Hvordan skovbrande ændrer jordens kemi

De enorme, langvarige naturbrande, der er blevet mere og mere almindelige i de senere år, kan forårsage ændringer i jordens kemi, der påvirker vandforurening, luftkvalitet og plantevækst. Men disse ændringer er dårligt overvåget og indgår sjældent i genopretningsindsats eller risikovurderinger efter brand, ifølge en review-undersøgelse offentliggjort 14. maj i Nature Reviews Earth &Environment .

Undersøgelsen, ledet af forskere fra Stanford University og Colorado State University, fandt ud af, at der er behov for bedre teknikker til at overvåge ændringer i jordbunden og de omkringliggende økosystemer. Denne forbedrede overvågning kunne informere beslutninger om, hvordan man behandler drikkevand fra afbrændte områder, understøtter genplantning og beskytter arbejdere mod toksiner under oprydning, genopbygning eller genopbygning.

"I vores undersøgelse blander vi organisk og uorganisk kemi sammen, hvorimod en masse brandforskning typisk kun vil overveje et emneområde," sagde jordbiogeokemiker Claudia Avila, der ledede undersøgelsen sammen med Alandra Lopez, Ph.D. '22, mens begge forskere var postdoktorale forskere i laboratoriet på Stanford Doerr School of Sustainability Professor Scott Fendorf.

"En bedre forståelse af de molekylære mekanismer i jord kan hjælpe med at forklare, for eksempel, hvorfor drikkevand fra et skovbrand-påvirket vandskel pludselig er mere giftigt, eller hvorfor en skov ikke kommer tilbage," sagde Colorado State University jordkemiker Thomas Borch , en seniorforfatter af undersøgelsen.

Klima og økosystempåvirkninger

Gennemgangen fremhæver beviser fra nyere undersøgelser, der tyder på, at naturbrande kan frigive mere planetopvarmende kuldioxid i atmosfæren end forventet. Trækulslignende rester af brændt træ og andre organiske materialer, kendt som sort kulstof, fanger muligvis ikke kuldioxid i lange perioder, som forskerne havde håbet.

"Kulstof, der er gået gennem skovbrande og bliver til sort kulstof, kan faktisk lettere blive til kuldioxid af mikrober end tidligere antaget," sagde Fendorf, Terry Huffington-professor ved Stanford.

"Fra et klimaperspektiv har vi stadig en dårlig forståelse af, hvor meget af det kulstof, der er tilbage efter en brand, har potentiale til at blive omdannet til drivhusgasser, såsom kuldioxid," sagde Borch, der arbejdede i Fendorfs laboratorium som en postdoc for 20 år siden.

Naturbrande kan have mange fordele for økosystemerne, bemærker forfatterne. Nogle brande kan øge kvælstoffet i jorden og øge vandopløseligheden af ​​jordens organiske kulstof, for eksempel, hvilket sætter scenen for genvækst. Genvinding afhænger dog af tilstedeværelsen af ​​andre kemikalier. For eksempel er visse typer organiske molekyler, der dannes i jorden under brande, nødvendige for at mange frø kan spire.

Hvis den lokale jordkemi og brandforhold ikke producerer nok af disse molekyler, kaldet karrikiner, kan genopbygningen hæmmes.

Anden forskning inkluderet i den nye anmeldelse har vist, at skovbrande kan fordoble jordkoncentrationen af ​​en gruppe giftige kemikalier kendt som polycykliske aromatiske kulbrinter, som kan fremkalde kemiske reaktioner, der hæmmer genplantning. Disse molekylære effekter kunne godt forklare mysteriet med store områder, hvor træer har kæmpet for at genetablere sig efter skovbrande i Rocky Mountains, sagde Borch.

Naturbrande kan også ændre de kemiske egenskaber af uorganiske materialer såsom metaller i jord. Ild kan ændre metallerne til farlige former, der let bevæger sig gennem miljøet og ender i luften eller nærliggende vand, forklarede forfatterne med henvisning til Fendorf og Lopez' egen nylige forskning.

Forskerne dokumenterede høje niveauer af en farlig form af metallet chrom på naturbrandsteder som følge af varmeinduceret transformation af naturligt forekommende, godartede former for chrom. På steder, hvor ekstremt varme, langvarige brande kogte jord til høje temperaturer i længere perioder, holdt krom ved i mange måneder indtil den næste store regnbegivenhed.

Anden forskning om chrom indikerer, at efter brande med lavere intensitet, kan rester af plante- og dyrevæv i jorden tillade den giftige form af chrom at vende tilbage til sin inerte form. Tilsammen illustrerer disse undersøgelser den bredere realitet, at naturbrands indvirkning på jordbundens kemi afhænger af ildens og landskabets indviklede natur, herunder brandvarighed og temperatur.

Forudsigelse og afbødning af risici for naturbrande

Bredere overvågning og modellering kunne danne grundlag for strategier til beskyttelse af liv, ejendom og naturressourcer samt beslutninger om forvaltning af vilde dyr. Avila giver et eksempel på, hvordan denne tilgang til informeret forvaltning kan hjælpe med at forhindre udvaskning af metaller til drikkevandsforsyninger.

"Ved at identificere et område, der har et stort potentiale for f.eks. kromfrigivelse, kan vi opfordre til foreskrevne forbrændinger med lavere intensitet og reducere potentialet for højintensive, toksinfrigørende brande," sagde Avila, som nu er assistent. professor i miljø- og havvidenskab ved University of San Diego.

"Hvis vi kan forstå kompleksiteten af ​​de sammenflettede processer, der sker både på den organiske og den uorganiske side, så hjælper det med at give os evnen til at forudsige resultater for forskellige brande, landskaber og geologiske forhold," sagde Fendorf.

Flere oplysninger: Alandra Marie Lopez et al., Molekylær indsigt og virkninger af naturbrand-inducerede jordkemiske ændringer, Nature Reviews Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43017-024-00548-8

Journaloplysninger: Naturanmeldelser Jord og miljø

Leveret af Stanford University