Op 20 september 2017, Orkaan Maria raasde over Puerto Rico met windsnelheden tot 255 mijl per uur en stortregens die steden overstroomden, schakelde communicatienetwerken uit en vernietigde het elektriciteitsnet. In de ruige centrale bergen en het weelderige noordoosten, Maria ontketende zijn woede toen felle winden de tropische bossen volledig ontbladerden en bomen braken en ontwortelden. Zware regenval veroorzaakte duizenden aardverschuivingen die over stukken steile berghellingen werden gemaaid.

In april reisde een team van NASA-wetenschappers met luchtinstrumenten naar Puerto Rico om de schade van orkaan Maria aan de bossen van het eiland te onderzoeken.

"Van de lucht, de omvang van de schade van de orkaan was verrassend, " zei NASA-aardwetenschapper Bruce Cook, die de campagne leidde. "De dichte, in elkaar grijpende luifels die het eiland voor de storm bedekten, werden gereduceerd tot een wirwar van omgevallen bomen en geïsoleerde overlevenden, ontdaan van hun takken."

NASA's aardobservatiesatellieten bewaken de bossen in de wereld om seizoensveranderingen in de vegetatiebedekking of abrupte bosverliezen door ontbossing te detecteren, maar op ruimtelijke en tijdschalen die te grof zijn om veranderingen te zien. Om een ​​meer gedetailleerd beeld te krijgen, NASA vloog een instrument in de lucht genaamd Goddard's Lidar, Hyperspectrale en warmtebeeldcamera, of G-LiHT. Uit de buik van een klein vliegtuig dat duizend voet boven de bomen vliegt, G-LiHT verzamelde meerdere metingen van bossen over het hele eiland, inclusief hoge resolutie foto's, oppervlaktetemperaturen en de hoogte en structuur van de vegetatie.

De Amerikaanse boswachterij, de Amerikaanse Fish and Wildlife Service, de Federal Emergency Management Agency en NASA hebben de luchtlandingscampagne gefinancierd.

Het team vloog veel van dezelfde circuits met G-LiHT als in het voorjaar van 2017, maanden voordat orkaan Maria aan land kwam, als onderdeel van een onderzoek naar hoe tropische bossen teruggroeien op verlaten landbouwgrond. De voor-en-na-vergelijking laat zien dat bossen over het hele eiland nog steeds aan het bijkomen zijn van de impact van de orkaan.

Lidar gebruiken, een bereiksysteem dat 600 vuurt, 000 laserpulsen per seconde, het team mat veranderingen in de hoogte en structuur van de Puerto Ricaanse bossen. De schade is voelbaar. Bossen bij de stad Arecibo aan de noordkant van het eiland groeien op kalkstenen heuvels met weinig grond om bomen te stabiliseren. Als resultaat, de orkaan brak of ontwortelde 60 procent van de bomen daar. In het noordoosten, op de hellingen van El Yunque National Forest, de orkaan verwoestte de bossen, het verminderen van hun gemiddelde lengte met een derde.

Gegevens van G-LiHT worden niet alleen gebruikt om de toestand van de bossen op het eiland vast te leggen; het is een belangrijk onderzoeksinstrument voor wetenschappers die volgen hoe de bossen veranderen terwijl ze herstellen van zo'n grote gebeurtenis.

"[Orkaan] Maria drukte op de reset-knop op veel van de verschillende processen die in de loop van de tijd bossen ontwikkelen, " zei Doug Morton, een aardwetenschapper bij het Goddard Spaceflight Center van NASA en mede-onderzoeker van G-LiHT. "Nu kijken we naar veel van die processen in snelle voorwaartse snelheden terwijl grote delen van het eiland zich herstellen, met overlevende bomen en nieuwe zaailingen die in de volle zon liggen te zonnebaden."

Een van de gebieden waar het team uitgebreid over vloog, was El Yunque National Forest, die orkaan Maria met volle kracht toesloeg. De U.S. Forest Service beheert El Yunque, een tropisch regenwoud, evenals de aangewezen onderzoekspercelen, die eind jaren dertig werden opgericht. Wetenschappers van universiteiten en overheden doen allerlei soorten onderzoek, inclusief het meten van individuele bomen om hun groei te volgen, bloemen en zaden tellen om de voortplanting te controleren, en het analyseren van bodemmonsters om de voedingsstoffen te volgen die nodig zijn voor plantengroei.

Een belangrijke beoordeling van de gezondheid van een boom is de kroon, die de algemene vorm van een boomtop omvat, met zijn takken, stengels en bladeren. Orkaanwinden kunnen boomkronen zwaar beschadigen en het aantal bladeren voor het creëren van energie door fotosynthese drastisch verminderen.

"Slechts zeven maanden na de storm, overlevende bomen spoelen nieuwe bladeren en hergroeiende takken om hun vermogen te herwinnen om zonlicht te oogsten door middel van fotosynthese, "Morton zei, terwijl ook wordt opgemerkt dat het voortbestaan ​​van beschadigde bomen in de komende jaren een open vraag is.

