La vegetazione svolge un ruolo fondamentale nel regolare la percentuale di precipitazioni che raggiungono il suolo per nutrire gli apparati radicali delle piante sia nella chioma che nel sottobosco, sostenendo di conseguenza la sopravvivenza dell'intero ecosistema forestale. L'acqua arriva al suolo attraverso molteplici meccanismi, tra cui il flusso passante (l'acqua che cade direttamente attraverso la chioma) o il flusso dallo stelo (l'acqua che scorre lungo gli steli e i tronchi), mentre una parte viene intercettata dalle foglie della chioma e non raggiunge il livello del suolo.
Nuova ricerca, pubblicata su Water Resources Research , si è concentrato sui punti di scorrimento, luoghi in cui l'acqua che scorre sotto i rami si stacca. Questi si distinguono dalle grandi gocce che cadono dalle foglie, conosciute come punti di gocciolamento.
Un punto di scorrimento si forma quando le gocce di pioggia, inizialmente intercettate dalle foglie o dalla metà superiore del ramo, scorrono verso la parte inferiore dei rami, si uniscono con altre goccioline per formare un rivolo, ma cadono prima di diventare parte del flusso dello stelo.
Il distacco del rivolo può avvenire dove convergono più rami oppure dove un singolo ramo cambia angolazione, portando ad un punto di scorrimento. Questi sono importanti poiché aumentano considerevolmente l'acqua ricevuta dalla chioma al suolo della foresta in punti fissi, favorendo così una maggiore infiltrazione dell'acqua nel terreno.
Il volume d'acqua ricevuto nei punti di scorrimento è influenzato da una serie di fattori, come la struttura dei rami, la superficie fogliare (foliazione) e il volume delle precipitazioni. Le gocce d'acqua più grandi che si formano in questi punti hanno più energia cinetica rispetto alle normali precipitazioni, il che significa che creano avvallamenti più pronunciati nel terreno al momento dell'impatto, aumentando così l'efficienza dell'infiltrazione.
Ashvanth Kunadi, un Ph.D., indagando sui boschi di Banksia nell'Australia occidentale. ricercatore presso l’Università dell’Australia Occidentale, e colleghi hanno combinato dati sul campo con esperimenti di simulazione delle precipitazioni per determinare il ruolo dei punti di scorrimento nei boschi che ricevono precipitazioni limitate, simili a quelle di altre regioni del Mediterraneo (estati calde e secche e inverni miti e umidi). In effetti, caratteristiche di questo studio sono state osservate anche su fichi, faggi americani e querce.
Ashvanth, spiegando che l'interesse iniziale per l'argomento era arrivato mentre era seduto sotto un albero di fico durante un acquazzone, notò che l'acqua che scorreva sotto un ramo "si staccava continuamente a un certo punto e la pozzanghera sotto quel punto cresceva".
"Ciò ha suscitato il mio interesse. C'è una carenza d'acqua nel sud-ovest dell'Australia occidentale e facciamo molto affidamento sulle acque sotterranee. Se gli alberi, invece di limitarsi a fermare la pioggia, incanalassero effettivamente più acqua verso il terreno sottostante, allora la nostra concezione del loro l'impatto cambierebbe radicalmente."
Descrivendo ulteriormente il significato di questa ricerca, Ashvanth ha continuato:"Direi che la quantità e la distribuzione spaziale della pioggia che cade dal cielo è fondamentalmente alterata dalla presenza di una chioma arborea. Non abbiamo una buona comprensione di 1) dove andrà a finire un certo volume d'acqua e 2) perché i punti di scorrimento sono una via per comprendere il flusso dell'acqua su un albero.
"A parte questa grande ambizione, le aree in cui i flussi di pioggia sono concentrati (come nei punti di scorrimento) 1) creano punti caldi biologici (l'acqua è una precondizione per la vita), 2) delimitano siti di infiltrazione maggiore e più profonda, e 3) possono rappresentare un una percentuale significativa del flusso complessivo di pioggia che raggiunge il suolo (quindi, se ignori il flusso, sottostimi la quantità di acqua che il tuo sistema riceve e l'errore si propaga ulteriormente nell'analisi)."
Il team ha posizionato i pluviometri al di sotto di 16 sospetti punti di scorrimento delle due specie codominanti di banksia nei boschi:Banksia menziesii e Banksia attenuata, e altri sei sotto i rami in cui non erano soddisfatte le condizioni per creare un punto di scorrimento (test "negativo"), oltre un periodo di due anni. Inoltre, cinque rami di Banksia menziesii (quattro con sospetti punti di scorrimento e uno "negativo") sono stati studiati in condizioni controllate in una configurazione di simulazione delle precipitazioni.
