Passe algum tempo em qualquer uma das grandes florestas do mundo e você começará a ver as árvores como imensos pilares que sustentam o céu no alto e firmemente ancorados na terra. É tanto fato quanto sentimento. As árvores realmente ligam o solo ao céu, trocando energia e matéria entre o solo e a atmosfera. Os pesquisadores acreditam que a compreensão dessa conexão pode fornecer uma riqueza de conhecimentos científicos sobre os ecossistemas e aplicações práticas que abordam desafios como a conservação e gestão dos recursos hídricos.

Um estudo recente liderado por Marc Mayes da UC Santa Bárbara investiga como os padrões de perda de água das árvores para a atmosfera, rastreado com imagens de satélite, relaciona-se com o abastecimento de água subterrânea. Os resultados validam em escalas de paisagem as ideias que os cientistas propuseram com base em décadas de pesquisas em laboratórios e estufas. O que mais, as técnicas se prestam a uma maneira eficiente de monitorar os recursos hídricos subterrâneos em grandes áreas. Os resultados aparecem no jornal Processos Hidrológicos .

Por toda sua diversidade, a maioria das plantas tem um plano de jogo muito simples. Usando a energia da luz solar, eles combinam a água do solo com o dióxido de carbono do ar para produzir açúcares e oxigênio. Durante a fotossíntese, plantas abrem pequenos poros em suas folhas para absorver CO ₂ , que também permite que a água escape. Este processo de perda de água é chamado de evapotranspiração - abreviação de evaporação do solo e transpiração da planta - e é essencialmente um custo de transação de transporte dos ingredientes para a fotossíntese até as folhas onde o processo ocorre.

Assim como a evaporação do suor esfria nossos próprios corpos, a evapotranspiração das árvores esfria a floresta. Com o conhecimento e tecnologia adequados, os cientistas podem usar dados de imagens térmicas de satélites, bem como aeronaves tripuladas e não tripuladas, para entender a relação entre as plantas e as águas subterrâneas:temperaturas mais frias se correlacionam com mais evapotranspiração.

"A hipótese central deste artigo é que você pode usar as relações entre o uso da água da planta [conforme] medido por dados de imagem [de satélite], e dados climáticos, incluindo temperatura do ar e precipitação, para avaliar a disponibilidade de, e mudanças em, recursos hídricos subterrâneos, "disse Mayes, um cientista da Terra e especialista em sensoriamento remoto baseado no Earth Research Institute (ERI) da universidade.

Mayes e seus colegas se concentraram na flora dos rios de sequeiro - aqueles em desertos e climas mediterrâneos. Em todas essas regiões, muitas plantas desenvolveram adaptações que minimizam a perda de água, como crescimento lento, retenção de água ou ciclos de vida de expansão e contração. Contudo, plantas que dominam os canais dos rios - espécies como o sicômoro, choupo e salgueiro - evoluíram para tirar proveito do excedente de água subterrânea que o habitat oferece em relação à paisagem circundante.

"Em vez de diminuir o uso de água quando ela se torna escassa, esta vegetação basicamente beberá até a morte, "Mayes disse. Isso o torna uma boa janela para as condições abaixo da superfície.

A equipe usou imagens térmicas baseadas em satélite para observar as temperaturas ao longo do corredor do Rio San Pedro, no sul do Arizona. Em dias sem nuvens, os satélites podem coletar dados sobre as temperaturas da superfície em alta resolução em grandes áreas de terra. Ao comparar as temperaturas ao longo do rio com as das proximidades, áreas com vegetação mais esparsa, os pesquisadores foram capazes de determinar a extensão da evapotranspiração ao longo de diferentes partes do rio em momentos diferentes. Eles descobriram que se correlacionava com a temperatura do ar em ambientes ricos em água e com a chuva em ambientes com escassez de água.

As descobertas apóiam os avanços recentes em nossa compreensão do uso da água pelas plantas. Quanto mais quente e seco o ar, quanto mais forte ele puxa a água das folhas, e quanto mais água a planta usa. Consequentemente, Mayes e seus colegas esperavam ver a evapotranspiração variar com a temperatura do ar, desde que o riacho tenha água subterrânea abundante para as plantas utilizarem.

