Kan Amazon lagre planeten?


Neill Prohaska, en Ph.D. student ved University of Arizona, stiger opp et tre i Brasils Tapajós National Forest for å installere en overvåkingsenhet i treets baldakin. Senere en ettermiddag i oktober møtte Scott Saleska en weirder enn vanlig velkommen til den fjerntliggende brasilianske forskningsstasjonen han hadde kommet til i 17 år for å studere hvordan Amazonas regnskogen puster. Anko

Neill Prohaska, en Ph.D. student ved University of Arizona, stiger opp et tre i Brasils Tapajós National Forest for å installere en overvåkingsenhet i treets baldakin.

Senere en ettermiddag i oktober møtte Scott Saleska en weirder enn vanlig velkommen til den fjerntliggende brasilianske forskningsstasjonen han hadde kommet til i 17 år for å studere hvordan Amazonas regnskogen puster. Ankommer ved foten av et fløytårn på 67 meter som skjærer seg opp gjennom regnskogens baldakin, klippet han klatreren til en galvanisert stålkabel og startet opp. Ved å dra elektroniske reservedeler i en haulbag, steg Saleska med rung på vei for å feilsøke to funksjonsfeil sensorer klammet høyt på den trekantede strukturen, som måler bare 18 centimeter bred på hver side og stiger som en vertikal proboscis over den frodige grønne skogen .

Den tørre sesongen var normalt i full kraft nå, men da Saleska nådde toppen av jungel lynstangen, så han en skarp grå bølge som krasjet mot ham og målrettet mot galvanisert stålspire som han stod på. Fryktet en lynnedslag som en som nylig hadde stekt noen av tårnets instrumenter, forkledd Saleska og knuste hans sele akkurat som en monsunskvalitet nedslått oversvømmet forskningsstasjonen med en timeslang tropisk deluge.

Den unseasonable stormen var bare den første slag i Saleska's siste bane av Amazon-feltarbeid, et forsøk bestående av like deler logistikk, banebrytende vitenskap og gambiarra, et brasiliansk portugisisk ord som betyr egentlig hva MacGyver gjør når han improviserer seg ut av tøffe situasjoner med hans elskede sveitsiske hærkniv og en rulle av duct tape.

Det primære målet med Saleskas forskning er å vurdere konsekvensene av klimaet dilemmaet vi er i hovedsak, for å kartlegge Amazonas respiratoriske tilstand ved å bruke vesentlig mer sofistikerte verktøy enn MacGyver noensinne har hatt: soniske anemometre for mikro-meteorologiske målinger, spektroradiometre å måle bladalder og håndholdte porometre som måler vannmengden som fordampes fra overflatene av de enkelte bladene.

Saleska har valgt dette stedet for å gjøre sitt arbeid fordi verdens største sammenhengende regnskog inneholder ledetråder som kan hjelpe forskere til å diagnostisere konsekvensene av jordens endrede vitale tegn. Ved å ta ulike målinger av jungelens livsopprettholdende funksjoner, som for eksempel vanntap og karbonopptak av individuelle blader under fotosyntese, og kryssreferanse på stedet-målinger av bladproduksjon mot satellittbilder, skaper Saleska og hans mange samarbeidspartnere et detaljert portrett av Amazonas biogeokjemiske funksjoner - som Saleska setter det, "fra blad til landskap".

Denne økologiske forskningsstasjonen i Tapajós National Forest i Nord-Brasil har vært bokstavelig talt medvirkende til å hjelpe Saleska og hans multinasjonale kolleger å utforske tre viktige og sammenhengende vitenskapelige spørsmål: Hvilke faktorer styrer karbondioksid og vanndampstrømmer, eller bytter mellom skog og atmosfære under "normale" sesongmessige tørrperioder og i ekstreme tørkeperioder av El Niño år? Hvordan vil klimaendringer påvirke Amazonas skogs evne til å absorbere atmosfærisk karbon, inkludert økt karbon fra fossilt brensel som forårsaker at planeten blir varm i første omgang? Og hvordan vil tilbakemeldinger fra disse endringene endre miljøsystemer og mønstre rundt om i verden?

Klimaforskere kan nå projisere med sikkerhet at en stadig varmere verden vil produsere mer ekstreme værmønstre som har potensial til å dramatisk påvirke livscyklusen til tropiske skoger. Høyere temperaturer vil trolig tørke ut noen deler av regnskogen og bidra til hyppigere tørke og katastrofale brannfeller. Forstyrrede skoger som er logget, eller skoger som Tapajós som allerede er relativt tørre på grunn av deres plassering, kan oppleve økte stressorer på trehelsen som reduserer skogens evne til å absorbere CO 2 .

Spørsmålet er, "Hvordan, og hvor mye?"

Blant Saleska overraskende funn er det tegn på at denne delen av Amazonas regnskog pleier å "grønne opp" og fortsette å absorbere karbondioksid selv i tørrperioden - faktisk trærne her absorberer mer karbon i tørrperioden enn i den våte sesongen. En implikasjon for dette er at skogen kan være mer motstandsdyktig enn tidligere antatt i møte med minst noen av endringene klimaforskere og økologer forutsier som planeten varmer.

Det er de gode nyhetene. For at dette skal skje, må Amazonas regnskog imidlertid overleve utbredt landretting samt de stigende temperaturene som forventes å nå nivåer innen slutten av århundret som regionen ikke har sett på 10 millioner år. Nøyaktig hvor er tippestedet hvor klimaendringer ville føre til at skogen blir kilde i stedet for et depot eller synke av atmosfærisk karbon? Det er et spørsmål Saleska og hans medarbeidere prøver å svare på.

