För nästan 30 år sedan, Harvard Forest forskare startade en unik, långvarigt experiment på ett 2 tunnland skogsområde med en lång stålkabel, en vinsch, och ett tungt avverkningsfordon som kallas för en skridskoåkare.

En och en, de drog kabeln till 279 utvalda träd, fäst den högt på bagageutrymmet, och sände sedan killen på skidaren, parkerad utanför området för att undvika att störa skogsgolvet, för att aktivera vinschen. Och, en och en, träden föll ner.

När de var klara, de hade uppskattat den skada som New York orsakade av orkanen 1938, skapa en experimentell orkan som påverkade 50 procent av de stora baldakinträd, öppnade understory för nytt ljus, startade en decennier lång återhämtningsprocess, och skapade ett mardrömlandskap av nedfallna stammar och korsade grenar som lättare kan passeras av en parkour -expert än forskare som är skyldiga att regelbundet registrera de förändringar som kommer.

I mars 2019, mardrömmen hade i stort sett lagt sig. Skogsgolvet var fortfarande översått med nedbrytande stammar, men deras långsamma återkomst till jorden hade avancerat nog att de lätt kunde passeras av ett två-tiotal forskare och besökare som samlades i den snötäckta experimentplottet, i Harvard Forest's Tom Swamp Research Tract i Petersham, Massachusetts.

Runt dem fanns träd som medan de är yngre och tunnare än de de ersatte, hade för länge sedan täppt till luckorna i skogstaket. De liknade dem som före stormen - en överraskning för forskare som förväntar sig att fler pionjärarter kommer att ta fäste. Anmärkningsvärt var också hur obemärkt kanalen såg ut. Det var som många andra lövskogar i New England, bar och väntar på vårens löv på en kylig senvintermorgon.

Faktiskt, den vanligheten - ett uttryck för stabiliteten i skogsekosystemet i New England, även i kölvattnet av en katastrof en gång i århundradet-var en annan viktig läxa, tillsammans med upptäckten att skogar som förvaltas som naturliga miljöer är bäst att återhämta sig själva snarare än att få hjälp av "bärgningsavverkningen" utbredd efter stormen 1938 och fortfarande vanliga efter nedblåsningar, bränder, och träddödande insektsangrepp idag.

Forskarna, kommer från Harvard Forest och tillhörande institutioner, samlades den morgonen för att reflektera över genomförandet av experimentet, stora fynd, och vikten av sådan forskning, som kräver en patient, långsiktigt åtagande från finansieringskällor, från värdinstitutioner som Harvard Forest, och från forskarna själva, en syn som blir allt sällsyntare hos en otålig, resultat-nu världen.

Talar till församlingen den morgonen, Harvard Forest Director David Foster sa att orkanförsöket var viktigt inte bara på grund av den vetenskap som det möjliggjorde, men också för att det var en av de första och mest slående efter Harvard Forests utnämning till Long Term Ecological Research Site (LTER) av National Science Foundation 1988.

Den beteckningen, förnyas med sex års mellanrum, har gett en grund för ekonomiskt stöd - cirka 1 miljon dollar årligen - för arbete som den experimentella orkanen, och utnyttjar mellan fem och tio gånger det i finansiering från andra organ. LTER -projekten är också en kontaktpunkt för utbildningsprogram i skogen, inklusive både K ‒ 12 och högskolanivåprogram. Tusentals Harvard -studenter har besökt under utflykter, arbetat på platserna under sommarforskningsprogrammet, och studerade deras resultat i Fosters första årsseminarium i global förändringsbiologi.

Den 18 och 19 mars, Harvard Forest var värd för ett tvådagars evenemang som markerade 30-årsjubileet för dess LTER-beteckning. Den första dagen ägnades åt platsbesök och den andra till ett långvarigt vetenskapligt symposium, med detaljerade presentationer av resultat hittills till 125 deltagare. I dag, Harvard Forest är en av 28 LTER -platser över hela landet, del av ett nätverk som kanske är lite känt för allmänheten men som ekologer vördar.

"Det här är lagrade platser för ekologer, "sade Harvard Forest senior ekolog Jonathan Thompson, som nyligen tog över från Foster som huvudutredare för skogens LTER -bidrag. "Det finns inget som dem."

