Driedimensionale metingen van het centrale Braziliaanse Amazone-regenwoud hebben NASA-onderzoekers een gedetailleerd inzicht gegeven in het hoge aantal takvallen en boomsterfte die optreden als reactie op droogte. Ze ontdekten dat in 2015-2016 65 procent meer bomen en grote takken stierven als gevolg van door El Niño veroorzaakte droogte dan in een gemiddeld jaar. Door de effecten van langdurige droogte te begrijpen, krijgen wetenschappers een beter beeld van wat er kan gebeuren met koolstof die is opgeslagen in tropische bossen als deze gebeurtenissen in de toekomst vaker voorkomen.

"Klimaatprojecties voor het Amazonebekken suggereren warmere en drogere omstandigheden in de komende decennia, " zei aardsysteemwetenschapper Doug Morton van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en een co-auteur van het onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Nieuwe fytoloog . "Droogtegebeurtenissen geven ons een voorproefje van hoe tropische bossen kunnen reageren op een warmere wereld."

Als het niet regent in het regenwoud, bomen lopen meer risico om dood te gaan omdat ze niet genoeg water uit de grond naar hun luifels kunnen krijgen, die 15 tot 20 verdiepingen hoog kan worden. In een regenwoud zo uitgestrekt als de Amazone, schatting van het aantal stervende of beschadigde bomen, waar alleen takken kunnen vallen, is buitengewoon moeilijk en is een langdurige uitdaging geweest.

traditioneel, onderzoekers wandelen naar binnen en onderzoeken een paar hectare bomen om levende bomen en dood puin op de grond te meten. Morton en zijn collega's namen het vogelperspectief met behulp van lichtdetectie- en afstandstechnologie (LiDAR) gemonteerd op een vliegtuig om een ​​3D-reconstructie te maken van hetzelfde bladerdak over drie afzonderlijke vluchten in 2013, 2014 en 2016. Met 300, 000 laserpulsen per seconde, de LiDAR-gegevens bieden een ongelooflijk gedetailleerde weergave van het bos over een veel groter gebied dan ze te voet zouden kunnen bestrijken.

In Brazilië, de onderzoekers vlogen twee banen van 50 kilometer in de buurt van de stad Santarém in de staat Pará, een over het Tapajós National Forest en de andere over bossen in particulier bezit die zijn gefragmenteerd door een reeks landgebruik. Deze regio van de Amazone heeft doorgaans een droog seizoen van drie maanden van oktober tot december, dezelfde periode waarin de oppervlaktetemperatuur van de Stille Oceaan piekt tijdens een El Niño-evenement. El Niño-omstandigheden worden geassocieerd met een vertraging van de start van het regenseizoen in het centrale Amazonegebied, wat leidt tot een langdurig droog seizoen dat de bomen benadrukt.

Analyse van de drie enquêtes, het team gebruikte de LiDAR-gegevens om nieuwe gaten in het bladerdak te detecteren waar een boom of tak was gevallen in de maanden tussen de waarnemingen. Tijdens de non-El Niño periode van 2013 tot 2014, de tak- en boomvalgebeurtenissen veranderden 1,8 procent van het bladerdak in het studiegebied, een klein aantal aan de oppervlakte maar opgeschaald naar de grootte van de hele Amazone, het is het equivalent van het verliezen van bomen of takken van meer dan 38, 000 vierkante mijl, of het gebied van Kentucky. Boom- en taksterfte was 65 procent hoger tijdens de El Niño-droogteperiode van 2014 tot 2016, of 65, 000 vierkante mijl, de grootte van Wisconsin. Kleine veranderingen in de Amazone tellen op.

"Omdat het een groot bos is, zelfs een subtiele verschuiving in een El Niño-jaar heeft een grote impact op het totale koolstofbudget van het bos, " zei Morton, verwijzend naar de balans tussen hoeveel koolstofdioxidebomen uit de atmosfeer verwijderen om hun stam te bouwen, takken, en bladeren terwijl ze groeien versus de hoeveelheid die terugkeert naar de atmosfeer wanneer bomen sterven en ontbinden.

Verrassend genoeg, de wetenschappers ontdekten dat sterfgevallen voor alle boomgroottes, evenals het aantal kleinere takdalingen, ongeveer even snel gestegen. Dit betekent dat de droogte niet selectief een groter deel van de hoge bomen doodde dan kleinere bomen, zoals eerder werd gedacht uit experimenten die droogtecondities in kleine percelen simuleerden.

Dat is goed nieuws voor het koolstofbudget, zei Morton, "Grote bomen bevatten de meeste koolstof in elk bos. Als droogte bij voorkeur grote bomen zou doden, het zou de totale hoeveelheid koolstof die verloren gaat door droogte verhogen, in tegenstelling tot andere soorten verstoringen, " hij zei.

Toch, grote bomen maakten nog steeds 80 procent van de koolstofverliezen uit. En niet alleen van de bomen die zelf sterven. Wanneer een gigantische boom met een bladerdak dat 25 meter breed kan zijn in het bos valt, kan het kleinere bomen in het understory uitschakelen.

Om de relatie te begrijpen tussen de gaten die door het LiDAR-systeem in de lucht van bovenaf worden gezien en de meerdere lagen luifel en onderbegroeiing eronder, Mortons collega Veronika Leitold van Goddard en een team van samenwerkende wetenschappers van de Brazilian Agricultural Research Corporation en de Federal University of Western Pará voerden veldmetingen uit onder waargenomen gaten in het bladerdak om het houtachtige materiaal te meten dat op de grond was gevallen. Deze moeizame poging om omgevallen takken en bomen te meten was essentieel om de totale hoeveelheid koolstof te schatten die verloren gaat wanneer bomen of takken in een hoge, meerlagig Amazone-regenwoud.

"[Dit] is een van de eerste onderzoeken waarbij herhaalde LiDAR wordt gebruikt tijdens de droogte en mensen het veld in gaan en alle metingen uitvoeren, " zei ecoloog Paulo Brando van het Woods Hole Research Center in Falmouth, Massachusetts, en het Amazon Environmental Research Institute in Brazilië, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Deze combinatie is buitengewoon krachtig om niet alleen te begrijpen wat er gebeurt, maar waarom het gebeurt, en waarom het verandert tijdens de droogte." Hij voegde eraan toe dat twee van de grote vragen op het gebied van de ecologie van tropisch regenwoud zijn:hoeveel droogte is te veel voor het bos om te weerstaan ​​en hoe herstelt het zich? De antwoorden hebben grote implicaties voor de verwijdering van koolstofdioxide uit de atmosfeer.

"Droogtes zijn belangrijke componenten van de wereldwijde koolstofcyclus door het vermogen van bomen om te overleven te veranderen, " zei Brando. Als het aantal aanwezige bomen op grote schaal afneemt, dat komt neer op veel koolstofdioxide dat in de atmosfeer achterblijft om bij te dragen aan de opwarming van de aarde, die de cyclus van de Amazone kunnen voeden, gezien in de toekomst meer droogtes.