Et tre faller i skogen

Selv under ideelle omstendigheter varierer feltforskning fra det vanlige til det vanskelige, enten i den tropiske regnskogen, norske arktiske eller i Colorado's Rocky Mountains, hvor Saleska også fungerer. For å generere alt som er nyttig fra en felt sesong i Amazonas, må forskerne ha de vanlige trekkene til utholdenhet, stædighet, utholdenhet, ressurssterkhet, fysisk utholdenhet, tålmodighet og en enorm evne til å transformere abstrakte datapunkter til original tankegang og innsiktende analyse.

For Saleska s brasilianske regnskog arbeid, legger han til en annen pakke med jobbeskrivelser til sin hovedoppgave som professor i økologi og evolusjonær biologi ved University of Arizona i Tucson: logistikk koordinator, dataprogrammerer, elektroingeniør, human resources ekspert, diplomat, budsjettadministrator, lingvist, klatrer, og på denne slutten av oktober dagen, lumberjack.

Etter å ha kommet ned fra flussårnet akkurat som stormen slått, hang Saleska opp sin sele for dagen. Med sin brasilianske kollega, 33 år gamle Kleber Silva Campos, i passasjersetet, kjørte Saleska ned den 8 kilometer lange skredsporet som førte til en to-veis asfaltvei, noe som ville ta dem til Relativ komfort i lagets "base camp" -forbindelse, en annen halv times kjøretur fra Tapajós skogs inngang.

Da han kjørte, vendte Saleska til Silva Campos, en lokal som nylig hadde fullført sin mastergrad i miljøvitenskap i nærliggende Santarém ved Federal University of Western Pará, kjent av sin portugisiske akronym, UFOPA. I Pidgin Portuguenglish sa de to sammen med hverandre, sa Saleska stille han håpet at det ikke hadde gått trær over veien under nedspillet. Silva Campos retorted, " Não fala assim ", som oversetter til "Ikke si det!"

Ikke hundre meter senere kom de over to Cecropia- trær som hadde gått over det gjørmete sporet under stormens første del, som ennå ikke hadde sluppet opp. Med det crepuskulære lyset som spredte seg med tropisk hastighet, om å legge til mørkhet til dryppende fukt, tok Saleska og Silva Campos lager. De hadde en machete i bilen, som virket som et comically undersized verktøy for å hugge gjennom de fallne trærne, hver diameter på en telefonpinne. Det var en av og til fungerende motorsag i grunnleiren 24 kilometer unna, men ingen pålitelig måte å kommunisere med noen der, selv om en bil var tilgjengelig. I bilen var det ikke et tau som var sterkt nok til å trekke dødsfallet.

Som Silva Campos kjørte tilbake til flux tårnet for å hente en andre machete, begynte Saleska å hacking. Tepid regn cascaded fra en tilsynelatende uendelig kilde, og det omsluttende mørket skrek ekvatorial trussel. Etter den nattlige stafetten droppet, ble et riot av squawks og chirps blandet med regn spatter, og skaper et multi-sensorisk skogsorkester komplementert av den muggen duften av regnvannede blader og nedbrytning.

Det var svakt beroligende å vite at jaguarer sjelden angriper mennesker, og at de mest giftige gropene, svarte skorpioner, ulvspinnene, hvite knyttede tarantler og brasilianske tusenfugler som kaller dette skoghjemmet, har en tendens til å holde seg unna store rydder.

Trærne hadde falt på en perfekt vinkelrett akse på veien, noe som medførte at det skulle være nødvendig å kile to pauser i koffertene for å la bilen passere. Silva Campos, som hadde vokst opp i en nærliggende landsby, kom tilbake med den andre machete og arbeidet som en maskin, hacking non-stop med strategisk vinklede koteletter hvert par sekunder. Saleska, svingende med intet mindre hensikt, men kanskje litt mindre øvelse, var bare en tredjedel av veien gjennom hans side da Silva Campos hadde brutt seg gjennom hans.

Svette, men unruffled, pauset Saleska og påkalte Archimedes, den gamle greske fysiske faren, for å planlegge neste skritt. "Hvis jeg hadde en spak stor nok, sa Archimedes berømt, " Jeg kunne flytte jorden. "

De kledde machetene og konstruerte et system av førindustriell mekanisk fordel, ved hjelp av en stub som et sving og et mindre tre som en spak. Håndtaket snappet. Som Archimedes kanskje har foreslått, trengte de en større spak.

Til tross for tilbakeslaget fjernet de to til slutt dødsfallet, og utmattet, svett, og gjennomvåt til porene, dukket opp fra regnskogen.

Etter en kort stopp på base camp, kjørte Saleska deretter en time til Santarém for å delta på et Halloween-parti som var vert for sine brasilianske kolleger. De hadde alle samlet seg for å velkommen "Scotchy" (som navnet Scott er uttalt her) tilbake til Amazonas.

