Quase 30 anos atrás, Cientistas da floresta de Harvard começaram uma experiência única, experimento de longa duração em um trato florestal de 2 acres usando um longo cabo de aço, um guincho, e um veículo pesado de corte denominado skidder.

Um por um, eles arrastaram o cabo para 279 árvores selecionadas, prendeu-o no alto do porta-malas, e então chamei o cara do skidder, estacionado fora do trato para evitar perturbar o solo da floresta, para acionar o guincho. E, um por um, as árvores caíram.

Quando eles terminaram, eles haviam estimado o dano causado em toda a Nova Inglaterra pelo Grande Furacão de 1938, criando um furacão experimental que afetou 50 por cento das grandes árvores de dossel, abriu o sub-bosque para uma nova luz, deu início a um processo de recuperação de décadas, e criou uma paisagem de pesadelo de troncos caídos e galhos entrecruzados mais facilmente atravessados ​​por um especialista em parkour do que os cientistas encarregados de registrar regularmente as mudanças que viriam.

Em março de 2019, o pesadelo havia diminuído em grande parte. O chão da floresta ainda estava coberto de troncos em decomposição, mas seu lento retorno ao solo havia avançado o suficiente para que fossem facilmente percorridos por cerca de duas dúzias de cientistas e visitantes que se reuniram no terreno experimental coberto de neve, em Tom Swamp Research Tract, em Harvard Forest, em Petersham, Massachusetts.

Ao redor deles havia árvores que, enquanto mais jovem e mais magro do que aqueles que eles substituíram, havia muito fechado as lacunas na copa da floresta. Eles eram semelhantes em maquiagem àqueles anteriores à tempestade - uma surpresa para os pesquisadores que esperavam que mais espécies pioneiras surgissem. Também notável era o quão comum o tratado parecia. Era como muitas outras florestas decíduas da Nova Inglaterra, nua e aguardando o surgimento da primavera em uma manhã fria de final de inverno.

Na verdade, aquela banalidade - uma expressão da estabilidade do ecossistema florestal da Nova Inglaterra, mesmo após uma calamidade que ocorre uma vez no século - foi outra lição importante, junto com a descoberta de que as florestas administradas como ambientes naturais são melhores deixadas para se recuperarem em vez de serem ajudadas pela "extração de madeira" generalizada após a tempestade de 1938 e ainda comum após as explosões, incêndios, e infestações de insetos que matam árvores hoje.

Os cientistas, vindos da Harvard Forest e instituições associadas, reunidos naquela manhã para refletir sobre a condução do experimento, principais descobertas, e a importância de tal pesquisa, que requer um paciente, compromisso de longo prazo de fontes de financiamento, de instituições anfitriãs como Harvard Forest, e dos próprios cientistas, uma visão cada vez mais rara em um impaciente, resultados agora mundo.

Abordando a assembléia naquela manhã, O diretor florestal de Harvard, David Foster, disse que o experimento com o furacão era importante não apenas por causa da ciência que possibilitou, mas também porque foi um dos primeiros e mais impressionantes após a designação de Harvard Forest como um local de pesquisa ecológica de longo prazo (LTER) pela National Science Foundation em 1988.

Essa designação, renovado em intervalos de seis anos, forneceu uma base de apoio financeiro - cerca de US $ 1 milhão por ano - para trabalhos como o furacão experimental, e alavanca entre cinco e dez vezes mais do que no financiamento de outras agências. Os projetos LTER também são um ponto focal para programas educacionais na floresta, incluindo programas de nível K ‒ 12 e universitário. Milhares de estudantes de Harvard visitaram durante viagens de campo, trabalhou nos locais durante o Programa de Pesquisa de Verão, e estudou suas descobertas no seminário do primeiro ano de Foster em biologia de mudança global.

Em 18 e 19 de março, Harvard Forest sediou um evento de dois dias marcando o 30º aniversário de sua designação LTER. O primeiro dia foi dedicado a visitas ao local e o segundo a um simpósio científico de um dia inteiro, com apresentações detalhadas dos resultados até agora para 125 participantes. Hoje, Harvard Forest é um dos 28 locais LTER em todo o país, parte de uma rede que pode ser pouco conhecida do público, mas que os ecologistas reverenciam.

"Estes são lugares históricos para ecologistas, "disse o ecologista sênior da Harvard Forest Jonathan Thompson, que recentemente substituiu Foster como investigador principal da bolsa LTER da floresta. "Não há nada como eles."

