De enorme, langdurige bosbranden die de afgelopen jaren steeds vaker voorkomen, kunnen veranderingen in de bodemchemie veroorzaken die de waterverontreiniging, de luchtkwaliteit en de plantengroei beïnvloeden. Maar deze veranderingen worden slecht gemonitord en spelen zelden een rol bij de herstelinspanningen of risicobeoordelingen na een brand, blijkt uit een overzichtsstudie die op 14 mei is gepubliceerd in Nature Reviews Earth &Environment .

Uit het onderzoek, geleid door wetenschappers van Stanford University en Colorado State University, bleek dat betere technieken nodig zijn om veranderingen in de bodem en omliggende ecosystemen te monitoren. Deze verbeterde monitoring zou kunnen leiden tot beslissingen over de behandeling van drinkwater afkomstig uit verbrande gebieden, het ondersteunen van herbebossing en het beschermen van werknemers tegen gifstoffen tijdens schoonmaakwerkzaamheden, wederopbouw of herbegroeiing.

"In ons onderzoek combineren we organische en anorganische chemie met elkaar, terwijl veel brandonderzoek zich doorgaans slechts op één onderwerp richt", zegt bodembiogeochemicus Claudia Avila, die samen met Alandra Lopez, Ph.D., het onderzoek leidde. '22, terwijl beide onderzoekers postdoctoraal waren in het laboratorium van professor Scott Fendorf van de Stanford Doerr School of Sustainability.

"Een beter begrip van de moleculaire mechanismen in de bodem kan bijvoorbeeld helpen verklaren waarom drinkwater uit een door bosbranden getroffen stroomgebied plotseling giftiger is, of waarom een ​​bos niet meer terugkomt", zegt Thomas Borch, bodemchemicus van de Colorado State University. , een senior auteur van het onderzoek.

Invloeden op het klimaat en het ecosysteem

De review belicht bewijsmateriaal uit recente onderzoeken die erop wijzen dat bosbranden meer planeetverwarmende koolstofdioxide in de atmosfeer kunnen vrijgeven dan verwacht. Houtskoolachtige overblijfselen van verbrand hout en andere organische materialen, bekend als zwarte koolstof, houden mogelijk niet gedurende lange perioden kooldioxide vast, zoals wetenschappers hadden gehoopt.

"Koolstof die door bosbranden is gegaan en zwarte koolstof is geworden, kan door microben feitelijk gemakkelijker in koolstofdioxide worden omgezet dan eerder werd gedacht", zegt Fendorf, de Terry Huffington-professor aan Stanford.

"Vanuit klimaatperspectief hebben we nog steeds een slecht begrip van hoeveel van de koolstof die overblijft na een brand het potentieel heeft om te worden omgezet in broeikasgassen, zoals koolstofdioxide", zegt Borch, die in het laboratorium van Fendorf werkte als onderzoeker. postdoctoraal onderzoeker 20 jaar geleden.

Bosbranden kunnen veel voordelen hebben voor ecosystemen, merken de auteurs op. Sommige branden kunnen de hoeveelheid stikstof in de bodem verhogen en de wateroplosbaarheid van organische koolstof in de bodem vergroten, waardoor bijvoorbeeld de weg wordt vrijgemaakt voor hergroei. Het herstel is echter afhankelijk van de aanwezigheid van andere chemicaliën. Voor het ontkiemen van veel zaden zijn bijvoorbeeld bepaalde soorten organische moleculen nodig die tijdens branden in de bodem worden gevormd.

Als de plaatselijke bodemchemie en brandomstandigheden niet genoeg van deze moleculen, karrikins genaamd, produceren, kan de herbegroeiing worden belemmerd.

Ander onderzoek in de nieuwe review heeft aangetoond dat bosbranden de bodemconcentratie van een groep giftige chemicaliën, bekend als polycyclische aromatische koolwaterstoffen, kunnen verdubbelen, die chemische reacties kunnen veroorzaken die herbegroeiing belemmeren. Deze effecten op moleculaire schaal zouden heel goed het mysterie kunnen verklaren van uitgestrekte gebieden waar bomen moeite hebben zich te herstellen na bosbranden in de Rocky Mountains, zei Borch.

Bosbranden kunnen ook de chemische eigenschappen van anorganische materialen zoals metalen in de bodem veranderen. Vuur kan de metalen veranderen in gevaarlijke vormen die zich gemakkelijk door de omgeving verplaatsen en in de lucht of in het nabijgelegen water terechtkomen, leggen de auteurs uit, daarbij verwijzend naar het recente onderzoek van Fendorf en Lopez.

De wetenschappers documenteerden hoge niveaus van een gevaarlijke vorm van het metaalchroom op natuurbrandlocaties als gevolg van door hitte geïnduceerde transformatie van natuurlijk voorkomende, goedaardige vormen van chroom. Op locaties waar extreem hete, langdurige branden de bodem gedurende langere perioden tot hoge temperaturen kookten, bleef chroom maandenlang aanwezig tot de volgende grote regenbui.

Uit ander onderzoek naar chroom blijkt dat na branden met een lagere intensiteit resterend plantaardig en dierlijk weefsel in de bodem ervoor kan zorgen dat de giftige vorm van chroom terugkeert naar zijn inerte vorm. Alles bij elkaar illustreren deze onderzoeken de bredere realiteit dat de gevolgen van natuurbranden voor de bodemchemie afhankelijk zijn van de ingewikkelde aard van de brand en het landschap, inclusief brandduur en temperatuur.

Het risico op natuurbranden voorspellen en beperken

Bredere surveillance en modellering zouden strategieën kunnen vormen voor de bescherming van levens, eigendommen en natuurlijke hulpbronnen, evenals beslissingen over natuurbeheer. Avila geeft een voorbeeld van hoe deze benadering van geïnformeerd rentmeesterschap het weglekken van metalen in de drinkwatervoorziening kan helpen voorkomen.

"Door een gebied te identificeren met een hoog potentieel voor bijvoorbeeld het vrijkomen van chroom, kunnen we een beroep doen op voorgeschreven brandwonden met een lagere intensiteit en de kans op branden met een hoge intensiteit, waarbij gifstoffen vrijkomen, verminderen", zegt Avila, die nu assistent is. hoogleraar milieu- en oceaanwetenschappen aan de Universiteit van San Diego.

"Als we de complexiteit kunnen begrijpen van de met elkaar verweven processen die zowel aan de organische als aan de anorganische kant plaatsvinden, dan helpt dat ons de mogelijkheid te geven om de uitkomsten voor verschillende brand-, landschaps- en geologische omstandigheden te voorspellen", aldus Fendorf.

Meer informatie: Alandra Marie Lopez et al, Moleculaire inzichten en impact van door natuurbranden veroorzaakte chemische veranderingen in de bodem, Natuurbeoordelingen Aarde en milieu (2024). DOI:10.1038/s43017-024-00548-8

Journaalinformatie: Natuurrecensies Aarde &Milieu

Aangeboden door Stanford University