's Werelds kustecosystemen - gebieden zoals kwelders en mangrovebossen - hebben het potentieel om grote hoeveelheden koolstof op te slaan en vast te leggen, gezamenlijk bekend als blauwe koolstof.

Voormalig president Barack Obama maakte in 2014 van onderzoek naar het begrijpen van de koolstofdynamiek in deze kustecosystemen een prioriteit vanwege hun belang voor de wereldwijde koolstofcyclus.

Ondanks hun rol als potentiële putten - of opslagplaatsen - van koolstof, het is nog steeds onduidelijk hoe verschillende biofysische processen de koolstofdynamiek in deze ecosystemen beïnvloeden.

Met behulp van fondsen van zijn onlangs toegekende National Science Foundation Faculty Early Career Development Award, Rodrigo Vargas van de Universiteit van Delaware zal een openluchtlaboratorium opzetten in het St. Jones Reserve, dat een onderdeel is van de Delaware National Estuarine Research Reserve (DNERR) en onderdeel van de National Estuariene Research Reserves (NERR). Zijn onderzoeksinspanningen zullen bijdragen aan een beter begrip van verticale en laterale koolstoffluxen - de hoeveelheid koolstof die wordt uitgewisseld tussen het land en de atmosfeer, en de hoeveelheid koolstof die wordt uitgewisseld tussen het land en de kustoceaan - in getijdengebieden aan de kust.

Via de prestigieuze NSF Career Award, Vargas, universitair hoofddocent bij de afdeling Plant- en Bodemwetenschappen van het UD's College of Agriculture and Natural Resources (CANR), zal ook werken aan empowerment van studenten uit minderheden door ze te integreren in onderzoek, educatieve en outreachende activiteiten, en zal het sociaal kapitaal vergroten door het netwerk van studenten te versterken, wetenschappelijke professionals en onderzoekers in kwelders in Delaware en daarbuiten.

Verticale en laterale fluxen

Verticale koolstofstromen hebben betrekking op de hoeveelheid koolstof die van de grond naar de atmosfeer of van de atmosfeer naar het ecosysteem gaat en wordt geschat door de fluxen van koolstofdioxide (CO2) en methaan (CH4) te meten, twee belangrijke broeikasgassen.

"De netto-uitwisseling van CO2 tussen de atmosfeer en het landoppervlak wordt de netto-ecosysteemuitwisseling genoemd, "Zei Vargas. "Als de netto-ecosysteemuitwisseling negatief is, het betekent dat CO2 wordt opgenomen door het ecosysteem. Als het positief is, het betekent dat er CO2 vrijkomt in de atmosfeer, en de manier waarop we dat kwantificeren is met de eddy covariantietechniek die de uitwisseling van massa en energie tussen de atmosfeer en het landoppervlak meet."

Op deze specifieke site, de onderzoekers meten de uitwisseling van CO2 en CH4 tussen het ecosysteem en de atmosfeer met behulp van de eerste eddy covariantietoren die sinds 2015 in de staat Delaware is gevestigd. De oprichting van deze toren werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies die Vargas ontving van Delaware's National Aeronautics and Space Administration Opgezet programma om competitief onderzoek te stimuleren (NASA-EPSCOR), de kustprogramma's van Delaware (DCP), en een CANR-seedbeurs.

De toren maakt deel uit van het AmeriFlux netwerk, een consortium van wetenschappers die een netwerk gebruiken om te werken met de eddy covariantietechniek, het meten van fluxen van CO2 en CH4 op meerdere locaties in Amerika.

Naast de verticale fluxen, Vargas legde uit dat het ook belangrijk is om rekening te houden met laterale fluxen in kwelders, ook.

Omdat ze zich in de overgang tussen land en oceaan bevinden - het terrestrisch-aquatische raakvlak - is de uitdaging voor kwelders dat hun biogeochemie ook wordt beïnvloed door getijden, die materie en energie naar binnen brengen als ze opstijgen. Als de getijden zich terugtrekken, ze halen materie en energie eruit, wat het zeer uitdagend maakt om de koolstofcyclus van deze ecosystemen te begrijpen.