Por outro lado, onde a água subterrânea é escassa, as plantas fecham as aberturas nas folhas para evitar a perda de água; é mais importante evitar o ressecamento do que aproveitar o sol extra em um dia quente. Como resultado, a evapotranspiração se correlacionará muito mais fortemente com a chuva e o fluxo dos rios, o que aumenta o fornecimento de água às árvores por meio de suas raízes.

Os cientistas demonstraram o efeito previsível da evapotranspiração na redução das temperaturas da superfície em laboratório e pequenos experimentos de campo. Contudo, este é o primeiro estudo a demonstrar seu impacto em grandes áreas. A tecnologia que tornou isso possível amadureceu apenas nos últimos cinco anos.

"Este método de sensoriamento remoto mostra uma grande promessa para identificar o clima relevante em comparação com outros controles no crescimento e saúde das árvores, mesmo dentro de faixas estreitas de vegetação ao longo dos rios, "disse o co-autor Michael Singer, pesquisador da ERI e investigador principal do projeto que financiou o trabalho de Mayes.

Na verdade, esses ecossistemas são de vital importância para o sudoeste dos EUA. "Apesar de ocupar cerca de 2% da paisagem, mais de 90% da biodiversidade no sudoeste depende desses ecossistemas, "disse a co-autora Pamela Nagler, um cientista pesquisador do Southwest Biological Science Center do U.S. Geological Survey.

As mesmas técnicas usadas no artigo podem ser aplicadas ao desafio perene do monitoramento de águas subterrâneas. Na verdade, essa ideia ajudou a motivar o estudo em primeiro lugar. "É muito difícil monitorar a disponibilidade de água subterrânea e as mudanças nos recursos hídricos subterrâneos nas escalas realmente locais que importam, "Mayes disse." Estamos falando de campos de agricultores ou corredores de rio a jusante de novos conjuntos habitacionais. "

Poços de monitoramento são eficazes, mas forneça informações apenas para um ponto no mapa. O que mais, eles são caros para perfurar e manter. As torres de fluxo podem medir a troca de gases entre a superfície e a atmosfera, incluindo vapor de água. Mas eles têm desvantagens semelhantes aos poços em termos de custo e escala. Cientistas e interessados ​​querem confiabilidade, métodos de baixo custo para monitorar aquíferos que fornecem ampla cobertura ao mesmo tempo que alta resolução. É uma tarefa difícil.

Embora possa não ser tão preciso como um bem, Imagens térmicas remotas de aeronaves e satélites podem marcar todas essas caixas. Oferece ampla cobertura e alta resolução usando a infraestrutura existente. E embora funcione apenas ao longo de corredores de córregos, "uma quantidade excessiva de terras agrícolas e assentamentos humanos em lugares secos acaba sendo onde está a água, ao longo dos caminhos do riacho, "Mayes disse.

A ideia é procurar mudanças nas relações da evapotranspiração com as variáveis ​​climáticas ao longo do tempo. Essas mudanças sinalizarão uma mudança entre condições ricas e pobres em água. "Detectar esse sinal em grandes áreas pode ser um sinal de alerta valioso de esgotamento dos recursos hídricos subterrâneos, "Mayes disse. A técnica pode informar o monitoramento e a tomada de decisão pragmática sobre o uso da água subterrânea.

Este estudo é parte de um projeto maior do Departamento de Defesa (DOD) com o objetivo de compreender como os habitats ribeirinhos são vulneráveis ​​a secas em bases do DOD em regiões secas dos Estados Unidos. "Estamos usando vários métodos para entender quando e por que essas plantas ficam estressadas devido a falta de água, "disse Singer, o principal cientista do projeto. “[Esperamos] que este novo conhecimento possa apoiar a gestão desses biomas ecológicos sensíveis, particularmente em bases militares em regiões áridas, onde esses habitats intocados sustentam numerosas espécies ameaçadas e em perigo de extinção. "

Mayes acrescentou, "O que está acontecendo é todo um conjunto de trabalho que analisa as respostas do ecossistema à escassez de água e ao estresse hídrico no espaço e no tempo, informando maneiras de entendermos a resposta do ecossistema e também melhorar o monitoramento."