Cerca de 40 por cento do interior do Alasca é sustentado por permafrost rico em gelo – terras permanentemente congeladas compostas de solo, cascalho e areia – unidas por gelo. Certas condições, como o aquecimento climático, intensificaram os incêndios florestais na tundra, que têm implicações profundas no degelo do permafrost.
A vegetação da superfície desempenha um papel dominante na proteção do permafrost do calor do verão, portanto, qualquer alteração na estrutura da vegetação, principalmente após incêndios florestais graves, pode causar um degelo dramático de cima para baixo.
Incêndios florestais graves removem a vegetação e a matéria orgânica do solo superficial, e a perda desse isolamento aumenta o fluxo de calor do solo e promove o degelo do permafrost. Esse degelo desencadeia o afundamento do solo e o desenvolvimento do termokarst (colapso da superfície do solo devido ao degelo do permafrost) e leva à inundação da água da superfície, mudanças na vegetação, mudanças no balanço de carbono do solo e emissões de carbono, todos impactando o aquecimento climático.
O sistema permafrost-fogo-clima tem sido um foco de pesquisa por décadas. Os efeitos em larga escala desses incêndios florestais na mudança da cobertura da terra, na resiliência pós-fogo e no subsequente assentamento do degelo permanecem desconhecidos. O assentamento do degelo é difícil de medir, pois muitas vezes não há quadros de referência absolutos para comparar com a mudança topográfica sutil, mas generalizada nas paisagens de permafrost.
Pesquisadores da Florida Atlantic University, em colaboração com o United States Army Corps of Engineers Cold Regions Research & Engineering Laboratory, e Alaska Ecoscience, analisaram sistematicamente os efeitos de seis grandes incêndios que ocorreram desde 2000 na planície de Tanana Flats, no interior do Alasca, em terra. mudança de cobertura, dinâmica da vegetação e subsidência ou afundamento do terreno.
Pela primeira vez, eles desenvolveram uma abordagem de conjunto baseada em aprendizado de máquina para quantificar o assentamento de degelo induzido pelo fogo em toda a Tanana Flats, que abrange mais de 3 milhões de acres (aproximadamente 1.250 km2). Os pesquisadores vincularam os dados do lidar repetidos no ar aos produtos Landsat de séries temporais (imagens de satélite) para delinear os padrões de assentamento de degelo nas seis cicatrizes de incêndio. Essa nova abordagem ajudou a explicar cerca de 65% da variação na mudança de elevação detectada pelo lidar.
Conclusões do estudo, publicadas em Cartas de Pesquisa Ambiental, mostraram que, no total, os seis incêndios resultaram em uma perda de quase 99.000 acres (aproximadamente 400 km2) de floresta perene de 2000 a 2014 entre quase 155.000 acres (aproximadamente 590 km2) de florestas influenciadas pelo fogo com vários graus de gravidade da queima. Os incêndios forneceram condições favoráveis para o desenvolvimento de arbustos (arbustos de baixo crescimento), resultando em uma cobertura comparável pós-fogo de matagal e floresta perene e aumento da invasão de matagal em áreas com vegetação esparsa.
É importante ressaltar que os pesquisadores não observaram o crescimento das florestas após 13 anos do incêndio mais antigo em 2001, com base nas observações do Landsat.
“Nosso estudo mostrou que vincular o lidar repetido no ar com os produtos Landsat é uma ferramenta encorajadora para a quantificação em larga escala do assentamento de degelo induzido pelo fogo”, disse Caiyun Zhang, Ph.D., autor sênior e professor do Departamento de Geociências da Faculdade de Ciências Charles E. Schmidt da FAU. “Como as medições de lidar aerotransportadas estão sendo feitas cada vez mais nas regiões de permafrost do norte, nosso método é um meio valioso de projetar mudanças de elevação em cicatrizes inteiras de incêndio em paisagens afetadas pelo permafrost uniformes usando técnicas de aprendizado de máquina orientadas por dados”.
O Tanana Flats, que abrange mais de 6 milhões de acres (aproximadamente 2.500 km2), é representativo da paisagem de planície ao sul de Fairbanks, no interior do Alasca. Consiste em um mosaico complexo de ecossistemas livres de permafrost e permafrost ricos em gelo e é um viveiro de termocarste. Grande parte do terreno faz parte de uma área de treinamento militar administrada pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos.
Para o estudo, os pesquisadores avaliaram três algoritmos de aprendizado de máquina comumente usados, incluindo rede neural artificial, máquina de vetor de suporte e floresta aleatória para modelagem de assentamento de degelo induzido por incêndio.
“O aprendizado de máquina tem sido amplamente aplicado para modelagem em geociências”, disse Zhang. “A ideia é que cada algoritmo tenha seus prós e contras, e uma análise conjunta de modelos comparativos pode produzir uma estimativa mais robusta do que a aplicação de um único modelo”.
Espera-se que os aumentos atuais e futuros projetados na temperatura média anual do ar, na duração da estação de crescimento do verão e na gravidade e extensão dos incêndios florestais levem a um papel cada vez mais dominante dos incêndios florestais nos ecossistemas de permafrost.
“Mapear o assentamento de degelo como resultado de incêndios florestais é crítico, uma vez que está associado ao desenvolvimento subsequente de termocarste, acúmulo de neve, hidrologia, mudanças de vegetação e mudanças proporcionais na troca de água, energia e gases de efeito estufa terra-atmosférica”, disse Zhang. “A combinação de sensores lidar aéreos ativos com sensores ópticos espaciais passivos permitirá aos cientistas medir áreas amplas e extensas afetadas por incêndios florestais em regiões frias, especialmente com o aquecimento climático e o aumento de eventos de incêndio”.
Esta pesquisa foi financiada pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Engenheiros, Escritório do Programa de Pesquisa Aplicada para Instalações e Ambiente Operacional e Programa de Pesquisa Básica (PE 0601102/AB2), Programa Estratégico de Pesquisa e Desenvolvimento Ambiental do Departamento de Defesa dos EUA (projetos RC2110 e RC18-1170) e o Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências, Programa de Ciência do Sistema Ambiental (0000260300).
Os co-autores do estudo são Thomas A. Douglas, Ph.D., um químico pesquisador e cientista sênior da Pesquisa e Engenharia das Regiões Frias do Exército dos EUA; David Brodylo, um Ph.D. aluno do Departamento de Geociências da FAU; e M. Torre Jorgenson, Alaska Ecoscience.
Com informações de Science Daily.