En karbon trove i trøbbel

Siden den britiske naturforskeren Alfred Russel Wallace reiste til Santarém på 1850-tallet for å studere livet i "litt langt land hvor endeløs sommer regjerer", har Amazon imponert forskere fra en rekke fagområder. Geografisk strekker regnskogen seg over ni land og er to tredjedeler av kontinentalsamfunnets størrelse. Økologisk er den vert for den mest fecundede biologiske mangfoldet på planeten: 20 prosent av verdens fuglearter, mer enn 400 pattedyrarter, 40.000 plantearter og to og en halv million identifiserte insektsarter - for ikke å nevne utallige andre hvirvelløse dyr og mikrobial og sopp livsformer. Hydrologer vet at Amazon-elven, uten tvil den største vandige arterien på planeten, gir en femtedel av alt ferskvann som strømmer inn i havene, mer enn de neste åtte største elvene i verden kombinert. Biofysikere anslår at en tilsvarende mengde vann strømmer oppover fra regnskogen, hvert tropisk tre pumper en geyser av vann inn i atmosfæren, og bidrar til å drive den globale vannsyklusen.

Hvis feltet ditt er biogeokjemisk økologi, som Saleska beskriver sin hybridforskningsdisiplin, inneholder Amazonas en "skattekiste av karbon og vanninteraksjoner."

Biogeokemisk økologi forsøker å forklare de komplekse utvekslingene og relasjonene som foregår i den naturlige verden, i hovedsak for å bestemme hvordan kjemikalier og biologiske systemer samhandler for å opprettholde livet. De fleste av oss gir liten tanke til de små porene, kalt stomata, på overflaten av et blad. Men disse åpningene virker som små munn, slik at bladet kan forbruke karbondioksid og slippe vann ut. Gjennom fotosyntese bruker bladet solens energi til å konvertere CO 2 til sukker og komplekse karbohydrater som anlegget bruker til å drive sine funksjoner og bygge dets strukturer. Når planten er fotosyntetiserende, frigjør den oksygen; når det brenner sukker, produserer det CO 2 . De samme prosessene på jobb i et enkelt blad er på spill i hele skogen, biomet og planeten.

Men alt begynner med bladet.

Hvert blad er sin egen biogeokjemiske fabrikk, og produserer en rekke interaksjoner som bidrar til å drive globale vann- og karboncykluser. Saleska jobber - og det som er av kollegaene - er å ta det de ser på og måler i skogen, og finne ut hvordan disse enkeltblads- og single-plant-interaksjonene "skaler opp" for å skape globale virkninger som påvirker livet på jorden, nå og inn i fremtiden.

Amazonas biogeokjemiske utvekslinger er viktige på flere fronter. For det første betyr regionens uendelig, uovertruffen biologisk mangfold og en kritisk rolle i planetens karbon- og vannsyklus at det som skjer i Amazonas ikke blir i Amazonas. Skjebnen til denne og andre tropiske skoger er nært forbundet med skjebnen til den raskt skiftende planeten i antropokenen, den nåværende geologiske alder der mennesker har blitt en dominerende kraft som påvirker jordens klima og miljøprosesser. Ettersom økninger i globale temperaturer frigjør økologisk og meteorologisk kaos rundt om i verden, forstår hvordan denne ikoniske biomaskinen har blitt viktigere enn noensinne.

"Vi har en stor oppgave å forbedre vår vitenskapelige kunnskap om økosystemet, " sier José Mauro S. Moura, professor i biogeokjemi ved UFOPA, som har jobbet med Saleskas gruppe. Denne oppgaven er enda pressere fordi den brasilianske Amazon-skogen har krympet seg med rundt en femtedel siden 1970 på grunn av storskala landforstyrrelser, spesielt de som skyldes logging og industriell jordbruk av avlinger og storfe. "Vi vet allerede at det ikke er et bra sted å plante soyabønner, " fortalte han meg om et måltid av pirarucu, en gigantisk Amazon River-fisk, på en restaurant i nærheten av Santarém.

Moura satte gaffelen ned og la til: "Vi vet også at det er et veldig bra sted for en skog."

Til fluss tårnet

For å komme til dette forskningsstedet, omtrent 350 kilometer sør for ekvator, er det et multi-hop-fly fra hvor du begynner i Nord-Amerika til Santarém. Fra Santarém flyplass er det en annen time sørover med bil på en landlig to-veisvei, som passerer stadig mindre landsbyer spredt med lojas (små butikker), borracharias (reparasjonsbutikker) og churrascurias (grillbuffeer), nesten alle som har egen skygge veranda. Etter hvert som menneskelige bosetninger er tynne, følger veien den frodige grensen til en beskyttet skog til høyre, og en raser skog som er plantet med soya og maniok til venstre.

Ved inngangen til Floresta Nacional de Tapajós stopper en væpnet vakt med et utklippstavle oss ved en låst gate. Vaktmannen, som overvåker ikke bare vitenskapelig tilgang, men også potensielle ulovlige loggere, hilser Saleska med et varmt håndtrykk og åpner porten.

Forskningsgruppen består i dag av maskinmaskinen Silva Campos og 32 år gammel Deliane Penha, PhD-student ved UFOPA. Silva Campos hovedoppgave er å opprettholde flux tårnens infrastruktur og instrumenter, mens Penha samles innom data på strømmen av vann gjennom skogens trær. Hun gjør det ved å ta målinger av individuelle blader mens de er suspendert fra hengende gangveier spredt gjennom forskningsstedet. Det tredje medlemmet i teamet er Neill Prohaska, en 36 år gammel PhD-kandidat i Saleska's lab i University of Arizona's Department of Ecology and Evolutionary Biology. Prohaska avhandling fokuserer på sesongmessige sykluser av fotosyntese og respirasjon. Hans treklatring gjør det mulig for ham å installere overvåkingsenheter hundre meter over skogsgulvet og ta målinger direkte fra trekroner, noen ganger mens de er øye med øynene med områdets huber og capuchinaber.