Efter att ha sett orkanutblåsningen, forskare laddade i skåpbilar på väg mot andra experiment längs de smala smutsspåren som skär de 4, 000 tunnland skog. Ett stopp var en ställning av höga vintergröna - hemlocks som övervakas av seniorekologen David Orwig. Hundratals år gammal och aldrig loggad, hemlocks dagar är ändå räknade på grund av överfall av den invasiva ulladeln, vars penetration så långt norrut har underlättats av regionens ständigt värmande vintrar.

Gruppen besökte miljöövervakningsplatsen, där världens första forskningstorn byggdes för att mäta intag och utflöde av gaser när skogen andas. Forskning vid tornet, pionjär av Steven Wofsy, Harvards Abbott Lawrence Rotch professor i atmosfär och miljövetenskap, och nu övervakad av senior forskare i atmosfärskemi J. William Munger, visade att återhämtande skogar som New Englands-tydliga i kolonialtiden-hjälper till att bekämpa klimatförändringar genom att låsa atmosfäriskt kol i träet när träden växer sig tjockare och trycker högre.

Dagen slutade vid en brun tavla på det snöiga skogsgolvet. De snöfria tomterna är kännetecknet för ett långvarigt experiment med markuppvärmning. Med hjälp av uppvärmda kablar begravda under jord, den nästan 30-åriga insatsen försöker förstå hur jordmikrober och andning från trädrötter kan reagera på en värmande värld.

Upprätthålls vid 5 grader Celsius ovanför den omgivande jorden för att spegla den höga slutet av uppvärmningsuppskattningarna för slutet av seklet, tomterna har visat att de uppvärmda mikroberna och rötterna sparkar i hög växel, snabbt öka mängden kol som släppts ut i jorden. Efter att ha nått en topp, utsläppen minskade, stabiliserats i flera år, och sedan - i ännu en experimentell överraskning - steg till en andra topp.

"Vi tänkte att vi har ett trefasfenomen och vi har fortsatt att göra mätningar, sa Jerry Melillo, framstående forskare vid University of Chicagos marinbiologiska laboratorium och en senior utredare vid skogen. "Vi befinner oss nu i en andra vilande period. Ytterligare 20 eller 30 år kommer vi förmodligen att få nära ett svar."

Melillo sa att LTER -finansieringen var avgörande för experimentet, först för att det gav viktiga grundpengar som förstärktes med finansiering från andra källor som det amerikanska energidepartementet. Sedan, när intresset minskade efter att den första toppen av koldioxidutsläppen avtog, LTER -finansieringen höll experimentet igång. Utan det, Melillo sa, the second burst of carbon emissions—and the improved understanding of warming's effects on forest soils—would have gone unnoticed.

LTER and a 'signature experiment'

Melillo, who has conducted research at Harvard Forest for 40 years, played an important role in getting the initial LTER experiments up and running, Foster said. Not long after the LTER designation, Melillo counseled that the forest needed something exciting to help it stand out.

"'What we need is a signature experiment, '" Foster recalled Melillo saying. "'We need something that they'll talk about at NSF, that'll be unlike something that anybody else has done.'

"I said, 'Jerry, what is that?' And he said, 'I don't know, but we gotta have it.'"

Foster eventually seized on replicating one of the most devastating forces that mold the New England forest landscape:major hurricanes that blast ashore every 100 to 150 years. But how to do it? He rejected the idea of bulldozing trees because it would tear up the forest floor and disrupt the invisible but nonetheless critical cycling of nutrients and gases between the floor and the atmosphere.

When Foster suggested winching trees down instead, the idea was ridiculed as unworkable by a visiting scientist:The roots were far too strong. Foster chewed over the problem until he mentioned it to John Wisnewski, a Harvard Forest staffer with experience logging.

"'I'd just pull them over, '" Foster recalled Wisnewski saying. "'We do it all the time.'"

Wisnewski, today Harvard Forest's woods crew supervisor, told Foster that loggers need a flat area to stage removal of logs from the forest. So instead of cutting trees, which would leave stumps behind, they simply pull them down with a winch and cable, lop off the trunks, and pile the roots to one side.

An experimental path cleared, Foster turned to the forest's archive to plan the simulated storm In 1938, graduate student Willett Rowland recorded the Great Hurricane's damage at the forest, showing that about half of the large trees came down and that some species, such as white pine, were more susceptible to wind damage.

With that knowledge in hand, Foster laid out an east-west plot 50 meters by 160 meters in the Tom Swamp tract and marked the trees to come down. Preparations complete, they drove in the skidder and hauled the cable into the forest, pulling down tree after tree, all oriented so their crowns pointed northwest, as if felled by a hurricane's prevailing winds.

