La cuenca del Amazonas, hogar de la selva tropical más grande del mundo, juega un papel crucial en el mantenimiento del presupuesto de carbono del planeta, absorbiendo y almacenando miles de millones de toneladas de dióxido de carbono al año. Pero un punto de inflexión se avecina en el horizonte, uno que puede convertir este sumidero de carbono vital en una de las mayores fuentes de dióxido de carbono del planeta.

Al "oler el bosque, "un equipo de investigadores dirigido por Harvard está intentando medir cómo y cuándo podría suceder eso.

A medida que el planeta se calienta, sequía, los incendios forestales y los patrones climáticos cambiantes amenazan a unos 400 mil millones de árboles en el Amazonas, algunos de los cuales ya están en riesgo por la tala y la minería. A medida que los árboles se dañan o mueren, se descomponen y liberan carbono a la atmósfera.

"Cambio climático, así como la deforestación provocada por el hombre y la quema de biomasa, puede conducir a puntos de inflexión ecológicos y climáticos que podrían liberar grandes depósitos de carbono almacenado, "dijo Scot Martin, el Profesor Gordon McKay de Ciencias Ambientales e Ingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard y Profesor de Ciencias Planetarias y Terrestres en el Departamento de Ciencias Planetarias y Terrestres.

La pregunta es:¿cómo sabemos cuándo nos acercamos a ese punto de inflexión?

Martín, con un equipo internacional de investigadores y colaboradores de la Universidad Estatal de Amazonas (UEA) y la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de Amazonas (FAPEAM), ha desarrollado un sistema de detección temprana para monitorear los cambios en el Amazonas.

La investigación de Martin tiene como objetivo comprender mejor cómo responde el Amazonas al estrés. En un proyecto en curso, financiado por el Fondo de Soluciones para el Cambio Climático de la Universidad de Harvard (CCSF), Martin y su equipo están mapeando y monitoreando las señales químicas únicas emitidas por árboles conocidos como compuestos orgánicos volátiles (COV).

Todos hemos detectado COV:son lo que huele en el césped recién cortado o al caminar por un bosque de pinos. Como feromonas humanas, Los COV ayudan a las plantas a interactuar con los organismos que las rodean. Atraen insectos para la polinización y dispersión de semillas, responder a las tensiones, e incluso enviar señales de advertencia a las plantas vecinas de que los depredadores están atacando. Cada especie de planta emite una firma de COV diferente, como una huella digital, que puede cambiar según la temporada o si la planta está bajo presión de, por ejemplo, sequía o inundación.

"Los bosques pueden hablarnos a través de los COV, ", dijo Martin." Traducir estas señales puede conducir a una comprensión cuantitativa de cómo los ecosistemas forestales responden al estrés climático y al cambio climático ".

Pero existen grandes desafíos para la recopilación de datos sobre COV. Primero, la selva amazónica cubre la asombrosa cantidad de 550 millones de hectáreas. Dentro de ese bioma masivo hay miles de ecosistemas más pequeños, cada uno con su propia biodiversidad y señales de COV.

Los aviones pueden cubrir grandes distancias pero no pueden volar lo suficientemente bajo para recolectar muestras de COV. que alcanzan alturas de aproximadamente un kilómetro o menos por encima del dosel. Las torres pueden detectar a la altura adecuada, pero solo para el ecosistema local.

Para salvar este cañón de datos, Martin y su equipo están recurriendo a drones.

"Lo que hace que los sensores basados ​​en drones sean tan interesantes es que ofrecen la posibilidad de recopilar datos a escalas inexploradas, ", dijo Martin." Esto podría conducir a conocimientos revolucionarios sobre los ecosistemas amazónicos bajo estrés climático y cambios anticipados en el clima y la biodiversidad ".

Este verano, el equipo viajó a las profundidades del Amazonas para probar un prototipo de muestreo de VOC desarrollado por Daniel Wang S.B. '17 por su tesis de diseño senior. El Prototipo, una pequeña caja de muestreo conectada directamente a un dron, aspira el aire del entorno circundante y lo pasa a través de tubos de muestreo que atrapan las moléculas de COV. Bajo la dirección de los asesores Martin y Karena McKinney, Asociado en Ciencias e Ingeniería Ambiental, Wang usó materiales livianos que podían soportar las altas temperaturas y la humedad de la jungla.

La prueba fue un éxito.

"El instrumento funcionó a la perfección, "dijo Wang.

El equipo lanzó el prototipo desde una torre ubicada en el Jardín Botánico de Manaus (MUSA). El equipo probó el alcance y los límites del dron, enviándolo a puntos GPS específicos hasta un kilómetro de distancia de la torre. El dron recolectó muestras en varias altitudes y puntos específicos a lo largo del camino, y regresaba a casa cada vez.

"La experiencia de estar en la selva, con un dispositivo que diseñé en un banco en Harvard, fue increíble, ", dijo Wang." Pudimos llevar esta tecnología a espacios previamente inexplorados y recolectar muestras que, con suerte, nos darán más información sobre la huella química de la jungla ".

Con financiación de la CCSF, Martin y su equipo de colaboradores brasileños continuarán desarrollándose, probar y volar drones de muestreo de COV sobre el Amazonas.

Actualmente, el equipo está volando drones sobre diferentes tipos de bosques, incluidas las regiones bajas anegadas y los bosques de tierra firme más altos, Desarrollar una base de datos de huellas dactilares de COV en condiciones normales. Después, los mismos bosques serán monitoreados durante momentos de estrés en la estación húmeda y seca para aprender cómo cambian las huellas dactilares de COV.

Martin y el equipo de Harvard visitan el Amazonas media docena de veces al año.

Mientras Martin está de regreso en Harvard, sus colaboradores brasileños —cuatro estudiantes de doctorado en UEA— continúan desarrollando la tecnología de drones y muestreadores y las técnicas de análisis de VOC.

Esta colaboración es clave para el éxito del proyecto.

"Creo en el éxito iterativo, ", dijo Martin." Cualquiera puede convertirse en un experto después de 100 rondas de comentarios. A través de la colaboración de UEA y FAPEAM con SEAS, Los estudiantes de doctorado de la UEA locales pueden realizar un vuelo y un análisis de COV cada 24 a 48 horas. Entonces, dentro de medio año, tienes el mejor equipo del planeta haciendo estos vuelos. Sin esa colaboración, Al equipo de Harvard le llevaría una década desarrollar esa experiencia. Entonces, esta colaboración es excelente no solo para la ciencia relevante para la humanidad sino también para el equipo combinado de estudiantes, postdoctorados, y profesorado en la colaboración UEA-FAPEAM-SEAS ".