Scott Saleska og Neill Prohaska jobber på toppen av et 220-fots høyt fluxtårn høyt over regnskogens baldakin (til venstre ); Neill Prohaska tar en pause høyt i regnskogens baldakin. Klatring i disse trær krever en enorm innsats, særlig på grunn av høy luftfuktighet og varme ( høyre ).

Den 600.000 hektar (2300 kvadratkilometer) Tapays skog administreres av Chico Mendes institutt for bevaring av biologisk mangfold, oppkalt etter miljøaktivisten som ble myrdet i 1988. Den sitter mot Amazonas nordlige kant regnskog, noe som betyr at det er tørrere enn andre regnskogsområder. På grunn av sin relativt lange tørre sesong, omtrent like lang som den våte sesongen, kan det være en harbinger for en varmere fremtid som forventes å produsere varme, tørre forhold, her og andre steder i tropene.

I tillegg til de daglige fysiske utfordringene i Amazon-forskningen, skifter politiske prioriteringer og finansieringsproblemer florerer. Byggingen på flussårnet begynte i 1999, et samarbeid mellom NASA og det brasilianske romfartsselskapet INPE. Tårnet har hatt en rekke velgørere siden da, inkludert National Science Foundation. I dag finansieres det gjennom et partnerskap mellom Saleska's lab (finansiert av det amerikanske energidepartementet og andre kilder) og den brasilianske regjeringens LBA, storskala biosfæren-atmosfæreeksperiment i Amazonia. Men den situasjonen er i flux som en nylig politisk krise i Brasil har sendt krusninger gjennom hele landet, og forårsaket en omorganisering av sine nasjonale vitenskapelige finansieringsorganer. Saleska egen finansiering er avhengig av å opprettholde en strøm av forskningsstipendier i et stadig vanskeligere innenlandsk finansieringsmiljø.

Feltforskningsstasjonens midtpunkt er det svevende flussårnet, omgitt av et låst gult kjedeledd gjerd for å hindre uautoriserte besøkende. Stramme fyrledninger strekker seg ut i fire retninger, og holder spire på plass (med et uhellig unntak i 2006, da et tre falt på flere ledninger og strukturen bøyde i to, som en utøver som tok en bue).

Fluss tårnet er lastet med en rekke sensorer designet for å spore flux-bevegelsen av en gass inn i eller ut av et rom med CO 2 og vanndamp fra skoggulvet til over skogen, som er gjennomsnittlig ca 45 meter ( 148 fot) høyt. Sensorer måler CO 2 og H20-konsentrasjonene 8 ganger per sekund i flere høyder langs tårnet, og overvåker også daglige og sesongmessige svingninger.

Forskningsstasjonens nervesenter består av to små limegrønne betongvegger, som kontinuerlig er luftkondisjonerte for å beskytte datainnsamlingssystemene fra lammende tropisk fuktighet og varme. Instrumentene drives av en dieselgenerator som ligger en kilometer unna, med en høyspenningsledning som går gjennom svart plastledning langs skitten som en lang, bølgende python.

Spredt i ett shack er en rekke ledninger, ledninger, kontakter, og selvfølgelig datamaskiner for å behandle og lagre data fra tårnets system. Det andre shacket er fylt med kabler, reservedeler, og det ser ut som et søvn og redningstruppes arsenal av klatrereseler, tau, karabinere og annet fjellklatretøy, som aldri er ment å brukes til å skalere 45 meter. guaruburana trær.

Endelig er området rundt fluxtårnet booby-fanget med vitenskapelige måleinstrumenter, fra 10 meter dype pits som brukes til å måle jordfuktighetsinnholdet til en rekke tremonterte soldrevne enheter som måler lyskvalitet i skogen dangler fra trær som ujevn frukt.

Øke en øyenbryn

Den 53 år gamle Saleska er en hybrid mellom en rommelig, absent-minded professor og kanskje Indiana Jones litt mindre swashbuckling eldre bror. Saleska ble reist i Milwaukee, sønn av en unitarisk minister. For ham vokste opp mer om vitenskapsmesser enn fotballspill. Han minnes om sin tidligste interesse for vitenskap, kan ha funnet uttrykk, ganske bokstavelig talt, ved å lære å etterligne Leonard Nimoy s Vulcan-karakter Dr. Spock i Star Trek . Spock, vitenskapsansvarlig for Starship Enterprise, kunne øke ett øyenbryn for å uttrykke sin forvirring på menneskelig dårskap. Det var noe han gjorde ofte som det smarteste vesen på romskipet.

Ved 12 år var Saleska allerede "tinkering", og gjorde slike ting som å skille ut sin familie vaskemaskin og sette den sammen igjen. I videregående skole hadde han vellykket mål for å delta på MIT, hvor han ville ha stor fysikk. Han ble interessert i skjæringspunktet mellom vitenskap og politikk under debattene av klorfluorkarbon (CFC) fra 1970-tallet, et tilfelle hvor vitenskapelig funn om trusler mot menneskeheten fra et voksende ozonhull førte til rask global handling.

Saleska jobbet som en energianalytiker i Ralph Naders offentlige borger, og som konsulent for Miljøvernstyrets naserende Global Change Division. Han deltok på Universitetet i California, Berkeley for doktorgradsarbeidet i universitetets Energi- og ressursgruppe. Der møtte han John Holdren, som ville bli president Obamas vitenskapsrådgiver, og som Saleska sier hadde en dyp innvirkning på ham. "Holdren snakket alltid om" vitenskap i tjeneste for menneskeheten ", " hevder Saleska.