Depois de ver a explosão do furacão, cientistas carregados em vans com destino a outros experimentos ao longo das trilhas estreitas de terra que cruzam o 4, Floresta de 000 acres. Uma das paradas era um grupo de sempre-vivas imponentes - cicutas sendo monitoradas pelo ecologista sênior David Orwig. Centenas de anos e nunca registrado, os dias das cicutas, no entanto, estão contados por causa do ataque pelo invasor adelgid peludo, cuja penetração neste extremo norte foi facilitada pelos invernos cada vez mais quentes da região.

O grupo visitou o Site de Monitoramento Ambiental, onde a primeira torre de pesquisa do mundo foi construída para medir a entrada e saída de gases enquanto a floresta respira. Pesquise na torre, iniciado por Steven Wofsy, Abbott Lawrence Rotch Professor de Ciências Atmosféricas e Ambientais de Harvard, e agora supervisionado por pesquisador sênior em química atmosférica J. William Munger, mostraram que a recuperação de florestas como a da Nova Inglaterra - desmatada na época colonial - está ajudando a combater a mudança climática ao bloquear o carbono atmosférico em sua madeira à medida que as árvores ficam mais grossas e sobem mais alto.

O dia terminou em um tabuleiro de xadrez marrom no chão da floresta nevada. As parcelas sem neve são a marca registrada de um experimento de longa duração no aquecimento do solo. Usando cabos aquecidos enterrados no subsolo, o esforço de quase 30 anos busca entender como os micróbios do solo e a respiração das raízes das árvores podem responder a um mundo em aquecimento.

Mantido a 5 graus Celsius acima do solo circundante para espelhar o limite máximo das estimativas de aquecimento para o final do século, os gráficos mostraram que os micróbios aquecidos e as raízes entram em alta velocidade, aumentando rapidamente a quantidade de carbono liberado que havia ficado preso no solo. Depois de atingir um pico, as emissões diminuíram, estabilizado por vários anos, e então - em mais uma surpresa experimental - subiu para um segundo pico.

"Descobrimos que temos um fenômeno trifásico e continuamos fazendo medições, "disse Jerry Melillo, distinto cientista do Laboratório de Biologia Marinha da Universidade de Chicago e pesquisador sênior da floresta. "Estamos agora em um segundo período de repouso. Mais 20 ou 30 anos provavelmente chegaremos perto de uma resposta."

Melillo disse que o financiamento do LTER foi fundamental para o experimento, primeiro porque forneceu um importante dinheiro básico que foi aumentado por fundos de outras fontes, como o Departamento de Energia dos EUA. Então, quando o interesse diminuiu depois que o primeiro pico de emissões de carbono diminuiu, o financiamento do LTER manteve o experimento em execução. Sem isso, Melillo disse, a segunda explosão de emissões de carbono - e a compreensão melhorada dos efeitos do aquecimento nos solos da floresta - teriam passado despercebidos.

LTER e um 'experimento de assinatura'

Melillo, who has conducted research at Harvard Forest for 40 years, played an important role in getting the initial LTER experiments up and running, Foster disse. Not long after the LTER designation, Melillo counseled that the forest needed something exciting to help it stand out.

"'What we need is a signature experiment, '" Foster recalled Melillo saying. "'We need something that they'll talk about at NSF, that'll be unlike something that anybody else has done.'

"Eu disse, 'Jerry, what is that?' And he said, 'I don't know, but we gotta have it.'"

Foster eventually seized on replicating one of the most devastating forces that mold the New England forest landscape:major hurricanes that blast ashore every 100 to 150 years. But how to do it? He rejected the idea of bulldozing trees because it would tear up the forest floor and disrupt the invisible but nonetheless critical cycling of nutrients and gases between the floor and the atmosphere.

When Foster suggested winching trees down instead, the idea was ridiculed as unworkable by a visiting scientist:The roots were far too strong. Foster chewed over the problem until he mentioned it to John Wisnewski, a Harvard Forest staffer with experience logging.

"'I'd just pull them over, '" Foster recalled Wisnewski saying. "'We do it all the time.'"

Wisnewski, today Harvard Forest's woods crew supervisor, told Foster that loggers need a flat area to stage removal of logs from the forest. So instead of cutting trees, which would leave stumps behind, they simply pull them down with a winch and cable, lop off the trunks, and pile the roots to one side.

An experimental path cleared, Foster turned to the forest's archive to plan the simulated storm In 1938, graduate student Willett Rowland recorded the Great Hurricane's damage at the forest, showing that about half of the large trees came down and that some species, such as white pine, were more susceptible to wind damage.

