Gli incendi sono una forza antica che modella l’ambiente, ma sono cresciuti in frequenza, portata e intensità in risposta a un clima che cambia. Presso l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell’Energia, gli scienziati stanno lavorando su diversi fronti per comprendere e prevedere meglio questi eventi e cosa significano per il ciclo del carbonio e la biodiversità.
A due mesi dall’inizio della stagione degli incendi estivi di punta del 2023, da giugno ad agosto, gli incendi canadesi hanno bruciato più di 25 milioni di acri, sconvolto la vita di milioni di persone e si sono diffusi oltre i tradizionali confini del Canada occidentale, a est della Nuova Scozia. Il fenomeno ha attirato una rinnovata attenzione quando il fumo si è diffuso verso regioni densamente popolate, trasformando lo skyline di New York City in arancione e attraversando l’Oceano Atlantico verso l’Europa entro la fine di giugno.
Comprendere i numerosi rischi e impatti degli incendi è al centro di numerosi progetti dell’ORNL. Henriette “Yetta” Jager, una scienziata dell’ORNL la cui ricerca si trova all’intersezione tra energia ed ecologia, ha studiato come il diradamento selettivo delle foreste può rimuovere il combustibile per gli incendi e fornire materiale vegetale per la conversione in biocarburanti.
“È un argomento complesso”, ha detto Jager. “La scienza sta dimostrando che sebbene possa essere difficile rimuovere il sottobosco e gli alberi radi in alcune aree prive di strade, lasciare semplicemente la vecchia foresta in crescita può causare più danni che benefici. Per le specie a rischio come i gufi maculati, lasciare che il carburante si accumuli può causare incendi più grandi e diffusi che possono peggiorare a lungo termine».
Jager ha lavorato con i colleghi per costruire un quadro in grado di supportare il processo decisionale in merito alle pratiche di diradamento delle foreste, ai modelli paesaggistici e persino alle tattiche antincendio spaziali. I risultati del loro lavoro potrebbero essere utilizzati per proteggere le specie terrestri e acquatiche che necessitano di un passaggio sicuro per allontanarsi dagli incendi e poi tornare in seguito.
“Il disturbo degli incendi fa parte della natura e le specie si sono adattate ad esso, ma ora ci troviamo in una situazione diversa con il cambiamento climatico”, ha detto Jager. “Ci saranno grandi cambiamenti nel momento in cui si verificheranno questi incendi, la loro dimensione e gravità, che causeranno grandi cambiamenti nella vegetazione e nuovi impatti sulle specie animali.
“Continuando la nostra ricerca, possiamo aiutare i gestori forestali a pianificare questi cambiamenti”.
Dissotterramento di dati nella tundra artica ricca di carbonio
Far progredire la comprensione degli effetti degli incendi sul ciclo del carbonio è un punto focale per la scienziata dell’ORNL Fernanda Santos. Studia non solo singoli eventi, ma anche incendi ripetuti nel corso di decenni. Esamina ciò che questi incendi fanno presagire per la capacità della terra di trattenere il carbonio. E, al contrario, il suo lavoro valuta come gli incendi possono diventare una fonte di emissioni di carbonio durante gli incendi e potenzialmente intensificare il ciclo di riscaldamento. I suoli del mondo contengono più di 3 gigatonnellate di carbonio – il triplo della quantità nell’atmosfera – e circa il 70% dello strato superiore di tutti i suoli è stato esposto al fuoco ad un certo punto.
La sua ricerca illumina i cambiamenti previsti man mano che la terra si evolve in risposta al fuoco. “Molte persone pensano all’evoluzione come qualcosa che accade nel corso dei secoli”, ha detto Santos. “Ma l’idea di una rapida evoluzione, compreso il modo in cui le piante e i microbiomi del suolo si adattano rapidamente all’aumento degli incendi, è relativamente nuova. Vedremo più o meno biodiversità dopo ripetuti incendi? In definitiva, vogliamo sapere in che modo il fuoco influisce su questi ambienti, incluso il sottosuolo».