Mens han var på Berkeley, deltok Saleska i et seminar ved å besøke Harvard professor Steven Wofsy, som hadde gjort tidlig flux tårn arbeid i Massachusetts 'Harvard Forest, ca 110 kilometer (68 miles) vest for Boston. Saleska brent sin allerede imponerende akademiske stamtavle ved å gjøre en postdok med Wofsy, så kom han inn i bokstavelig talt i første etasje av det nye flussårnet i Tapajós. Da Saleska først kom til stedet i 1999, minnes han, tårnet var ingenting annet enn "en innsats i bakken."

Vask eller kilde?

Dagen etter den regntrenede machete fest, kjørte vi tilbake til tårnet og Saleska verbalt roamed gjennom noen vitenskapelig historie og filosofi som gir sitt arbeid kontekst. Den vitenskapelige forståelsen at menneskelige aktiviteter kunne påvirke det globale klimaet begynte i midten av 1800-tallet, sa han, med funn av Joseph Fourier og John Tyndall. Dette var rett rundt samme tid som Charles Darwin og Alfred Wallace formulerte evolusjonsteorien - og Wallace reiste Amazonas.

Det ville være nok 100 år før Charles David Keeling begynte å bygge et langsiktig datasett på 1950-tallet på Hawaii's store øy som definitivt viste økende nivå av karbondioksid i atmosfæren. Dataene vil forandre løpet av vitenskapelig historie.

Keeling-målinger viste sesongmessige skift i nivåer av atmosfærisk karbondioksid, som falt under den nordlige halvkulefjæren på grunn av økt fotosyntese, og steg igjen i vintermånedene da skogene stoppet fotosyntetiseringen. Enda viktigere, i løpet av flere tiår, viste "Keeling-kurven" også en markert oppadgående bane av atmosfærisk karbondioksid - fra 315 deler per million i 1958 til mer enn 405 deler per million i vinter.

Denne tilstrømningen av CO 2, i stor grad fra brenning av fossile brensler, kombinert med tap av skogsdekning og andre landstøtninger, samt stor menneskelig befolkningsvekst, oppstod en kaskade av raske endringer i jordens systemer, fra rekordinnstilling av globale gjennomsnittstemperaturer og rask iskjell smelter til dramatiske skift i oppførsel, distribusjon og levetid til utallige organismer over hele verden.

Når Saleska begynte sin karriere, raste en debatt i vitenskapelige kretser: Var regnskoger kilder eller synker, enten slippe karbon inn i atmosfæren eller suger den opp som gigantiske, løvrike svamper? "Ingen visste virkelig hva skogen gjorde, " sier Saleska. Hvordan påvirket bevegelsen av karbondioksid inn og ut av individet på forskjellige tider av dagen, på forskjellige tider av året og fra år til år, påvirker denne kritiske ligningen, spesielt når forholdene endret seg i en oppvarmingsverden?

Måten å finne ut det, trodde Saleska, å etterligne den beryktede bankrøveren Willy Sutton, som sa at han ranet banker fordi "det er her pengene er." For Saleska, interessert i hva CO 2 gjorde i en forandringsverden, bestemte seg for at han måtte være der karbonet var: Amazonas regnskog.

Bryter ny bakke

Etter at fluxtårnet ble funksjonelt i 2000, måtte Saleska ikke vente lenge for å samle inn nok data for å skape et vitenskapelig sprut. I 2003 var han hovedforfatter av et papir i den prestisjetunge journal Science som utfordret skogsøkologi ortodoksi. Konvensjonell visdom hevdet at det i tørre årstid (høst og vinter på den nordlige halvkule) går sakte eller til og med opphører deres fotosyntetiske prosesser, og absorberer dermed mindre atmosfærisk karbondioksid.

Men målinger som kommer fra flux tårnet fløy i møte med disse forventningene. I Tapajós indikerte tidlige målinger at mange av skogens trær faktisk ble "spyling" eller voksende nye blader i tørrperioden - og derfor fotosyntetiserer til enda høyere priser på den tiden av året enn i den våte sesongen . Også i denne bredbladede, eviggrønne tropiske skogen syntes lyset å være en viktigere faktor enn nedbør i skogens fotosyntetiske dans. Forutsetningen var at tropiske skoger ville være svært tørkefølsomme, siden de hadde grunne røtter og ikke kunne få tilgang til dypere grunnvann.

Målingene av tørsesongspyling var så overraskende, sa Wofsy, Saleskas postdoktorale rådgiver ved Harvard, at Saleska og teamet begynte å gjøre hva en god forsker burde: "Prøv å ødelegge dataene." De så etter anomalier eller gjenstander. som kanskje har gått inn i instrumentkalibrering, eller i analysen av disse målingene. "Når du får et motsatt resultat, ser du litt vanskeligere ut, " sa Wofsy, i et telefonintervju fra sitt kontor i Cambridge, Massachusetts.

Det viser seg at den konvensjonelle landskapsøkologien visdom om sesongbasert bladproduksjon hadde blitt avledet fra tempererte (midtre breddegrad) skoger og fra satellittmålinger, og disse dataene ble bakt inn i globale klimamodeller. Saleska arbeid ga en ny måte å se på regnskogen, som sendte noen globale klimamodellere tilbake til sine superdatamaskiner for å tenke på deres landskapskalve karbonstrømmer. "Modellere og satellittfolk liker ikke å bli fortalt at deres ideer er opp ned, " sa Wofsy. "Det viser seg at skogen vokser som gangbusters i tørrperioden."

