Când Foc salbatic fumul este în aer, medicii îndeamnă oamenii să o facă stai înăuntru pentru a evita respirația particulelor și gazelor dăunătoare. Dar ce se întâmplă cu copacii și altele plantelor care nu poate scăpa din fum?
S-ar putea să răspundă un pic ca noi, se dovedește: unii copaci își închid ferestrele și ușile și își țin respirația.
La fel de atmosferice și chimiști, studiem calitatea aerului și efectele ecologice ale fumului de incendiu și ale altor poluanți. Într-un studiu care a început din întâmplare când fumul a copleșit site-ul nostru de cercetare din Colorado, am reușit să urmăriți în timp real cum au răspuns frunzele pinilor vii.
Cum respiră plantele
Plantele au pori pe suprafața frunzelor numite stomate. Acești pori seamănă mult cu gura noastră, cu excepția faptului că, în timp ce inspirăm oxigen și expirăm dioxid de carbon, plantele inhalează dioxid de carbon și expiră oxigen.
Atât oamenii, cât și plantele inhalează alte substanțe chimice din aerul din jurul lor și expiră substanțele chimice produse în interiorul lor – respirație de cafea pentru unii oameni, arome de pin pentru unii copaci.
Spre deosebire de oameni, însă, frunzele inspiră și expiră în același timp, absorbind și eliberând constant gaze atmosferice.
Indicii de peste un secol de cercetare
La începutul anilor 1900, oamenii de știință care studiau copacii din zonele puternic poluate au descoperit că cei expuși cronic la poluarea cauzată de arderea cărbunelui granule negre care blochează porii frunzei prin care plantele respiră. Ei au bănuit că substanța din aceste granule a fost creată parțial de copaci, dar din cauza lipsei instrumentelor disponibile la acea vreme, chimia acelor granule nu a fost niciodată explorată și nici efectele asupra fotosintezei plantelor.
Majoritatea cercetărilor moderne asupra efectelor fumului incendiilor s-au concentrat asupra culturilor și asupra rezultatele au fost contradictorii.
De exemplu, un studiu asupra mai multor culturi și zone umede din California a arătat că fumul împrăștie lumina într-un mod care a făcut plantele mai eficient la fotosinteză și creștere. Cu toate acestea, un studiu de laborator în care plantele au fost expuse la fum artificial a constatat că productivitatea plantelor a scăzut în timpul și după expunerea la fum – deși acele plante si-a revenit dupa cateva ore.
Există și alte indicii că fumul de incendiu poate afecta plantele în moduri negative. S-ar putea să fi gustat chiar unul: Când strugurii sunt expuși la fum, lor vinul poate fi viciat.
Ceea ce face fumul toxic, chiar și departe de foc
Când fumul de incendiu de pădure parcurge distanțe lungi, fumul se gătește în lumina soarelui și modificări chimice.
Amestecarea compușilor organici volatili, a oxizilor de azot și a razelor solare va fi produce ozon la nivelul soluluiceea ce poate provoca probleme de respirație la oameni. De asemenea, poate deteriora plantele prin degradarea suprafeței frunzelor, oxidarea țesutului vegetal și încetinirea fotosintezei.
În timp ce oamenii de știință consideră de obicei regiunile urbane ca fiind surse mari de ozon care afectează recoltele în aval de vânt, fumul de incendiu este un îngrijorare emergentă. Alți compuși, inclusiv oxizii de azot, pot de asemenea dăunează plantelor și reduce fotosinteza.
Luate împreună, studiile sugerează că fumul de incendiu interacționează cu plantele, dar în moduri prost înțelese. Această lipsă de cercetare este determinată de faptul că studierea efectelor fumului asupra frunzelor plantelor vii în sălbăticie este dificilă: incendiile de pădure sunt greu de prezis și poate fi nesigur să fii în condiții de fum.
Cercetare accidentală — în mijlocul unui incendiu
Nu ne-am propus să studiem răspunsurile plantelor la fumul de incendiu. În schimb, încercam să înțelegem cum plantele emit compuși organici volatili – substanțele chimice care fac pădurile să miros a pădure, dar și afectează calitatea aerului și poate chiar schimba norii.
Toamna 2020 a fost un sezon prost pentru incendii de vegetație din vestul SUA și fum gros a venit printr-un teren unde lucram în Munții Stâncoși din Colorado.
În prima dimineață de fum intens, am făcut testul nostru obișnuit pentru a măsura fotosinteza la nivel de frunze a pinilor Ponderosa. Am fost surprinși să descoperim că porii copacului erau complet închiși, iar fotosinteza era aproape zero.
De asemenea, am măsurat emisiile de compuși organici volatili obișnuiți ale frunzelor și am găsit valori foarte scăzute. Aceasta însemna că frunzele nu „respirau” — nu inhalau dioxidul de carbon de care au nevoie pentru a crește și nu expirau substanțele chimice pe care le eliberează de obicei.
Cu aceste rezultate neașteptate, am decis să încercăm să forțăm fotosinteza și să vedem dacă putem „defibrila” frunza în ritmul ei normal. Schimbând temperatura și umiditatea frunzei, am curățat „căile respiratorii” ale frunzei și am observat o îmbunătățire bruscă a fotosintezei și o explozie de compuși organici volatili.
Ceea ce ne-au spus lunile noastre de date este că unele plante răspund la accese puternice de fum de incendiu prin oprirea schimbului lor cu aer exterior. Își țin respirația în mod eficient, dar nu înainte de a fi expuși la fum.
Emitem ipoteza la câteva procese care ar fi putut determina frunzele să-și închidă porii: particulele de fum ar putea acoperi frunzele, creând un strat care împiedică deschiderea porilor. Fumul ar putea pătrunde, de asemenea, în frunze și le poate înfunda porii, menținându-le lipicioase. Sau frunzele ar putea să răspundă fizic la primele semne de fum și să-și închidă porii înainte de a deveni mai rău.
Este probabil o combinație a acestor răspunsuri și a altora.
Impactul pe termen lung este încă necunoscut
Juriul este încă în discuție cât durează cu exactitate efectele fumului de incendiu și cum vor afecta evenimentele repetate de fum pe termen lung plantele – inclusiv copacii și culturile.
Cu incendiile în creștere în severitate și frecvență din cauza schimbarea climei, politici de management forestier și uman comportamenteste important să înțelegeți mai bine impactul.