riscaldamento dell'effetto serra, che può alimentare il ciclo dell'Amazzonia vedendo più siccità in futuro.