Vitenskapspapiroverskriften, med Saleska som hovedforfatter, var uskadelig nok: Karbon i Amazoneskoger : Uventede årstidsflusser og forstyrrelsesinducerte tap . Men det hjalp med å kartlegge en ny retning i feltet, og oppfordret Saleska til å fortsette å komme tilbake til Tapajós.

Luftgambiarra

Da vi nådde feltstasjonen på dag to, klatret Saleska tårnet for å feilsøke utstyrssviktene. Prohaska, doktorgradsstudenten og mesteren av luftgambiarra, ga meg en omvisning på forskningsområdet. Han anbefalte meg å sette på mine nyoppkjøpte snake gaitere for å beskytte mine ytre ekstremiteter fra bushmasters (en art av gropviper) og andre giftige skogens innbyggere.

Prohaska er en Tucson-innfødt som begynte å klatre klokken 15, jobbet deretter som forsker og industriell klatrer for Biosphere 2 før han tok på seg klatringskompetanse som rigg for sirkuser og konserter. Han kom til Saleska's Tapajós mannskap som tekniker mens han jobbet på en mastergrad i latinamerikanske studier, før han begynte sin PhD i økologi og evolusjonær biologi. Flytende på portugisisk, gjør Prohaska alt fra å finne fungerende minibanker i Santarém hvor han kan ta ut penger for å betale for generatorbrensel for å samle dyrt forskningsutstyr tilbake fra tilbakevendende tolltjenestemenn.

Prohaskas høyflygende ferdigheter har gjort det mulig for ham å sette opp et bemerkelsesverdig nettverk av gangveier 30 meter over skogsgulvet. Han skyter slingshots og crossbows med fiske linje festet for å få sin første tilgang til høye lemmer som er i stand til å holde sin vekt. Han bruker deretter linjen for å trekke tauene opp i baldakinen, teste styrken på lemmer som han gjør. Når han er klar til å forlate skoggulvet, klatrer han med uhøflig fart ved hjelp av fjellklatrer som kalles jumarer festet til nylonbinder som han bruker til å koordinere føttene og armene i en ballet vertikal dans.

For å fullføre vår tur, førte Prohaska meg ned en 200 meter lang promenade til "walkup tower", som ser ut som en usikker stabel frittstående stillas som stiger nesten 140 meter over skogsgulvet, høyere enn nesten alle høyeste trær. En anomali bryter den endeløse sjøen av grønt: Stiger over baldakinen på flussårnet et par hundre meter unna, vi kunne se Saleska silhouettet mot det kommende skumringen, og fortsatt fla med instrumentene.

"En øvelse for helvete"

Å holde alle disse sensorer, datamaskiner, omformere, spenningsregulatorer, klimaanlegg og generatorer som kjører, er en konstant kamp mot ekvatorial entropi. Mugg, rust, strømbrudd, regn og insekter som spiser gjennom isolering av gummihjul, skaper alle hindringer for å samle disse små byggeklossene av vitenskapelig funn.

Saleska, ned fra tårnet, satte seg i luftkondisjonerte shack med Silva Campos, henget over en datamaskin på en tøystol. Enheten som måler vindhastigheten hadde vært feil, som hadde en annen sensor utformet for å måle de relative mengdene vanndamp og karbondioksid. Til slutt hadde de redusert et problem til en defekt ledning eller en feilaktig kontakt.

Saleska tinkered med et kretskort, erstatter en ødelagt komponent. Jeg snakket med at han plutselig skulle bli en elektroingeniør og en økolog, og han sa utenom det, vel, EE var hans mindre hos MIT. Han kodet deretter den nye informasjonen inn i datamaskinen.

Utenfor i dryppvarmen sluttet Penha og Prohaska inn i klatreteler som ble drept med låsende karabinere, stigende enheter, nedadgående enheter, nylonbinder, et bladporometer for Penha for arbeidet sitt med måling av vanndampbytter og Prohaska's hyperspektrale kamera, som måler bladets sammensetning. Vitenskapsmennene sniker seg ikke når de er på bakken, og mygghodet nett når de er i trærne, mer for gnagene som kan bære leishmaniasis (en parasittbåret hudsykdom) enn for myggene, som kan bære malaria og Zika.

Penha fullførte sin mastergrad i miljøvitenskap og flyttet til landsbygda med ektemannen og to barn for å undervise i videregående biologi, da skogen og Saleska's lab-beckoned. I begynnelsen sa Penha at hun hadde reservasjoner om å jobbe med utlendinger, som hun fryktet ville utnytte henne som en lokal kilde til billig arbeidskraft.

Så møtte hun Saleska og Prohaska, og hennes mening endret seg raskt. Hun likte hvordan de søkte sin mening om hvordan de skulle organisere sitt eget arbeid. Likevel husket Penha at den første dagen som klatret opp til Prohaskas perches i baldakinen, føltes som en "repetisjon for helvete", siden hun fryktet høyder mer enn treslangene og edderkoppene som nå er hennes daglige følgesvenner.

Penha sier at som et barn som vokser opp i Amazonas, virket skogen ikke bemerkelsesverdig for henne. Men jo mer hun studerte det, desto mer sjarmerte økosystemets intricacies henne. Nå sier hun, "Hvert lille stykke er overraskende."

