Sfruttare il potenziale dell’ossigeno per studiare il ciclo terrestre del carbonio
Lo studio del ciclo del carbonio intorno al nostro pianeta può rivelare lo stato di salute degli ecosistemi, un aspetto particolarmente rilevante per le due grandi crisi dei cambiamenti climatici e della perdita di biodiversità. L’ossigeno (O2) è fortemente legato all’anidride carbonica (CO2) attraverso la fotosintesi e la respirazione delle piante, il che lo rende una fonte non sfruttata di informazioni sugli ecosistemi e sul ciclo globale del carbonio. Tuttavia, la raccolta di misurazioni ad alta precisione dell’ossigeno a livello di ecosistemi terrestri è tecnicamente molto impegnativa rispetto alla CO2, in parte perché c’è molto più O2 nell’atmosfera. È necessario effettuare una misurazione altrettanto precisa, ma con un rapporto molto più alto. «È come usare una bilancia corporea per controllare se ci si è rasati o meno la barba al mattino», spiega Alexander Knohl, professore di Bioclimatologia presso l’Università di Gottinga e coordinatore del progetto OXYFLUX. Nel progetto OXYFLUX, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, i ricercatori hanno sviluppato con successo un nuovo sistema di misurazione dell’O2, completo di camere personalizzate per misurare lo scambio di gas dai rami degli alberi, dai tronchi e dalla superficie del suolo, e di un’unità di analisi dell’O2 e della CO2 ad alta precisione. «Questo ci ha permesso di effettuare, per la prima volta al mondo, misure continue ad alta precisione dei rapporti di scambio tra O2 e CO2, simultaneamente per i diversi componenti di un ecosistema durante un’intera stagione di crescita», spiega Knohl.
Sviluppo di un analizzatore di O2 innovativo
La nuova unità di analisi dell’O2 è un sistema personalizzato che comprende un rimorchio mobile a temperatura controllata contenente l’analizzatore, un’unità di calibrazione, un’unità di trattamento dei gas e sistemi di essiccazione dell’aria. «Abbiamo progettato e costruito le nostre camere di scambio di gas per misurare lo scambio di CO2 e O2 dalla superficie del suolo e dai tronchi e rami dei faggi», aggiunge Knohl. Il sistema multi-camera è stato installato nel sito forestale di Leinefelde, in Germania, un bosco di soli faggi esistente da circa 140 anni. Il sistema è stato completamente automatizzato e controllato da un software personalizzato, effettuando misurazioni quasi continue degli scambi di CO2 e O2 durante un’intera stagione di crescita. La squadra ha anche allestito un nuovo sito sperimentale in un’azienda agricola vicino a Gottinga per misurare le fluttuazioni di O2, CO2 e protossido di azoto (N2O).
Scoperti dei flussi squilibrati
La principale innovazione di OXYFLUX è stata quella di unire i metodi di due comunità scientifiche: le misure di O2 ad alta precisione delle scienze atmosferiche e le misure di scambio di gas delle scienze degli ecosistemi. «Ciò è stato possibile grazie alla stretta collaborazione con il ricercatore Andrew Manning e il suo team, attivi presso l’University of East Anglia nel Regno Unito, con me e con una squadra di collaboratori davvero fantastica!», osserva Knohl. La squadra ha riscontrato notevoli squilibri nei flussi di O2 e CO2 provenienti da diversi componenti dell’ecosistema e da interi ecosistemi, il che implica, ad esempio, che la pratica comune di misurare solo la CO2 può potenzialmente portare a significative distorsioni della presunta «respirazione del tronco» degli alberi.
Unire le comunità scientifiche
Il progetto ha anche ispirato la formazione di una comunità emergente interessata al flusso di O2 terrestre, attraverso un workshop internazionale a Gottinga che ha riunito scienziati provenienti da Germania, Israele, Paesi Bassi, Regno Unito e Stati Uniti. «OXYFLUX è stato solo l’inizio di una nuova ed entusiasmante agenda di ricerca che il mio gruppo porterà avanti nel prossimo decennio», osserva Knohl, che sottolinea come sia stata dimostrata con successo la fattibilità di misurazioni ad alta precisione del flusso di O2 negli studi sugli ecosistemi. «Speriamo di ispirare un maggior numero di ecologi terrestri e scienziati dell’atmosfera a unirsi negli studi sull’O2, per comprendere meglio i fragili ecosistemi del nostro pianeta», aggiunge.
Parole chiave
OXYFLUX, ecosistema, ciclo del carbonio, terrestre, albero, tronco, rami, atmosfera, ossigeno, misurazione
