Dióxido de carbono elevado: chegando à raiz do problema

Por Clare Ziegler, Rosemary Dyson e Iain Johnston

O dióxido de carbono é mudando o mundo, e os níveis são subindo continuamente. As atividades humanas estão bombeando CO₂ na atmosfera. Isso está afetando o clima e o crescimento das plantas em todo o mundo. Há uma necessidade urgente de conhecer o efeito do CO elevado₂ sobre os ecossistemas do mundo, a fim de fazer previsões científicas, ambientais e econômicas precisas sobre futuras mudanças climáticas.

As plantas desempenham um papel central na CO do planeta₂ orçamento. A fotossíntese absorve CO₂ da atmosfera, e a respiração das plantas o libera de volta. Se mais for absorvido do que liberado, as plantas podem atuar como um sumidouro de carbono e reduzir os níveis atmosféricos de CO₂. Mas quanto de pia as plantas podem fornecer? E como uma mudança climática influenciará isso? Alterando CO₂ níveis afetam como as plantas crescem. Plantas diferentes podem responder de maneira diferente à mudança de CO₂. Outros processos em um ecossistema podem absorver ou liberar carbono. Devido a essas complicações, os pesquisadores acham difícil medir quanto carbono é absorvido por ecossistemas reais, como as florestas do Reino Unido. Em particular, não sabemos como os futuros aumentos de CO₂ afetará os ecossistemas florestais.

No Instituto de Birmingham para Pesquisa Florestal (BIFoR), estamos interessados ​​em responder a essas perguntas. Mas como podemos estudar como os ecossistemas responderão ao futuro CO₂ níveis? Nós estamos usando uma configuração experimental legal chamada FACE. Isso significa enriquecimento de carbono ao ar livre. Em um laboratório, você pode cultivar uma única planta em um armário com CO elevado₂ – FACE escala isso até o nível do ecossistema. Nosso experimento ocorre em uma floresta de carvalhos de 100 anos em Staffordshire. Instalamos um encanamento em escala industrial na floresta que bombeia CO₂ em regiões focadas com cerca de 30m de diâmetro. Essas regiões experimentam uma atmosfera com CO₂ níveis elevados em 150 ppm – os níveis previstos para 2050. Isso permite que a influência do carbono elevado seja observada nas plantas crescendo em seu ambiente natural. Temos muitos projetos de pesquisa interessantes que analisam muitos aspectos diferentes do ecossistema.

Visão mais recente do BIFoR phenocam

Clare Ziegler é doutoranda no BIFoR, analisando o efeito do CO elevado₂ (eCO₂) nos sistemas radiculares abaixo do solo da floresta. As raízes são um órgão chave da planta, fornecem suporte e nutrientes. Eles trazem carbono para baixo do solo à medida que crescem. Este carbono é transferido para o solo à medida que eles morrem. Seu crescimento, arquitetura, volume de negócios e desenvolvimento precisam ser compreendidos para entender o carbono em um ecossistema. No entanto, eles são muito difíceis de monitorar de forma não destrutiva – como você observa um sistema radicular sem fazer nenhuma escavação? Uma solução para isso é usar minirhizotrons, que são tubos de plástico transparentes enterrados no solo. As raízes que crescem contra o tubo podem ser visualizadas ao longo do tempo usando equipamento de câmera especializado para coletar dados importantes sobre o que está acontecendo no subsolo.

A configuração da câmera investigando as raízes.

Essas imagens são coletadas uma vez por mês de todos os 24 tubos no local, metade dos quais experimentam eCO₂ e metade dos quais permanecem em condições naturais como controle. Analisamos essas imagens usando um software especializado para quantificar o crescimento e a dinâmica dos sistemas radiculares usando fatores como comprimento do ramo, número de ramos e largura do ramo. Esses dados serão então submetidos a análises matemáticas para explorar as diferenças entre eCO₂ e raízes de controle. Usaremos esses dados para tirar conclusões sobre o efeito do dióxido de carbono elevado nas raízes das plantas. Também seremos capazes de descobrir como o comportamento das raízes das plantas afeta o carbono atmosférico. Este trabalho formará um componente importante da pesquisa científica e ambiental mais ampla que ocorre na floresta e em todo o mundo.

Recentemente, apresentamos um trabalho em um Pinta de Ciência evento de divulgação em Birmingham e queria ter uma representação visual do projeto e do que estamos vendo. Clare tirou uma série de imagens que cobrem todo o interior de um dos tubos, que está embutido no solo da floresta perto de um jovem carvalho e várias plantas sub-dossel incluindo silvas, samambaias e jacintos. Ela uniu as imagens para formar uma megaimagem cobrindo uma visão de 360 ​​graus de cima a baixo de todo o tubo, compreendendo uma coluna diagonal de cerca de 50 cm de espaço subterrâneo. A imagem foi levemente adulterada em GIMP, apenas para suavizar algumas das arestas criadas onde as imagens foram unidas e tornar a imagem um pouco mais bonita (o sistema raiz permaneceu inalterado). O upload desta foto para o Kuula, um site de hospedagem de panoramas, criou uma representação visual do interior do tubo, que pode ser facilmente visualizada em qualquer computador ou telefone celular. Dê uma olhada aqui – veja se consegue identificar raízes pertencentes a diferentes plantas lutando por nutrientes subterrâneos!

Além (literalmente) desse trabalho subterrâneo, fazemos muitas outras pesquisas usando matemática para explorar como as plantas crescem e funcionam. Nossa pesquisa explorou como as plantas respondem a outras sugestões ambientais (como temperatura), como as plantas “jogam dados” de modo a sementes germinam em momentos diferentes e Quão eficiente é a fotossíntese evoluiu ao longo de milhões de anos.