Bergsskogar är bättre på att lagra kol – ja, faktiskt, de är bättre på allt – enligt en ny studie av forskare vid NSF-finansierade projekt CyVerse, Jetstream, och Boulder Creek Critical Zone Observatory.

Tyson Swetnam, en ekolog och vetenskapsinformatiker vid CyVerse huvudkontor vid University of Arizona, använde CyVerse-resurser för att utföra GIS (geografiskt informationssystem) och statistiska analyser, och att dela data med sina medarbetare. Teamet använde en öppen vetenskapsstrategi som stöds av CyVerse för att göra sina data, analyser, och kod för deras beräkningar, allt fritt tillgängligt för forskare att återanvända.

Studien, som delvis stöddes av flera National Science Foundation (NSF)-anslag, inklusive till Boulder Creek Critical Zone Observatory (CZO) och National Center for Airborne Laser Mapping (NCALM) vid University of Houston, och av Department of Energy's Terrestrial Ecosystem Science Program, publiceras i vetenskapstidskriften med öppen tillgång Ekosfär .

Träd är en av jordens viktigaste kolreservoarer, absorberar koldioxid – en växthusgas – från atmosfären som en del av deras andningsprocess. Än, i bergslandskap, träd är inte ensamma medel för att lagra kol. Det händer mer; faktorer som näringstillgång, jorddjup, nederbörd, och vattenflöde över land, bland annat, alla påverkar en skogs hälsa och dess förmåga att lagra kol.

Swetnam och kollegor med NSF CZOs studerar denna större bild när de tänker på hur komplex terräng påverkar kolcykeln. Den kritiska zonen definieras som zonen från trädtopparna till botten av grundvattenlagring i kristallin berggrund som samverkar och påverkas av förändringar i klimat och markanvändning.

"Bergen fångar först atmosfärisk fukt när den svalnar och kondenserar på höjden, och att regn och snö sedan förser avrinningsområden med fukt som så småningom flyttar in i dalbottnar, " sa Swetnam. Snösmältning från bergen matar floderna på Coloradoplatån, där studien genomfördes.

"Koncentrerade områden med markfuktighet leder till ökad skogsproduktivitet, och större biomassa leder till mer kolbindning, " fortsatte Swetnam. Det visar sig att berg ger den speciella blandningen för optimal lagring av kol i skogen.

Variabel topografi är ännu viktigare i torra eller fuktstressade ekosystem, sa Swetnam. "I öknen sydväst, om vi inte hade berg skulle vi inte ha skog. Vi behöver den komplexa terrängen för att skapa nederbörd."

"Vi ser detta varje sommar i Tucson, " han lade till, "när regnmoln bildas över Santa Catalina-bergen under monsunsäsongen."

Teamet analyserade nederbördsrekord för tre studieplatser i Boulder Creek CZO i Klippiga bergen nära Boulder, Colorado, samt LIDAR-data (light detection and rangeing) om träddensitet och höjd som samlats in av ett flygplan som flögs över studieplatserna som en del av ett NCALM-initiativ.

"Vår studie är den första som överväger variationen av kol jämfört med fuktfördelning över höjdgradienten, " sa Swetnam.

Konventionellt tänkande skulle indikera att träd som växer på högre höjder borde klara sig bättre, eftersom det är mer nederbörd på höjden, men "när du ser över en hel vattendelare, skogsproduktiviteten i dalbottnar uppväger vida den i åsar, " noterade Swetnam. Träd belägna i dalar, där jordar är djupa och fukt samlas från nederbörd som rinner ner från omgivande toppar, är mer produktiva och bättre på att lagra kol.

Det är okänt hur klimatförändringarna kommer att påverka bergsskogarna, sa Swetnam. "Vi räknar med att det kommer att bli varmare och torrare, och skogar kommer att konkurrera med varandra om vatten. Om träd dör på de övre sluttningarna kanske mer vatten blir tillgängligt för träden nedanför, men omvänt, kanske kommer träden som är vana vid att ha konstant vatten att dö tidigare när deras vattenresurser minskar."

Oavsett, han sa, det är viktigt att beslutsfattare om markanvändning som överväger vilket virke som ska behandlas eller konserveras, anser att topografi påverkar skogarnas robusthet, produktivitet, och förmåga att lagra kol.

Swetnam och hans medarbetare använde CyVerse Data Store och NSF:s Jetstream Cloud som värd för Extreme Science and Engineering Discovery Environment för att dela sina data och beräkningar när de slutförde studien.

"Tillgängligheten av CyVerse och Jetstream beräkningsresurser gör GIS-beräkningar snabbare och enklare, " noterade Swetnam.

Uppgifterna är tillgängliga för nedladdning från CyVerse Data Store och Critical Zone Observatories datalager. Koden för beräkningarna finns i tidningens kompletterande avsnitt.