Questa configurazione di simulazione delle precipitazioni si è rivelata particolarmente impegnativa per mantenere tutte le variabili, come rivela Ashvanth:"C'erano così tante cose di cui tenere traccia:l'angolo del ramo è stabile, il ramo oscilla, c'è abbastanza acqua nel simulatore di pioggia, è la pressione costante, ho scattato foto e video di fenomeni interessanti, ho defogliato adeguatamente le foglie?
"Inoltre, i rami non sono stati progettati per essere tagliati dal tronco, quindi, se c'è il sole, è meglio che il ramo sia bagnato altrimenti è morto. Di conseguenza, dalle 8:00 alle 22:00 circa, farei solo simulazioni di pioggia … è stato assolutamente pazzesco ma ne è valsa la pena."
Le foglie di Banksia hanno un'ampia superficie, un'elevata rigidità e un angolo che facilita la canalizzazione dell'acqua sugli steli, anziché gocciolare dalle foglie. Hanno scoperto che la raccolta della pioggia dai punti di scorrimento era da 1,5 a 15 volte quella delle precipitazioni circostanti e delle precipitazioni, ed era solitamente maggiore del deflusso dal tronco.
Dagli esperimenti di simulazione delle precipitazioni, gli scienziati hanno determinato che un ramo con un'elevata copertura fogliare sperimentava un maggiore flusso d'acqua nel punto di scorrimento. Questo flusso era meno sensibile ai cambiamenti nell'angolo del ramo. I flussi provenienti da un ramo completamente foliato sembravano insensibili al cambiamento dell'angolo, ma quando un terzo delle foglie veniva rimosso, la ripartizione dell'acqua tra il flusso dello stelo e i punti di scorrimento veniva influenzata in modo significativo dai cambiamenti nell'angolo del ramo.
Sebbene in questo esperimento non sia stato trovato alcun angolo di diramazione ottimale conclusivo per l'inizio del punto di scorrimento, Ashvanth rivela che si tratta di un lavoro in corso per il gruppo di ricerca. "Uno dei punti di prova negativi, dove pensavamo che fossero presenti le condizioni necessarie e non sufficienti, presentava una variazione dell'angolo di diramazione davvero piccola (~ <5°). Ma questo era sufficiente a causare un punto di scorrimento. Tuttavia, ciò non significa alcun Il cambiamento di 5° causerà un punto di scorrimento.
"Stiamo attualmente lavorando su un altro articolo in cui eseguiamo esperimenti idealizzati per rispondere a questa domanda esatta. Abbiamo utilizzato un tubo in PVC per rimuovere l'eterogeneità presente sulla superficie dei rami naturali e poi abbiamo fatto scorrere l'acqua sulla sua superficie per vedere cosa succede. Là c'è anche un sacco di interessanti sviluppi teorici, quindi tieni gli occhi aperti."
Misurando il contenuto di acqua del suolo direttamente sotto i punti di scorrimento, il gruppo di ricerca ha scoperto che qui il 20-30% del volume delle precipitazioni stagionali si è infiltrato fino a una profondità di 1 m, rispetto ad appena il 5% nelle aree di test di controllo lontane dai punti di scorrimento. Ciò rende i punti di scorrimento zone importanti per la ricarica e lo stoccaggio delle acque sotterranee nell'ecosistema forestale, sebbene nel sito di studio sia stato identificato un punto di scorrimento ogni ~30 m 2 , corrispondente alla distribuzione degli alberi di Banksia, essendo in media un punto di scorrimento per albero.
Questo particolare sito di studio nell'Australia occidentale è importante poiché sovrasta un'importante fonte di acque sotterranee che rifornisce la popolazione di Perth. Pertanto, la capacità dei punti di scorrimento di ricaricare potenzialmente le riserve di acqua sotterranea in questo sito (e in altri tramite altri alberi a livello globale) è vitale per supportare la gestione delle risorse idriche sia per le foreste che per l'umanità.
"Come specie, cerchiamo continuamente di comprendere meglio noi stessi e il mondo naturale che ci circonda", conclude Ashvanth.
"Concettualizziamo la nostra comprensione del mondo come sistemi, e questi sistemi sono necessarie semplificazioni del mondo infinitamente complesso. Uno di questi sistemi è il ciclo dell'acqua, e l'intercettazione crediamo sia potenzialmente la parte meno compresa del ciclo dell'acqua. Se possiamo prevedere e comprendere il comportamento dei punti di scorrimento, possiamo avvicinarci alla comprensione del flusso d'acqua sugli alberi in modo da avere una migliore concezione del sistema di intercettazione e, in definitiva, del ciclo dell'acqua terrestre."
Ulteriori informazioni: Ashvath S. Kunadi et al, Presentazione dei punti di scorrimento:caratteristiche e significato idrologico di un meccanismo di concentrazione delle precipitazioni in un ecosistema boschivo limitato dall'acqua, Ricerca sulle risorse idriche (2024). DOI:10.1029/2023WR035458
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