Uno studio dell'EPFL ha spinto gli scienziati a ripensare a un approccio standard utilizzato per calcolare la velocità di scambio di gas tra i torrenti di montagna e l'atmosfera. Le ricerche condotte nei corsi d'acqua di Vaud e del Vallese indicano che le equazioni utilizzate per prevedere lo scambio di gas sulla base dei dati provenienti dai corsi d'acqua di pianura inferiori alla velocità effettiva di scambio di gas nei torrenti di montagna in media di un fattore 100.

Questa scoperta, pubblicato in Geoscienze naturali , consentirà agli scienziati di sviluppare modelli più accurati del ruolo che i torrenti di montagna svolgono nei flussi biogeochimici globali. Considerando che più del 30% della superficie terrestre è ricoperta da montagne, le ramificazioni di questa scoperta sono considerevoli.

Lo studio è stato condotto presso lo Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory (SBER) dell'EPFL, all'interno della Facoltà di Architettura, Ingegneria Civile e Ambientale (ENAC).

Più turbolenza

Negli ecosistemi acquatici, come gli oceani del mondo, ruscelli e laghi, numerosi organismi acquatici, dai batteri ai pesci, respirano ossigeno ed emettono CO ₂ . Questi gas devono quindi essere continuamente "scambiati" dall'atmosfera all'acqua e viceversa. Poiché i ruscelli di montagna spesso scorrono su pendii ripidi e terreni accidentati, questo crea molta turbolenza e intrappola le bolle d'aria nell'acqua, che appaiono bianche (aka "acqua bianca").

Queste bolle accelerano lo scambio di gas. Sorprendentemente, lo stesso meccanismo è all'opera quando le onde incappucciate di bianco appaiono sulla superficie dei mari agitati. Fino ad ora, gli scienziati hanno ignorato il contributo delle bolle d'aria e hanno utilizzato lo stesso approccio per calcolare le velocità di scambio di gas nei torrenti di montagna rispetto ai calmi torrenti di pianura.

Calcoli più precisi

È intuitivo che il terreno accidentato influenzerebbe lo scambio di gas nei torrenti di montagna, ma nessuna prova è stata raccolta per testare questa ipotesi fino al 2016. È stato allora che i ricercatori dell'EPFL hanno installato più di 130 sensori ambientali nei torrenti di montagna nel Vaud e nel Vallese per studiare questo fenomeno fisico e i relativi flussi biogeochimici. Per misurare la velocità di scambio del gas nel modo più accurato possibile, uno degli scienziati SBER e primo autore dello studio, Ambra Ulset, aggiunto piccole quantità di argon come gas tracciante ai flussi. L'argon è un gas naturale innocuo per gli ecosistemi acquatici.

Utilizzando metodi analitici all'avanguardia in laboratorio, Amber Ulseth e colleghi sono stati in grado di quantificare la perdita di argon dall'acqua del torrente. Prossimo, hanno modellato la velocità di scambio del gas dalla perdita a valle del gas tracciante nell'acqua corrente. I loro risultati rivelano che la velocità di scambio di gas nei torrenti di montagna è in media 100 volte superiore a quella prevista dalle equazioni sviluppate da esperimenti simili con gas tracciante nei torrenti di pianura.

Principali implicazioni

"I nostri risultati hanno importanti implicazioni. Suggeriscono che abbiamo sottovalutato gli effetti di tutti i piccoli ma abbondanti torrenti di montagna nei nostri modelli biogeochimici. Questo apre una nuova strada di ricerca, "dice Tom Battin, Direttore di SBER e coautore dello studio. Il suo laboratorio sta già esaminando le estensioni di questa ricerca, come lo sviluppo di un nuovo modello per prevedere la CO ₂ emissioni dei torrenti di montagna in tutto il mondo.