Il modo in cui le foreste rispondono agli elevati livelli di azoto dell'inquinamento atmosferico non è sempre lo stesso. Mentre una foresta filtra l'azoto come previsto, una percentuale più alta di quanto visto in precedenza sta lasciando di nuovo il sistema come il potente protossido di azoto gas serra, dicono i ricercatori.

"Penso che ciò che abbiamo descritto sia un nuovo esempio di come le foreste rispondano agli input atmosferici elevati, " ha detto Jason Kaye, professore di biogeochimica alla Penn State.

Le foreste fungono da importanti filtri di azoto dall'inquinamento atmosferico come la combustione di combustibili fossili, tamponando il nutrimento dal defluire nei corsi d'acqua e causare danni ambientali.

"Nel passato, gli scienziati hanno definito un numero limitato di modi in cui le foreste potrebbero rispondere mentre accumulano nuovi input di azoto dall'inquinamento atmosferico, " ha detto Kaye. "Vediamo un sacco di azoto in arrivo, ma sembra partire come un gas, e questa è una nuova svolta nella nostra comprensione di come le foreste risponderanno all'inquinamento atmosferico".

Precedenti studi hanno scoperto che le foreste assorbono fino al 90% dell'azoto che cade dall'atmosfera con la pioggia. Quando le foreste si saturano, l'azoto aggiuntivo non viene assorbito con la stessa efficacia e viene trasportato a valle verso i torrenti, dove può lasciare il sistema e contribuire all'inquinamento delle acque.

Parte dell'azoto viene consumato anche dai microbi che si trovano nell'umido, suoli poveri di ossigeno vicino a corsi d'acqua e zone umide, e viene trasformato nel gas serra protossido di azoto, che alla fine ritorna nell'atmosfera.

Nel nuovo studio, recentemente pubblicato in Journal of Geophysical Research:Biogeosciences , i ricercatori hanno scoperto che la foresta stava assorbendo più della metà dell'azoto dall'inquinamento atmosferico, ma che la produzione di protossido di azoto avviene a una velocità maggiore del previsto, e in porzioni montane dello spartiacque non precedentemente studiate. La produzione di protossido di azoto di montagna è stata una delle più alte emissioni di azoto nel sistema.

"Spostandosi in zone montuose più lontane dal torrente, non ti aspetti che sia così bagnato, " ha detto Julie Weitzman, un ricercatore post-dottorato presso il CUNY Advanced Science Research Center e il Cary Institute of Ecosystem Studies. "Ma conoscendo l'idrologia della zona, soprattutto lo swale e il medio pendio con terreno profondo, può sicuramente diventare saturato dal deflusso dalle creste e dal flusso convergente che si sposta verso aree concave".

I ricercatori hanno affermato che il budget di azoto che hanno sviluppato potrebbe portare a una migliore comprensione di come i grandi paesaggi, come le foreste del nordest degli Stati Uniti, risponderà all'aumento dei livelli di azoto nell'atmosfera.

"Vogliamo essere in grado di prevedere come gli ecosistemi forestali tampono i flussi dall'inquinamento atmosferico, " Kaye ha detto. "Vogliamo essere in grado di proiettarlo nel futuro in molti scenari diversi. Penso che questo lavoro suggerisca che abbiamo davvero bisogno di pensare ai controlli sulle perdite di azoto dagli altopiani mentre costruiamo questa comprensione".

Lo studio è anche uno dei primi a creare un budget di azoto che includa gli input dall'erosione delle rocce. I ricercatori hanno affermato che circa il 10% degli apporti annuali di azoto proviene dall'erosione delle rocce. Poiché il substrato roccioso di scisto è diffuso sulla superficie terrestre, l'erosione delle rocce rappresenta una parte importante del bilancio dell'azoto che è mancato da studi precedenti, hanno detto i ricercatori.

Weitzman, chi è l'autore principale dell'articolo, ha condotto la ricerca mentre era uno studente laureato alla Penn State. Ha raccolto campioni sul campo per due anni dal vicino osservatorio della zona critica di Susquehanna Shale Hills, parte di una rete finanziata dalla National Science Foundation che promuove la ricerca interdisciplinare sulla scienza della superficie terrestre.

Susan Brantley, illustre professore di geoscienze presso il College of Earth and Mineral Sciences e direttore dell'Earth and Environmental Systems Institute della Penn State, è investigatore principale del progetto Shale Hills CZO.

"Il CZO è unico in quanto ci sono così tanti diversi collaboratori là fuori che guardano a diversi aspetti della zona critica, " Weitzman ha detto. "C'erano molti dati e molte persone che esaminavano aspetti diversi. Non devi uscire e cercare di affrontare ogni minimo aspetto del budget di azoto da solo. Abbiamo messo insieme questo budget con alcune informazioni fornite da tutti coloro che hanno lavorato là fuori".

Il CZO dispone di due siti boschivi vicino al Shaver's Creek Environmental Center nella contea di Huntingdon. Il progetto si è recentemente ampliato per includere un sito agricolo di proprietà di Herbert Cole, professore emerito presso la Facoltà di Scienze Agrarie.

"Stiamo accumulando questi bacini idrografici che ci aiutano a prevedere cosa sta succedendo a Shaver's Creek, " Kaye ha detto. "Abbiamo una comprensione del bacino boscoso. L'acqua scorre lungo i paesaggi agricoli, e dobbiamo adottare lo stesso approccio al budget dell'azoto e applicarlo a Cole Farm e vedere cosa impariamo lì".