I limiti degli alberi stanno aumentando in tutto il mondo a causa del riscaldamento globale. A seconda della regione, crescono tra i 10 e i 100 metri all'anno, portando le foreste sempre più vicine ai laghi d'alta quota e ad alta latitudine. Ciò avrà senza dubbio un impatto su entrambi gli ecosistemi.

Per la prima volta un team di scienziati ha esaminato da vicino quali potrebbero essere le possibili conseguenze a livello molecolare. I loro risultati, pubblicati di recente su Nature Communications , suggeriscono che l'innalzamento dei limiti degli alberi potrebbe influenzare la materia organica disciolta (DOM) nei laghi ad alta e alta latitudine e alterare la composizione biogeochimica dell'acqua del lago.

Nello specifico, gli scienziati hanno osservato che i batteri naturali esposti a questo nuovo carbonio potrebbero diventare meno efficaci nella produzione di biomassa, creando una potenziale fonte di emissioni di gas serra. Questa scoperta è particolarmente importante date le migliaia di laghi simili presenti sul nostro pianeta.

Il carbonio organico del suolo è composto in modo diverso a seconda che si trovi in ​​una prateria alpina o in una foresta. Fino ad ora, gli scienziati non erano sicuri di come avrebbe reagito il carbonio organico contenuto nel suolo una volta penetrato nei laghi alpini e subartici.

Questi laghi contengono già piccole quantità di DOM, che svolge un ruolo vitale come risorsa per i batteri naturali. Ma man mano che il limite del bosco avanza, la composizione del terreno che circonda i laghi cambierà e quando piove o quando la neve si scioglie, il carbonio organico contenuto nel terreno verrà trasportato nei laghi.

Questo è il processo studiato dal gruppo di ricerca, incluso Hannes Peter dell'EPFL. Peter è ecologo e biogeochimico presso il Laboratorio degli ecosistemi fluviali (RIVER) dell'EPFL, parte del centro di ricerca ALPOLE sugli ambienti alpini e polari a Sion.

Laghi della Finlandia settentrionale e delle Alpi austriache

I batteri lacustri generalmente rispondono al DOM in due modi:o se ne nutrono e crescono per produrre la biomassa che costituisce la base della catena alimentare; oppure lo elaborano in modo inefficiente e lo respirano come CO₂ . Per studiare questi meccanismi più da vicino, i ricercatori hanno effettuato esperimenti sul campo in un lago ad alta latitudine nel nord della Finlandia e in uno ad alta quota in Austria, e li hanno abbinati ad esperimenti e analisi di laboratorio.

"Il nostro piano era quello di esporre i batteri lacustri al carbonio organico proveniente da diversi tipi di terreno", afferma Peter. "Abbiamo raccolto campioni di acqua del lago e aggiunto DOM derivato dal suolo sia sopra che sotto il limite del bosco, quindi abbiamo osservato la risposta dei batteri.

"Volevamo sapere se avrebbero prodotto più biomassa o invece avrebbero rilasciato CO₂ . La risposta è stata che, quando esposti al DOM derivato dal suolo, al di sotto del limite del bosco, i batteri emettevano più CO₂ ."

Risoluzione delle singole molecole di carbonio

Per condurre le analisi, il team ha utilizzato uno strumento sofisticato e di alta precisione installato presso un'università partner in Germania. Con questo strumento sono stati in grado di esaminare ciascuna molecola DOM individualmente.

"La tecnologia avanzata e i sistemi ad alte prestazioni ora disponibili per l'analisi del carbonio ci permettono di vedere all'interno della 'scatola nera'", afferma Peter. "Abbiamo identificato oltre 2.500 molecole contenute nel DOM e siamo riusciti a capire quali i batteri metabolizzavano più velocemente.

"Abbiamo studiato anche l'intero processo di decomposizione. Così siamo riusciti a concludere che i batteri nei laghi alpini possono emettere più CO₂ quando il limite del bosco si alza."

Prosegue spiegando che le conseguenze potrebbero essere significative. "Il nostro studio è stato solo il primo passo. Abbiamo esaminato solo l'efficienza dei batteri nel gestire il DOM. Sono necessarie ulteriori ricerche per determinare in che modo il carbonio aggiuntivo influenzerà l'ambiente. Ma ciò che è affascinante dei batteri è la velocità con cui riescono ad adattarsi all'ambiente. condizioni mutevoli."

Mappatura dell'espansione delle foreste alpine in Svizzera

Anche un altro gruppo di scienziati del centro di ricerca ALPOLE dell'EPFL sta studiando gli effetti dello spostamento dei limiti del bosco. Thien-Anh Nguyen, un dottorato di ricerca. studentessa presso l'Environmental Computational Science and Earth Observation Laboratory (ECEO) e i suoi colleghi hanno sviluppato un programma basato sull'intelligenza artificiale che mappa l'espansione delle foreste nelle Alpi svizzere in un periodo di 80 anni.

Il programma è disponibile in open source e mostra chiaramente come il limite del bosco si è spostato verso quote più elevate nelle Alpi vodesi e vallesane.

Nguyen e i suoi colleghi hanno addestrato i loro algoritmi utilizzando migliaia di fotografie scattate tra il 1946 e il 2020 e fornite dall’Ufficio federale di topografia. La sfida era addestrare gli algoritmi in modo efficace nonostante l'ampia gamma di qualità e risoluzione delle immagini contenute nel set di dati.

Il programma illustra la rapidità con cui si sta verificando il cambiamento, principalmente a causa delle temperature più elevate e dell'abbandono dei terreni agricoli, e verrà utilizzato per quantificare l'effetto di questi due fattori.

Lo studio di Nguyen, pubblicato su Remote Sensing of Environment , è il primo a mappare la progressione del limite del bosco alpino su una scala così ampia e a un livello così granulare.