Lago de grande altitude na Áustria:local de experimentos de campo. Crédito:Hannes Peter/ RIVER EPFL Um cientista da EPFL, juntamente com colegas de universidades de toda a Europa, concluíram o primeiro estudo quantitativo sobre as mudanças que a matéria orgânica do solo proveniente das florestas pode causar em lagos de grande altitude e de alta latitude, uma vez dissolvida na água.
As árvores estão aumentando em todo o mundo como resultado do aquecimento global. Dependendo da região, eles sobem entre 10 e 100 metros por ano – aproximando cada vez mais as florestas dos lagos de grande altitude e de alta latitude. Isto terá, sem dúvida, um impacto em ambos os ecossistemas.
Pela primeira vez, uma equipe de cientistas examinou de perto quais poderiam ser as possíveis consequências em nível molecular. Suas descobertas, publicadas recentemente na Nature Communications , sugerem que o aumento das árvores pode afetar a matéria orgânica dissolvida (DOM) em lagos de alta altitude e alta latitude e alterar a composição biogeoquímica da água do lago.
Especificamente, os cientistas observaram que as bactérias naturais expostas a este novo carbono podem tornar-se menos eficazes na produção de biomassa – criando uma fonte potencial de emissões de gases com efeito de estufa. Esta descoberta é particularmente importante tendo em conta os milhares de lagos deste tipo no nosso planeta.
O carbono orgânico do solo é composto de forma diferente dependendo se ele está localizado em uma pastagem alpina ou em uma floresta. Até agora, os cientistas não tinham certeza de como o carbono orgânico contido nos solos reagiria quando se infiltrasse nos lagos alpinos e subárticos.
Estes lagos já contêm pequenas quantidades de MOD, que desempenha um papel vital como recurso para bactérias naturais. Mas à medida que a linha das árvores avança, a composição do solo que rodeia os lagos irá mudar e quando chover, ou à medida que a neve derrete, o carbono orgânico contido no solo será transportado para os lagos.
Este é o processo que a equipe de pesquisa – incluindo Hannes Peter da EPFL – estudou. Peter é ecologista e biogeoquímico no Laboratório de Ecossistemas Fluviais da EPFL (RIVER), parte do centro de pesquisa ALPOLE em ambientes alpinos e polares em Sion.
Lagos no norte da Finlândia e nos Alpes austríacos
As bactérias do lago geralmente respondem ao DOM de duas maneiras:ou alimentam-se dele e crescem para produzir a biomassa que forma a base da cadeia alimentar; ou processam-no de forma ineficiente e respiram-no como CO2 . Para estudar estes mecanismos mais de perto, os investigadores realizaram experiências de campo num lago de alta latitude no norte da Finlândia e num lago de alta altitude na Áustria, e combinaram isto com experiências e análises de laboratório.
“Nosso plano era expor as bactérias do lago ao carbono orgânico de diferentes tipos de solo”, diz Peter. “Coletamos amostras de água do lago e adicionamos DOM derivado do solo acima e abaixo da linha das árvores, e então observamos a resposta das bactérias.
“Queríamos saber se eles produziriam mais biomassa ou, em vez disso, liberariam CO2 . A resposta foi que, quando expostas ao MOD derivado do solo abaixo da linha das árvores, as bactérias emitiram mais CO2 ."
Resolvendo moléculas individuais de carbono
A equipe utilizou um instrumento sofisticado e de alta precisão instalado em uma universidade parceira na Alemanha para conduzir suas análises. Com este instrumento, eles conseguiram examinar cada molécula de DOM individualmente.
“A tecnologia avançada e os sistemas de alto desempenho agora disponíveis para análise de carbono nos permitem ver o que há dentro da 'caixa preta'”, diz Peter. “Identificamos mais de 2.500 moléculas contidas no DOM e conseguimos entender quais delas a bactéria metabolizou mais rapidamente.
“Também estudamos todo o processo de decomposição. Foi assim que pudemos concluir que as bactérias nos lagos alpinos podem emitir mais CO2 quando a linha das árvores sobe."
Ele continua explicando que as consequências podem ser significativas. "Nosso estudo foi apenas o primeiro passo. Observamos apenas o quão eficientes as bactérias são no manejo do DOM. Mais pesquisas são necessárias para determinar como o carbono adicional afetará o meio ambiente. Mas o que é fascinante sobre as bactérias é a rapidez com que elas podem se adaptar a condições em mudança."
Mapeando a expansão da floresta alpina na Suíça
Outro grupo de cientistas do centro de pesquisa ALPOLE da EPFL também está estudando os efeitos da mudança nas árvores. Thien-Anh Nguyen, Ph.D. estudante do Laboratório de Ciência Computacional Ambiental e Observação da Terra (ECEO), e seus colegas desenvolveram um programa baseado em IA que mapeia a expansão florestal nos Alpes Suíços ao longo de um período de 80 anos.
O programa está disponível em código aberto e mostra claramente como a linha das árvores mudou em direção a altitudes mais elevadas nos Alpes Vaud e Valais.
Nguyen e seus colegas treinaram seus algoritmos usando milhares de fotografias tiradas entre 1946 e 2020 e fornecidas pelo Escritório Federal Suíço de Topografia. O desafio era treinar os algoritmos de forma eficaz, apesar da ampla gama de qualidade e resolução de imagem contida no conjunto de dados.
O programa ilustra a rapidez com que a mudança está a ocorrer, principalmente devido às temperaturas mais elevadas e ao abandono de terras agrícolas – e será utilizado para quantificar o efeito destes dois factores.
Estudo de Nguyen, publicado em Remote Sensing of Environment , é o primeiro a mapear a progressão da linha das árvores alpinas em uma escala tão grande e em um nível tão granular.
