A bacia amazônica, lar da maior floresta tropical do mundo, desempenha um papel crucial na manutenção do orçamento de carbono do planeta, absorvendo e armazenando bilhões de toneladas de dióxido de carbono anualmente. Mas um ponto de inflexão se aproxima no horizonte - um ponto que pode transformar esse reservatório de carbono vital em uma das maiores fontes de dióxido de carbono do planeta.

Por "cheirar a floresta, "uma equipe de pesquisadores liderada por Harvard está tentando medir como e quando isso pode acontecer.

À medida que o planeta aquece, seca, incêndios florestais e mudanças nos padrões climáticos ameaçam cerca de 400 bilhões de árvores na Amazônia, alguns dos quais já estão em risco pela exploração madeireira e mineração. Conforme as árvores são danificadas - ou mortas - elas se decompõem e liberam carbono na atmosfera.

"Das Alterações Climáticas, bem como desmatamento causado pelo homem e queima de biomassa, pode levar a pontos de inflexão ecológica e climática que podem liberar grandes poças de carbono armazenado, "disse Scot Martin, o Professor Gordon McKay de Ciência Ambiental e Engenharia da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) e Professor de Ciências da Terra e Planetárias no Departamento de Ciências da Terra e Planetárias.

A questão é:como sabemos quando estamos nos aproximando desse ponto de inflexão?

Martin, com uma equipe internacional de pesquisadores e colaboradores da Universidade do Estado do Amazonas (UEA) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM), desenvolveu um sistema de detecção precoce para monitorar mudanças na Amazônia.

A pesquisa de Martin visa compreender melhor como a Amazônia responde ao estresse. Em um projeto em andamento, financiado pelo Fundo de Soluções para Mudanças Climáticas da Universidade de Harvard (CCSF), Martin e sua equipe estão mapeando e monitorando os sinais químicos únicos emitidos por árvores conhecidas como compostos orgânicos voláteis (VOCs).

Todos nós sentimos VOCs - eles são o que você cheira na grama recém-cortada ou caminhando por uma floresta de pinheiros. Como feromônios humanos, COVs ajudam as plantas a interagir com os organismos ao seu redor. Eles atraem insetos para polinização e dispersão de sementes, responder ao estresse, e até mesmo enviar sinais de alerta às plantas vizinhas de que os predadores estão atacando. Cada espécie de planta emite uma assinatura VOC diferente - como uma impressão digital - que pode mudar com base na estação ou se a planta estiver sob pressão de, por exemplo, seca ou inundação.

"As florestas podem falar conosco por meio de VOCs, ", disse Martin." Traduzir esses sinais pode levar a uma compreensão quantitativa de como os ecossistemas florestais respondem ao estresse climático e às mudanças climáticas. "

Mas existem grandes desafios para coletar dados sobre VOCs. Primeiro, a floresta amazônica cobre impressionantes 550 milhões de hectares. Dentro desse enorme bioma estão milhares de ecossistemas menores, cada um com sua própria biodiversidade e sinais de VOC.

Os aviões podem cobrir grandes distâncias, mas não podem voar baixo o suficiente para coletar amostras de VOC, que atingem alturas de cerca de um quilômetro ou menos acima do dossel. As torres podem detectar na altura certa, mas apenas para o ecossistema local.

Para construir uma ponte sobre este cânion de dados, Martin e sua equipe estão se voltando para drones.

"O que torna os sensores baseados em drones tão interessantes é que eles oferecem a possibilidade de coletar dados em escalas inexploradas, "disse Martin." Isso pode levar a descobertas revolucionárias sobre os ecossistemas amazônicos sob estresse climático e mudanças antecipadas no clima e na biodiversidade. "

Este Verão, a equipe viajou profundamente na Amazônia para testar um protótipo de amostragem de VOC desenvolvido por Daniel Wang S.B. '17 para sua tese de design sênior. O protótipo, uma pequena caixa de amostragem conectada diretamente a um drone, puxa o ar do ambiente circundante e o passa por tubos de amostragem que prendem as moléculas de VOC. Sob a orientação dos consultores Martin e Karena McKinney, Associate in Environmental Science &Engineering, Wang usou materiais leves que podiam suportar altas temperaturas e umidade da selva.

O teste foi um sucesso.

"O instrumento funcionou perfeitamente, "disse Wang.

A equipe lançou o protótipo de uma torre localizada no Jardim Botânico de Manaus (MUSA). A equipe testou o alcance e os limites do drone, enviá-lo para pontos GPS específicos a até um quilômetro de distância da torre. O drone coletou amostras em várias altitudes e pontos específicos ao longo do caminho, e voltava para casa todas as vezes.

“A experiência de estar na selva, com um dispositivo que projetei em um banco em Harvard, foi incrível, "disse Wang." Pudemos levar essa tecnologia a espaços até então inexplorados e coletar amostras que, com sorte, nos dirão mais sobre a impressão digital química da selva. "

Com financiamento do CCSF, Martin e sua equipe de colaboradores brasileiros continuarão a se desenvolver, teste e voe drones de amostragem de VOC acima da Amazônia.

A equipe está voando drones sobre diferentes tipos de florestas, incluindo regiões alagadas de baixa altitude e florestas altas de terra firme, desenvolver um banco de dados de impressões digitais VOC em condições normais. Depois disso, as mesmas florestas serão monitoradas durante épocas de estresse na estação chuvosa e seca para aprender como as impressões digitais de VOC mudam.

Martin e a equipe de Harvard visitam a Amazônia meia dúzia de vezes por ano.

Enquanto Martin está de volta a Harvard, seus colaboradores brasileiros - quatro alunos de doutorado na UEA - continuam a desenvolver a tecnologia de drones e sampler e as técnicas de análise de VOC.

Essa colaboração é a chave para o sucesso do projeto.

"Eu acredito no sucesso iterativo, "disse Martin." Qualquer um pode se tornar um especialista após 100 rodadas de feedback. Através da colaboração UEA e FAPEAM com SEAS, os alunos de doutorado da UEA locais podem realizar um voo e uma análise de VOC a cada 24 a 48 horas. Então, dentro de meio ano, você tem a melhor equipe do planeta fazendo esses voos. Sem essa colaboração, levaria uma década para a equipe de Harvard desenvolver essa expertise. Então, esta colaboração é ótima não apenas para a ciência relevante para a humanidade, mas também para a equipe combinada de alunos, pós-doutorado, e docente da colaboração UEA-FAPEAM-SEAS. "