Penha måler bladets hydrauliske funksjoner. Feltdager begynner klokken 3, når hun går opp og klatrer til de hengende gangveier, som varierer fra 18 til 36 meter fra skogsgulvet, og er så mye som 40 meter. Fra kl. 04.00 til kl. 20 tar hun hennes porometer og krysser to forskjellige gangveier, tar fire målinger på hvert blad, fem blad per tre, 14 trær om dagen, hver to timer. Som legger opp til 280 separate målinger per dag som kollektivt fanger bevegelsen av CO 2 i og vanner ut av bestemte blader over tid. Det er en mektig, intensiv prosess, minst sagt, men det er også en viktig byggestein i Saleska-laboratoriet.

For å hjelpe til med å fullføre sammenhengen mellom bladet og landskapet, tar andre forskere mål på bladkullmengde på skoggulvet, leser dendrometerbåndene for å kartlegge vekst i stammen, ta lasermålinger av trekrone-reflektivitet og utføre spektrale undersøkelser av bladspyling. Å ha nøyaktige mikrodata, for eksempel hvordan individuelle stomata i et blad absorberer karbondioksid og slipper vann i løpet av en dag, er den typen jordbaserte som legger til forskernes forståelse av livssyklusen til blader, trær, og skogen som helhet.

Til slutt kan denne informasjonen skaleres opp, kryssreferert med satellittdata, og brukes til globale klimamodeller. "Det er så viktig å få dataene fra disse flux tårnene, " sier Michela Figueira, en biologi professor ved UFOPA. Dataene som Saleskas lag samler "maler et detaljert bilde av hva som virkelig skjer i skogen, "

De dataene, sier Figueira, forblir ikke i en vitenskapelig silo. En av Saleska sine gaver, sa hun, er at han ikke sitter fast i ett felt. Han har denne oppfatning av hver prosess for å hjelpe ham med å forstå for tårnmålingene. "Andre målinger, inkludert satellittdata, er viktige, sier hun, men" Scotch vet at du ikke bare kan ta et bilde og si, "ok skog er sånn. '"

Neste dag klatret Prohaska til et høyt lem på et 40 meter (130 fot) tre, og brøt plutselig inn i et fritt hengende twerk. "Aaaaaaants, " ropte han, etter at han hadde forstyrret et rede. Den sintke kolonien brukte tauet som en kanal for å slukke ham. Etter rappelling ned, ristet han myrene i en rekke ettertrykte, feiende bevegelser.

Utrolig, sa Prohaska etter å ha repellert myrinasjonen, det har vært få ulykker og hendelser blant feltarbeidere gjennom årene. Det var sant at en studiestudent ble stukket av en svart skorpion, men etter 24 timer i utgangspunktet ble lammet, ble han uforskudt. Det har vært en rekke åpne sår, et tilfelle av leishmaniasis, noen ekkel insektbitt og en bilulykke. For en stasjon som har vært i midten av Amazonas siden 2000, er det en imponerende sikkerhetsrekord.

Prohaska er blitt noe av et blad-whisperer. Han kan fortelle en alder av et blad slik en barnelege kan måle et barns alder. Noen blader kan leve i mange år, forklarte han, mens andre dør av og blir erstattet i måneder. Hver av de 300 treslagene vokser og faller blader til forskjellige priser. "Trær her mister ikke bare bladerne en gang i året, " sa han. "Det er en konstant omsetning."

Hvordan skogen tar opp karbon fascinerer Prohaska. Stomatal konduktans, forklarte han, er i hovedsak forholdet mellom fordampning og evapotranspirasjon. Bladpotensialet beskriver blant annet den optimale tiden for blader å åpne stomata og "spise" karbondioksid. "Et blad er som en liten fabrikk drevet av lys, " sier han. Men blader betaler en pris for å spise sitt atmosfæriske brensel. "For å få CO 2, " sa han, "du må miste vann."

Prohaskas hurtighet når man klatrer er spesielt nyttig her, fordi han sa: "Den vanskeligste delen om tropisk forskning er prøvestørrelse." Det er alltid vanskelig å måle de viktigste funksjonene i bladene - fotosyntese og respirasjon - fordi blader åpenbart lever i enden av tregrener . Uheldigvis, noen Amazonas trær bryter ikke engang med grener før de er 20 eller flere meter (65 fot) utenfor skoggulvet, siden konkurransen om lys gjør det til sløsing med energi til å spire nedre lemmer.

Opp i gangveiene tar Prohaska hyperspektral kameramålinger som bidrar til å bestemme bladets skiftende mengde over tid. Siden bladene er reflekterende i infrarød, kan han skyte laserpulser i baldakinen, som ligner på radar. På denne måten kan han dokumentere bladtetthet på forskjellige høyder i baldakinen, og hvordan det endrer seg over tid. Han kan også kalibrere en modell som gir en gjennomsnittsalder for blader og en viss følelse av bladkvaliteten, viktige komponenter for enhver modellfører som prøver å forstå landskapsskalaens implikasjoner av daglige og sesongmessige endringer.