"Recente studies hebben aangetoond dat er een substantiële laterale koolstofexport is van deze ecosystemen naar de kustoceaan en dat is iets dat we ook graag zouden willen begrijpen, "Zei Vargas. "Het is een zeer grote uitdaging en we beginnen studies met het overkoepelende doel om te begrijpen hoe verschillende biofysische factoren verticale en laterale koolstoffluxen in getijdenkwelders reguleren."

Camera's op afstand

De site is ook uitgerust met digitale camera's die automatische foto's van het ecosysteem kunnen maken om plantenfenologie te bestuderen. Plantenfenologie geeft informatie over de periodieke levenscycli van planten, zoals bloei of het tijdstip van uitbladeren. De beelden zijn in kleur en ook in infrarood gemaakt, waardoor de onderzoekers de vergroening van het ecosysteem kunnen zien. Die informatie wordt gebruikt om de koolstofdynamiek van ecosystemen te begrijpen op basis van herhaalde fotografie, ook wel near-surface remote sensing genoemd.

"Je kunt de groenheidsindex zien om te kwantificeren hoe groen het ecosysteem is en het piekte medio augustus van dit jaar, en dan verlies je die vergroening als onderdeel van de jaarlijkse vegetatiecyclus. Het is ook een fantastische kans voor burgerwetenschap en outreach, ' zei Vargas.

De digitale camera vertelt de onderzoekers niet alleen over de vergroening van de site, maar ook over gebeurtenissen die ze anders misschien niet hadden kunnen onderzoeken, zoals bij grote overstromingen in 2015 en 2016.

"Eén overstroming werd veroorzaakt door de golf van orkaan Joaquin, ' zei Vargas. 'Met de camera's, we konden monitoren hoe hoog en uitgebreid het waterpeil was. in 2016, we hadden weer een overstroming, maar deze overstroming was niet het gevolg van oceaanstormen, het was vanwege een binnenstorm die water door de St. Jones-rivier voerde en onze site overstroomde."

Alle afbeeldingen zijn in realtime online beschikbaar als onderdeel van het PhenoCam-netwerk om de transparantie en het delen van gegevens tussen de bredere wetenschappelijke gemeenschap te helpen verbeteren.

Educatieve component

Vargas zal de prijs ook gebruiken om leerlingen van het achtste leerjaar - die gewoonlijk leren over de koolstofcyclus via hun lesprogramma - een kans te geven om een ​​praktische leerervaring op te doen met betrekking tot koolstof.

Vargas is van plan om samen te werken met professionals bij DNREC en de St. Jones Reserve, evenals met Amy Trauth-Nare, senior associate director van UD's Professional and Continuing Studies, om een ​​module te ontwikkelen met behulp van fenomenengestuurde instructie - of plaatsgebonden instructie, zoals leren in het St. Jones Reserve - om specifiek onderwerpen aan te pakken over koolstof- en energie-uitwisseling in ecosystemen.

In aanvulling, Vargas wil kansen creëren voor niet-gegradueerde minderheidsstudenten die deelnemen aan UD's Associate in Arts Program (AAP), academisch succes in de wetenschap te bevorderen, technologie, techniek en wiskunde (STEM) velden.

"Een van de dingen waar ik aan werk sinds ik bij de UD begon, is het empoweren van ondervertegenwoordigde studenten, Vargas zei. "Door het bieden van scholastieke kansen en het vergroten van sociaal kapitaal, we versterken het netwerk van studenten, wetenschappelijke professionals en onderzoekers in Delaware en daarbuiten. Ik ben Hispanic en Hispanic professoren zijn een minderheid bij UD, en Spaanse studenten zijn ook een minderheid bij UD. Dus, Ik zet me sterk in om ondervertegenwoordigde niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten in STEM-gebieden te ondersteunen. Dat is een grote duw in de rug voor dit voorstel."

Vargas gaat samenwerken met David Satran, directeur van het Associate in Arts-programma, om kansen voor de AAP-studenten aan te passen, en zal zijn huidige afgestudeerde studenten opnemen als mentoren voor de AAP-studenten.