With that knowledge in hand, Foster laid out an east-west plot 50 meters by 160 meters in the Tom Swamp tract and marked the trees to come down. Preparations complete, they drove in the skidder and hauled the cable into the forest, pulling down tree after tree, all oriented so their crowns pointed northwest, as if felled by a hurricane's prevailing winds.

Most trees came right over, Foster said, but some broke and were left to regrow as they were. Only one tree—a large old oak—resisted the skidder's tow.

"We decided that, Nós vamos, in a hurricane that tree wouldn't have fallen, " Foster said. "We went and found one of equal size downslope and pulled it over."

Then began the lengthy task of monitoring. An early revelation was the stability of key indicators like soil temperature, overall productivity, and carbon dioxide and nitrogen gas cycling among the trees, o solo, and the atmosphere.

Another was that the trees didn't die right away. Ninety percent of trees damaged by the winch leafed out regardless, photosynthesizing, drawing water from the earth, and contributing to the forest ecosystem even though they were flat on the ground. As they slowly died, the understory took over. Saplings that had been awaiting their chance shot upward, sprouts grew from the fallen trees' roots, and newly seeded trees got started. Lost production—measured in the amount of leaf litter each fall—recovered in just six years.

"Despite the fact that this looked like a destroyed forest, because it was physically altered in such a major way, it was functioning as an absolutely intact ecosystem, " Foster said.

In trying to understand the forest's unexpected stability, researchers realized that most experience with disturbed sites was at places subjected to the common practice of salvage logging, where fallen trees are cut and dragged out using soil-churning heavy equipment. Em alguns casos, as after the 1938 hurricane, the piled debris left behind is burned.

"We're used to looking at sites that were subsequently disturbed after a major wind storm or ice storm by people going in and logging, " Foster said. "The 1938 hurricane was the biggest salvage logging exercise in U.S. history. And it pretty comprehensively turned the 1938 hurricane into one great big cutting operation.

"In almost every case you can think of, if your intent is to encourage the recovery of the forest and ecosystem function with minimal change … doing nothing becomes a viable alternative."

When Audrey Barker-Plotkin arrived at the site eight years after the pulldown, just walking around was a challenge. Today a senior researcher and the author of several studies on the site, she recalled having to weave through tangled branches and wrestle with wiry new growth that all seemed to be at "face level."

"It was like walking through a jungle gym. The plot seems a lot smaller now that you can see through it, " Barker-Plotkin told the visiting scientists. "Just the changes I've seen in 20 years have been really remarkable. … [The site] was different every single year."

Another thing scientists didn't expect, Barker-Plotkin said, was the stability of the tract's species makeup. Researchers thought that more pioneer species like cherry and paper birch—usually fast-growing colonizers of disturbed sites—would take hold. But the stability of even the damaged ecosystem didn't provide much of an opening. While those species did appear in disturbed soil around upturned roots, that was less than 10 percent of the forest floor. Invasive species, another threat at disturbed sites, were also absent, ela disse.

Hoje, ela disse, the experimental plot has largely recovered structurally, but is still struggling to catch up with the surrounding forest's growth. Tree volume has reached about 80 percent of what it was before the pulldown, but measurements of the nearby control plot show that the surrounding forest has grown 25 percent over the intervening decades as part of New England forests' continued recovery from Colonial-era clear-cutting.

New leaders and a landscape full of questions

Like the long-term processes they measure, the hurricane pulldown and other experiments continue to produce data even as their original investigators' careers come to a close. A smooth transition to new leadership will be essential in maintaining both research continuity and excellence, Foster disse. At several sites the group visited, experimental founders handed off presentations to younger researchers, as Foster did to Barker-Plotkin at the hurricane site and Melillo did to University of New Hampshire Professor Serita Frey, a soil microbe expert, at the soil warming experiments.

LTER's new principal investigator, Thompson, spoke of the importance of ensuring the continuity of key long-term experiments even as researchers move on from work that has run its scientific course.

"Em algumas formas, the experiments they set up in the '80s just look so prescient now, " ele disse.

An important question still to be explored is how long recovering forests will keep absorbing carbon, Thompson added. That answer has potentially crucial implications for climate change, since global forests absorb roughly 20 percent of the excess carbon humans emit.

Part of the problem, Thompson said, is that though remnant old-growth patches exist, they may not be good models for understanding forests regrowing on former farmland, since they're typically in poor growing locations, which is why they weren't cut in the first place.

"We know how much [carbon] is in the forests, " Thompson said, "but we don't know how much carbon can be in these forests."

Esta história foi publicada como cortesia da Harvard Gazette, Jornal oficial da Universidade de Harvard. Para notícias adicionais da universidade, visite Harvard.edu.