Varmt, skittent arbeid

Forskningspapirer som Saleska har medforfatter siden dette landemerket Vitenskapspapir i 2003 fortsetter å bygge videre på sine første observasjoner: Sesongbasert tørr og regnfull årstid er i seg selv ikke den viktigste driveren for bladproduksjon, eller den fotosyntetiske opptaket av atmosfærisk CO 2 i Amazon. Kanskje enda viktigere er det blitt klart for økende antall forskere at satellittdata og datamodeller alene ikke kan projisere hva en varmere verden vil gjøre for skogens rolle som en vask eller en kilde. Det kommer til å ta litt varmt, skittent arbeid. "Endringer i karbon syklusen i tropiske skoger kan påvirke det globale klimaet, men forutsi slike endringer har tidligere vært begrenset av mangel på feltbaserte data", skrev Christopher E. Doughty og kollegaer i en spesiell del av den amerikanske geofysiske unions publikasjon Global Biogeochemical Sykler i mai 2015.

Den 26. februar 2016 Science Magazine med forsiden linjen, "Amazon fotosyntese, " var viet til temaet karbon utveksling. I en artikkel skrevet av Jin Wu, som jobber med Saleska ved University of Arizona (Saleska er medforfatter) skrev Wu: "Til slutt kan forståelse av det evolusjonære og fysiologiske grunnlaget for fenologiske mekanismer være avgjørende for å forutsi langsiktigheten respons og resiliency av tropiske skoger for å forandre klimaet. "

Som i oversettelse betyr det at folk som Saleska og Penha og Prohaska vil fortsette å samle sine svette, buggy, gambiarrainfiserte data for å hjelpe forskere med å projisere fremtidige klimaendringer.

Like mange forskere liker Saleska ikke å våkne inn i moderne politiske debatter. Men han vil ikke vike bort fra sin overbevisning om at menneskeskapte klimaendringer er avlede konsekvenser som bare vil øke med passivitet. "Ikke bare vil disse skogene bli påvirket av klimaendringer, de vil selv påvirke klimaet, " sa han da han forberedte seg til å forlate Tapajós for å besøke et annet flussårn lenger opp i Amazonas, nær Manaus.

"Hvis vi fortsetter med klimaendringene slik vi har vært, vil skjebnen til denne skogen nok være uklar, uansett hvilken grad av motstand, " sa Saleska. "Resilience er bare ikke nok til å motvirke den massive hammerblåsen av mengden klimaendringer som ville skje hvis mennesker ikke senker deres innflytelse."

Med deres tre-klatring utstyr i hånd, går Deliane Penha og Neill Prohaska langs en tre gangvei til deres studiested i Brasiliens Tapajos National Forest (til venstre ); Deliane Penha bruker spesialisert utstyr for å studere gassutveksling i enkelte blader (til høyre ).

Hvorfor spurte han, gjør han dette? "Fordi jeg er en forsker og et menneske, begge. Dette er en utrolig grense for kunnskap, og det er en utrolig spennende opplevelse å være en del av forgrunnen for fremskrittet om menneskelig kunnskap om hvordan verden fungerer. "

Sittende i en sammenleggbar stol og kaste sine arbeidsstøvler for sandaler, satte Saleska på sin mannlige lue. «Du kan ikke annet enn å komme hit og bli helt forvirret av skjønnheten i skogen, og også begeistret av trusselen som skogen er under.» Han pekte på flussårnet. "Jeg har kanskje klatret det tårnet 50 ganger, 60 ganger. Nesten hver gang jeg går opp der, stopper jeg og tar en titt rundt og ser på skjønnheten i skogen og tenker, "Dette er mitt kontor. Dette er laboratoriet mitt. '"

Han reiste seg og fullførte tanken. "Når du har besøkt Amazonas, når du har vært i skogen, forlater den aldri fantasien eller hjertet ditt."

En stor nok spak?

Min siste dag på feltstasjonen klipper jeg inn for min egen vertikale feltur opp i flussårnet ved solnedgang. I alle retninger kunne jeg se det skråstrålende lyset som lyser tusen skiftende farger av grønt da solen møtte den vestlige horisonten over Tapajós-elven.

Etter hvert som skogen snakket i slutten av dagen, steg i volum og stod ut i baldakinen, forestillte jeg horoskopet av livsformer under, og satte seg inn for deres nattsritualer: giftige bushmasters og godartede blå sommerfugler, små bladkuttermyrer og gigantiske anteaters, jacarandas og jaguarer, alle spiller sine intrikate og viktige roller i å holde regnskogen og planet-levende.

Amazonas spredte seg under meg som en bølgende teppe. En myk, varm bris flyttet som en melodi og coaxed trærne til en svingende, rytmisk dans. Jeg forestilte at skogen begynte å puste ut, det daglige arbeidet med fotosyntese ble gjort, de nattlige skapningene begynte sitt skifte.

Jeg tenkte på hva Saleska fortalte meg da jeg spurte om hans Archimedes-sitat: "Fossil brennstoff er Archimedes 'spak som flytter jorden, med mindre vi stopper det, " sa han.

Kunne vitenskapen være en stor nok spak for å rette den? Jeg spurte han.

Saleska ble stanset midlertidig. "Det er et interessant spørsmål, " sa han og økte et enkelt øyenbryn.

Forurensning, Fattigdom og Folk av Farge: Bor med IndustriBør Japans Reactor Crisis drepe Nuclear Renaissance?Forsteder og gårder Team med global oppvarming for å true villdyr og planterEksperimentelle bevisRotte Studie Gnister Furor Over Genetically Modified FoodsAstronomer observerer melkeveislignende galakser i tidlig universAlternativ kilde til Dekk Gummi Gains TractionNytt kart avslører tsunamirisiko i California