Un nuovo studio pilota condotto da un team interdisciplinare del DRI ha esposto campioni di sabbia pulita al fumo degli aghi e dei rami di pino di Jeffrey bruciati, quindi ha analizzato il tempo impiegato dalle gocce d'acqua poste sulla superficie di sabbia per essere assorbite, una misura dell'idrorepellenza. Dopo l'esposizione al fumo, le gocce d'acqua a volte sono rimaste sulla superficie della sabbia per più di 50 minuti senza assorbirsi. Credito:Vera Sambunova/DRI
Dopo un incendio, i terreni nelle aree bruciate spesso diventano idrorepellenti, portando a un aumento dell'erosione e delle inondazioni dopo gli eventi di pioggia, un fenomeno che molti scienziati hanno attribuito ai cambiamenti indotti dal fumo e dal calore nella chimica del suolo. Ma questa idrorepellenza post-incendio può anche essere causata dal fumo degli incendi in assenza di calore, secondo un nuovo documento del Desert Research Institute (DRI) in Nevada.
In questo studio pilota (ricerca esplorativa che ha luogo prima di uno studio su larga scala), un team interdisciplinare di scienziati guidati da Vera Samburova, Professore Associato di Ricerca DRI di Scienze Atmosferiche, dottorato di ricerca, campioni esposti di sabbia pulita al fumo di aghi e rami di pino Jeffrey bruciati nella camera di combustione del DRI, quindi ha analizzato il tempo impiegato dalle gocce d'acqua poste sulla superficie di sabbia per essere assorbite, una misura dell'idrorepellenza.
Lo studio pilota ha studiato gli effetti del fumo e del calore sull'idrorepellenza della sabbia, ed è stato il primo studio a incorporare anche un'analisi del fumo freddo. Negli esperimenti, la sabbia è stata utilizzata al posto del terreno perché poteva essere pulita a fondo e analizzata con precisione, e Jeffrey cerca una fonte di combustibile perché rappresenta un comune combustibile per incendi boschivi negli Stati Uniti occidentali.
Prima dell'esposizione al fumo di pino di Jeffrey, le gocce d'acqua poste sulla superficie dei campioni di sabbia sono state rapidamente assorbite. Ma dopo l'esposizione al fumo, i campioni di sabbia hanno mostrato un'idrorepellenza da grave a estrema, in alcuni casi trattenere le gocce d'acqua sulla superficie del suolo per più di 50 minuti senza assorbirle. Fa poca differenza se i campioni sono stati esposti o meno a calore e fumo, o solo fumo freddo.
camera di combustione DRI, nella foto qui, è un impianto specializzato che è stato progettato e costruito per la combustione aperta di combustibili solidi in condizioni controllate. In questo esperimento, è stato utilizzato per esporre campioni di sabbia pulita al fumo di pino Jeffrey. Attestazione:Kelsey Fitzgerald/DRI
"La spiegazione classica dell'idrorepellenza indotta dal fuoco è che è causata dal fumo che si diffonde in condizioni piuttosto calde e si deposita nel terreno, ma il nostro lavoro mostra che il fumo non deve essere caldo per trasformare la sabbia idrofoba, basta semplicemente la presenza delle sostanze chimiche nel fumo, " ha detto Samburova. "Questo è qualcosa che dobbiamo davvero approfondire, perché l'idrorepellenza del suolo porta ad un aumento delle inondazioni, erosione, e il deflusso superficiale".
Questo studio si basa su un lavoro precedentemente pubblicato dall'ex ricercatrice post-dottorato DRI Rose Shillito, dottorato di ricerca, (attualmente con il Corpo degli Ingegneri dell'Esercito degli Stati Uniti), Markus Berli, dottorato di ricerca, di DRI, e Teamrat Ghezzehei, dottorato di ricerca, dell'Università della California, Merce, in cui i ricercatori hanno sviluppato un modello analitico per mettere in relazione l'idrorepellenza del suolo con l'infiltrazione dell'acqua.
"Il nostro precedente articolo si concentrava su come il fuoco modifica le proprietà dei terreni, dal punto di vista idrologico, " ha detto Berli. "Nel nostro studio attuale, eravamo interessati a saperne di più sulla chimica dietro il processo di come i terreni diventano idrofobici. Stiamo unendo la geochimica e la geochimica organica con la fisica del suolo e l'idrologia per comprendere l'impatto dell'idrorepellenza indotta dal fuoco sull'idrologia".
Dopo un incendio, i terreni nelle aree bruciate spesso diventano idrorepellenti, portando a un aumento dell'erosione e delle inondazioni dopo gli eventi piovosi. La collina mostrata qui è bruciata nel Loyalton Fire della California durante l'agosto 2020. Credito:DRI
Il team del progetto sta ora lavorando a una proposta più ampia per indagare ulteriormente sulle questioni toccate da questo studio sui ruoli del calore e del fumo nell'idrorepellenza indotta dal fuoco. Tra l'altro, vorrebbero sapere quanto dura l'idrorepellenza del suolo dopo un incendio, e acquisire una migliore comprensione dei processi e dei meccanismi dettagliati attraverso i quali il fumo freddo colpisce il suolo.
È importante acquisire una conoscenza approfondita del processo che porta all'idrorepellenza del suolo indotta dal fuoco, perché e i manager hanno bisogno di queste informazioni per prevedere con precisione dove è probabile che i suoli siano idrofobici dopo un incendio, ha spiegato Berli.
Aghi e rami di pino Jeffrey bruciano all'interno della camera di combustione del DRI durante un nuovo studio che ha studiato gli effetti del fumo e del calore sull'idrorepellenza dei campioni di sabbia. Credito:Vera Sambunova/DRI.
"Ancora non capiamo veramente i processi che portano a questa idrorepellenza del suolo indotta dal fuoco, " disse Berli. "A seconda di ciò che troviamo, le misure per prevedere l'idrorepellenza indotta dal fuoco potrebbero essere diverse, e questo può avere un impatto significativo sul modo in cui possiamo prevedere e prevenire le inondazioni o le colate detritiche che si verificano dopo un incendio".
"Questo studio è stato un grande passo avanti, ma sottolinea l'importanza della ricerca futura su come gli incendi influenzano il suolo, perché gli incendi colpiscono migliaia e migliaia di chilometri quadrati di terreno ogni anno negli Stati Uniti occidentali, " Ha aggiunto Samburova. "Alcuni dei nostri obiettivi futuri sono scoprire come avviene esattamente questa idrorepellenza del suolo, dove succede, e quanto dura."