Il fuoco influenza i tratti funzionali delle piante così come la diversità e la funzione dei microbi e di altri organismi dentro e intorno al suolo che possono alterare la qualità delle piante e del suolo, hanno detto Santos e colleghi in un numero speciale di Ecologia funzionale esaminare le lacune di conoscenza nello studio degli impatti evolutivi degli incendi boschivi. Ad esempio, è stato segnalato che i cambiamenti nei regimi degli incendi legati a un clima più caldo, come una maggiore ricorrenza e gravità, accelerano la transizione dagli ecosistemi dominati dagli alberi agli arbusti. L’influenza evolutiva del fuoco può essere vista nella selezione di piante con tratti come corteccia più spessa e rapida germinazione e ricrescita e può portare a una minore diversità vegetale.
Gli scienziati hanno anche sottolineato la necessità di ulteriori ricerche su come il fuoco può influenzare le interazioni tra piante e funghi nelle foreste. Gli incendi più gravi e ripetuti possono anche avere un impatto sui segnali sensoriali che gli animali, inclusi insetti, impollinatori ed erbivori, usano tipicamente per evitare il fuoco e comportare ulteriori implicazioni per la biodiversità in un clima che cambia, hanno detto gli scienziati.
All’ORNL, Santos lavora a progetti come DOE Next-Generation Ecosystem Experiments Arctic, o NGEE Arctic, eseguendo esperimenti e raccogliendo dati osservativi per comprendere meglio i cambiamenti in atto negli ecosistemi artici. Si concentra sull’ecologia dei disturbi: cosa significano per l’ambiente eventi come incendi e focolai di parassiti e futuri feedback climatici. Esamina la chimica organica e inorganica del terriccio artico, che aiuta a isolare lo strato di permafrost ricco di carbonio della tundra.
Perfezionamento delle simulazioni climatiche su larga scala
Santos sta anche aiutando a perfezionare le simulazioni su larga scala del clima terrestre, come l’Energy Exascale Earth System Model del DOE, per rappresentare meglio le diverse forme di carbonio come la biomassa carbonizzata – fuliggine e carbone – che derivano da un incendio. E3SM è supportato dal programma di ricerca biologica e ambientale del DOE Office of Science e comprende otto laboratori nazionali, tra cui ORNL. Il modello funziona sui supercomputer più veloci del mondo, fornendo simulazioni altamente avanzate per prevedere meglio i cambiamenti ambientali che potrebbero influenzare il settore energetico.
Tutto questo lavoro dipende dalla qualità e dalla quantità dei dati osservativi e sperimentali. Per migliorare i set di dati relativi agli incendi boschivi, Santos e il collega dell’ORNL Jiafu Mao hanno lanciato una rete di database della comunità dei vigili del fuoco per incoraggiare scienziati e gestori del territorio a inviare dati ambientali sulle aree bruciate a un archivio centrale. La condivisione di tali informazioni può non solo migliorare la ricerca, ma anche informare le pratiche di gestione del territorio, hanno affermato gli scienziati.
Gli incendi non solo consumano la biomassa di piante e alberi, ma possono anche provocare il rilascio di carbonio che è stato immagazzinato nel suolo per anni o secoli, ha affermato Santos. “Il nostro lavoro nell’Artico si concentra su una migliore comprensione di ciò che può accadere in questi suoli ricchi di carbonio a latitudini più elevate come l’Alaska e il Canada. Modelliamo e prevediamo il ciclo del carbonio terrestre e mi concentro sull’aiutare a ridurre l’incertezza in quei modelli con dati sul campo sugli incendi storici.
Maggiori dettagli sul lavoro di modellazione e simulazione di ORNL sugli incendi boschivi sono disponibili in questo recente articolo.
Il supporto per i progetti proviene dal programma DOE BER, dall’Office of Energy Efficiency & Renewable Energy’s Bioenergy Technologies Office del DOE e dall’ORNL Laboratory Directed Research and Development.
UT-Battelle gestisce ORNL per l’Office of Science del DOE, il singolo più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti. L’Office of Science sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo. Per ulteriori informazioni, visitare energy.gov/science. —Stephanie Seay
Fernanda Santos dell’ORNL esamina un campione di suolo in un campo artico NGEE nella tundra dell’Alaska nel giugno 2022. Crediti: Amy Breen, University of Alaska Fairbanks
Per gentile concessione dell’Oak Ridge National Laboratory.
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