Most trees came right over, Foster said, but some broke and were left to regrow as they were. Only one tree—a large old oak—resisted the skidder's tow.

"We decided that, väl, in a hurricane that tree wouldn't have fallen, " Foster said. "We went and found one of equal size downslope and pulled it over."

Then began the lengthy task of monitoring. An early revelation was the stability of key indicators like soil temperature, overall productivity, and carbon dioxide and nitrogen gas cycling among the trees, the soil, and the atmosphere.

Another was that the trees didn't die right away. Ninety percent of trees damaged by the winch leafed out regardless, photosynthesizing, drawing water from the earth, and contributing to the forest ecosystem even though they were flat on the ground. As they slowly died, the understory took over. Saplings that had been awaiting their chance shot upward, sprouts grew from the fallen trees' roots, and newly seeded trees got started. Lost production—measured in the amount of leaf litter each fall—recovered in just six years.

"Despite the fact that this looked like a destroyed forest, because it was physically altered in such a major way, it was functioning as an absolutely intact ecosystem, " Foster said.

In trying to understand the forest's unexpected stability, researchers realized that most experience with disturbed sites was at places subjected to the common practice of salvage logging, where fallen trees are cut and dragged out using soil-churning heavy equipment. I vissa fall, as after the 1938 hurricane, the piled debris left behind is burned.

"We're used to looking at sites that were subsequently disturbed after a major wind storm or ice storm by people going in and logging, " Foster said. "The 1938 hurricane was the biggest salvage logging exercise in U.S. history. And it pretty comprehensively turned the 1938 hurricane into one great big cutting operation.

"In almost every case you can think of, if your intent is to encourage the recovery of the forest and ecosystem function with minimal change … doing nothing becomes a viable alternative."

When Audrey Barker-Plotkin arrived at the site eight years after the pulldown, just walking around was a challenge. Today a senior researcher and the author of several studies on the site, she recalled having to weave through tangled branches and wrestle with wiry new growth that all seemed to be at "face level."

"It was like walking through a jungle gym. The plot seems a lot smaller now that you can see through it, " Barker-Plotkin told the visiting scientists. "Just the changes I've seen in 20 years have been really remarkable. … [The site] was different every single year."

Another thing scientists didn't expect, Barker-Plotkin said, was the stability of the tract's species makeup. Researchers thought that more pioneer species like cherry and paper birch—usually fast-growing colonizers of disturbed sites—would take hold. But the stability of even the damaged ecosystem didn't provide much of an opening. While those species did appear in disturbed soil around upturned roots, that was less than 10 percent of the forest floor. Invasive species, another threat at disturbed sites, were also absent, Hon sa.

I dag, Hon sa, the experimental plot has largely recovered structurally, but is still struggling to catch up with the surrounding forest's growth. Tree volume has reached about 80 percent of what it was before the pulldown, but measurements of the nearby control plot show that the surrounding forest has grown 25 percent over the intervening decades as part of New England forests' continued recovery from Colonial-era clear-cutting.

New leaders and a landscape full of questions

Like the long-term processes they measure, the hurricane pulldown and other experiments continue to produce data even as their original investigators' careers come to a close. A smooth transition to new leadership will be essential in maintaining both research continuity and excellence, Foster said. At several sites the group visited, experimental founders handed off presentations to younger researchers, as Foster did to Barker-Plotkin at the hurricane site and Melillo did to University of New Hampshire Professor Serita Frey, a soil microbe expert, at the soil warming experiments.

LTER's new principal investigator, Thompson, spoke of the importance of ensuring the continuity of key long-term experiments even as researchers move on from work that has run its scientific course.

"På vissa sätt, the experiments they set up in the '80s just look so prescient now, " han sa.

An important question still to be explored is how long recovering forests will keep absorbing carbon, Thompson added. That answer has potentially crucial implications for climate change, since global forests absorb roughly 20 percent of the excess carbon humans emit.

En del av problemet, Thompson said, is that though remnant old-growth patches exist, they may not be good models for understanding forests regrowing on former farmland, since they're typically in poor growing locations, which is why they weren't cut in the first place.

"We know how much [carbon] is in the forests, " Thompson said, "but we don't know how much carbon can be in these forests."

This story is published courtesy of the Harvard Gazette, Harvard University's official newspaper. For additional university news, visit Harvard.edu.