3-D-visning af Amazonas skove fanger virkningerne af El Nino-tørken

Tredimensionelle målinger af den centrale brasilianske Amazonas-regnskov har givet NASA-forskere et detaljeret indblik i det høje antal grenfald og trædødelighed, der opstår som reaktion på tørkeforhold. De fandt ud af, at 65 procent flere træer og store grene døde på grund af en El Niño-drevet tørke i 2015-2016 end sammenlignet med et gennemsnitsår. At forstå virkningerne af langvarig tørke giver forskerne en bedre fornemmelse af, hvad der kan ske med kulstof lagret i tropiske skove, hvis disse begivenheder bliver mere almindelige i fremtiden.

"Klimafremskrivninger for Amazonas-bassinet tyder på varmere og tørrere forhold i de kommende årtier, " sagde jordsystemforsker Doug Morton ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og en medforfatter til forskningen, der for nylig blev offentliggjort i Ny fytolog . "Tørkebegivenheder giver os et indblik i, hvordan tropiske skove kan reagere på en varmere verden."

Når det ikke regner i regnskoven, træer er mere udsat for at dø, fordi de ikke kan få nok vand fra jorden til deres baldakiner, som kan nå 15 til 20 etager højt. I en regnskov så stor som Amazonas, estimering af antallet af døende eller beskadigede træer, hvor kun grene kan falde, er ekstremt vanskelig og har været en langvarig udfordring.

Traditionelt, forskere vandrer ind og undersøger nogle få hektar træer for at måle levende træer og dødt affald på jorden. Morton og hans kolleger tog fugleperspektivet ved hjælp af lysdetektion og rækkevidde (LiDAR) teknologi monteret på et fly for at skabe en 3D-rekonstruktion af den samme skovkrone over tre separate flyvninger i 2013, 2014 og 2016. Med 300, 000 laserimpulser i sekundet, LiDAR-dataene giver en utrolig detaljeret afbildning af skoven over et meget større område, end de kunne dække til fods.

I Brasilien, forskerne fløj to 30-mile (50-kilometer) skår nær byen Santarém i delstaten Pará, den ene over Tapajós National Forest og den anden over privatejede skove, der er blevet fragmenteret af en række arealanvendelser. Denne region af Amazonas har typisk en tre-måneders tør sæson fra oktober til december, samme periode, hvor Stillehavets havoverfladetemperaturer topper under en El Niño-begivenhed. El Niño-forholdene er forbundet med en forsinkelse af starten af ​​regntiden i det centrale Amazonas, fører til en forlænget tørsæson, der stresser træerne.

Ved at analysere de tre undersøgelser, holdet brugte LiDAR-dataene til at opdage nye huller i baldakinen, hvor et træ eller en gren var faldet i månederne mellem observationerne. I ikke-El Niño-perioden fra 2013 til 2014, gren- og træfaldshændelserne ændrede 1,8 procent af skovens krone i undersøgelsesområdet, et lille tal på overfladen, men skaleret op til størrelsen af ​​hele Amazonas, det svarer til at miste kronetræer eller grene over 38, 000 kvadrat miles, eller området Kentucky. Træ- og grenedødeligheden var 65 procent højere under El Niño-tørkeperioden fra 2014 til 2016, eller 65, 000 kvadrat miles, på størrelse med Wisconsin. Små ændringer i Amazonas tilføjer.

"Fordi det er en stor skov, selv et subtilt skift i et El Niño-år har stor indflydelse på skovens samlede kulstofbudget, " sagde Morton, henviser til balancen mellem, hvor meget kuldioxid træer fjerner fra atmosfæren for at bygge deres stamme, grene, og blade, når de vokser i forhold til den mængde, der vender tilbage til atmosfæren, når træer dør og nedbrydes.

Overraskende nok, forskerne fandt ud af, at dødsfald for alle træstørrelser, samt antallet af mindre grenfald, steg med nogenlunde samme hastighed. Det betyder, at tørken ikke selektivt dræbte en større andel af høje træer end mindre træer, som man tidligere troede ud fra forsøg, der simulerede tørkeforhold i små parceller.

Det er gode nyheder for kulstofbudgettet, sagde Morton, "Store træer rummer det meste af kulstoffet i enhver skov. Hvis tørken fortrinsvis dræber store træer, det ville øge den samlede mængde kulstof, der går tabt fra tørke i modsætning til andre typer forstyrrelser, " han sagde.

Ikke desto mindre, store træer udgjorde stadig 80 procent af kulstoftabene. Og ikke kun af træerne selv, der dør. Når et kæmpe træ med en baldakin, der kan være 82 fod (25 meter) på tværs, falder i skoven, kan det tage mindre træer ud i underetagen.

For at forstå forholdet mellem hullerne set af det luftbårne LiDAR-system ovenfra og de mange lag af baldakin og undergulv nedenunder, Mortons kollega Veronika Leitold hos Goddard og et team af samarbejdende forskere ved Brazilian Agricultural Research Corporation og Federal University of Western Pará udførte feltmålinger under observerede huller i baldakinen for at måle det træagtige materiale, der var faldet til jorden. Denne omhyggelige indsats for at måle nedfældede grene og træer var afgørende for at estimere den samlede mængde kulstof, der går tabt, når træer eller grene falder i en høj, flerlags Amazonas regnskov.

"[Dette] er en af ​​de første undersøgelser, der brugte gentagne LiDAR under tørken og fik folk til at gå i marken og udføre alle målinger, " sagde økolog Paulo Brando ved Woods Hole Research Center i Falmouth, Massachusetts, og Amazon Environmental Research Institute i Brasilien, som ikke var involveret i undersøgelsen. "Denne kombination er ekstremt kraftfuld til at forstå ikke kun, hvad der sker, men hvorfor det sker, og hvorfor det ændrer sig under tørken." Han tilføjede, at to af de store spørgsmål inden for tropisk regnskovs økologi er, hvor meget tørke er for meget for skoven at modstå, og hvordan genopretter den sig? Svarene har store konsekvenser for fjernelsen af kuldioxid fra atmosfæren.

"Tørke er vigtige komponenter i det globale kulstofkredsløb ved at ændre træernes evne til at overleve, " sagde Brando. Hvis antallet af tilstedeværende træer falder i stor skala, der tilføjer en masse kuldioxid tilbage i atmosfæren for at bidrage til drivhusopvarmning, som kan fodre Amazonas cyklus, der ser flere tørker i fremtiden.