Hoewel het moeilijk is om boomkronen vanaf de grond in detail te beoordelen, uit de lucht kan het lidar-instrument van G-LiHT de vorm en structuur van alle bomen in zijn vliegroute afleiden. De luchtlandingscampagne boven Puerto Rico was uitgebreid genoeg om informatie te verschaffen over de structuur en samenstelling van het algemene bladerdak, het openen van een scala aan onderzoeksmogelijkheden.

"Zware stormen zoals Maria zullen sommige soorten begunstigen en andere vernietigen, zei Maria Uriarte, een ecoloog aan de Columbia University die al 15 jaar El Yunque National Forest heeft bestudeerd en met het NASA-team samenwerkt om vluchtgegevens te valideren met grondobservaties. "Studies op perceelsniveau vertellen ons hoe dit uitpakt in een klein gebied, maar de schade op een bepaalde plaats hangt af van de nabijheid van het spoor van de storm, topografie, bodems en de kenmerken van elk bosgebied. Dit maakt het moeilijk om te generaliseren naar andere bossen op het eiland."

Maar met G-LiHT-gegevens kunnen wetenschappers de stormeffecten over een veel groter gebied bestuderen, Uriarte vervolgde. "Wat echt opwindend is, is dat we een heel andere reeks vragen kunnen stellen, "zei ze. "Waarom heeft het ene gebied meer schade dan het andere? Welke soorten worden op het hele eiland het meest getroffen?"

Het begrijpen van de staat van het bladerdak heeft ook verstrekkende gevolgen voor de rest van het ecosysteem, omdat boombedekking cruciaal is voor het voortbestaan ​​van veel soorten. Bijvoorbeeld, vogels zoals de inheemse Iguaca-papegaai gebruiken het bladerdak om zich te verbergen voor roofdierhaviken. De overkapping zorgt ook voor een koeler, vochtige omgeving die bevorderlijk is voor de groei van boomzaailingen en hagedissen en kikkers die de bosbodem bewonen. Beken die gekoeld worden door de dichte schaduw maken ze ook bewoonbaar voor een grote diversiteit aan andere organismen.

Maar in diezelfde zin, andere planten en dieren die ooit in het nadeel waren, profiteren nu van veranderingen die worden veroorzaakt door het verlies van het bladerdak.

"Sommige hagedissen leven in het bladerdak, waar ze gedijen in droger, meer zonovergoten omstandigheden, " zei herpetoloog Neftali Ríos-López, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Puerto Rico-Humacao Campus. "Vanwege de orkaan zijn die drogere omstandigheden die ooit exclusief waren voor het bladerdak, nu uitgebreid tot aan de bosbodem. die dieren zijn beter aangepast aan die omstandigheden en zijn begonnen met het verplaatsen en vervangen van dieren die zijn aangepast aan de ooit koelere omstandigheden."

"Wie zijn de winnaars en verliezers in deze nieuwe omgeving? Dat is een belangrijke vraag in dit alles, " zei Doug Morton van NASA. Tijdens de luchtlandingscampagne, hij bracht meerdere dagen door in de onderzoekspercelen van El Yunque om driedimensionale beelden van de bosbodem te maken om de gegevens van G-LiHT aan te vullen. Hij zei dat het duidelijk is dat de handpalmen, die de orkaanwinden beter doorstond dan andere loofbomen, behoren tot de huidige begunstigden van het nu zonovergoten bos. En dat is niet erg.

"Palmbomen zullen de komende tien jaar of langer een belangrijk onderdeel vormen van het bladerdak van dit bos, en in sommige opzichten zullen ze helpen om het herstel van de rest van dit bos te vergemakkelijken, "Zei Morton. "Palmbomen bieden een beetje schaduw en bescherming voor de flora en fauna die het gebied opnieuw koloniseren. Dat is bemoedigend."

De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan het bosecosysteem, zowel in tijd als ruimte, zei Grizelle Gonzalez, een onderzoeksecoloog bij de U.S. Forest Service en projectleider voor de onderzoekspercelen in El Yunque. Als voorbeeld, ze wees erop dat de orkaan ervoor zorgde dat de bergstromen overstroomden en zich vulden met sediment dat uiteindelijk in de oceaan stroomde. Sediment kan een negatieve invloed hebben op de kwaliteit van het drinkwater en op de koraalgemeenschappen waarvan de visserij afhankelijk is voor zowel levensonderhoud als handel.

"Het is prachtig om te zien dat zoveel federale agentschappen samenkwamen om samen te werken aan dit belangrijke werk, omdat bossen een sleutelrol spelen in alles, van biodiversiteit en economie tot volksgezondheid, ' zei González.

G-LiHT-gegevens hebben ook wereldwijde implicaties. In juli, het team gaat naar Alaska om het uitgestrekte bosgebied in het binnenland van de staat te blijven onderzoeken om de effecten van versnelde Arctische opwarming op boreale bossen beter te begrijpen, die, beurtelings, spelen een sleutelrol bij het afkoelen van het klimaat op aarde door koolstof uit de atmosfeer op te slaan. "G-LiHT stelt ons in staat om onderzoeksgegevens te verzamelen op de schaal van individuele bomen in brede landschappen, "Zei Morton. "Bossen van Alaska tot Puerto Rico veranderen voortdurend als reactie op klimaatopwarming en verstoringen zoals vuur en orkanen."