Bränderna i den brasilianska Amazonas har nått nivån av en internationell kris. Sedan början av året, NASA-satelliter har upptäckt mer än 100, 000 eldpunkter där. Även om det utbredda slash-and-burn-jordbruket i regionen innebär att en del mark bränds varje år, omfattningen av årets bränder är ovanlig, på grund av en kombination av torka och mänsklig aktivitet, och det har väckt uppmärksamhet från hela världen.

De flesta människor är bekanta med Amazonas som hem för otaliga växt- och djurarter. dubbelt så stor som Indien, regnskogen är hem för uppskattningsvis 10 % av världens biologiska mångfald. Bränderna kan utlösa en mängd andra långtgående effekter, inklusive effekter på människors hälsa och klimatet.

För att få insikt i några av dessa mindre förstådda möjligheter, och att gräva i vetenskapen om hur eld kan förvandla miljöer, Penn Today pratade med forskarna Reto Gieré och Alain Plante vid Penns avdelning för geo- och miljövetenskap, som erbjöd expertis om luftföroreningar, kol cykling, markegenskaper, lantbruk, och ekologi.

Amazonas är inte världens enda ekologiska hotspot som brinner

De brasilianska bränderna i Amazonas har väckt global uppmärksamhet, inklusive ett löfte att hjälpa till att bekämpa dem från G7-länderna, men förödande bränder påverkar också delar av Afrika och Sydostasien, Gieré konstaterar.

"NASA har imponerande satellitbilder som visar dessa brandbälten över den afrikanska kontinenten, " säger han. "Du kan se dem från rymden varje år."

Liknande bilder avslöjar stora områden i Indonesien och Malaysia i brand. Som i Amazonas, att bränning drivs av en önskan att avskoga mark för jordbruksmetoder, särskilt för palmoljeplantager som är utbredda i Sydostasien.

Eld är en naturlig del av den afrikanska savannen, som det är i områden med medelhavsklimat inklusive delar av Kalifornien och i boreala skogssystem som Alaska och delar av norra Kanada. Dessa ekosystem kan studsa tillbaka relativt snabbt från en brännskada. Men Gieré understryker att många av bränderna här kommer från eller förvärras av mänsklig aktivitet, förstärker räckvidden och effekten.

Giftiga ångor från bränderna utgör ett hot mot människors hälsa

Alla okontrollerade bränder producerar rök och kan avge ångor som är skadliga att andas. Men de som inträffar i Amazonas kan vara särskilt oroande på grund av det som driver på lågorna. Enligt Gieré, utomkontrollerade brännskador som uppslukar träd med relativt hög fukthalt, som är typiskt för regnskogsvegetation, kan leda till vad som kallas ofullständig förbränning.

"Exempel på föreningar som produceras när växter bränns inkluderar giftiga flyktiga organiska arter, kolmonoxid, och polycykliska aromatiska kolväten, eller PAH, " säger Gieré. "I synnerhet, ju högre fukthalt i träet, ju fler PAH kommer att hamna i atmosfären, och många av dessa är cancerframkallande. Så högre fukt kan leda till mer giftiga utsläpp."

Ett stort geografiskt område kommer att känna av effekterna

"Mycket ofta binder toxiner sig till fasta partiklar som sot eller mineralpartiklar, " säger Gieré. "Beroende på de meteorologiska förhållandena, dessa partiklar kan blåsas tusentals miles." Foton från Sao Paolo, Brasilien – hundratals mil från bränderna – har visat hur rök gjorde daghimlen som natt.

Dessutom, genom att skapa en rökig dis, bränder minskar mängden solstrålning som kan tränga ner till marken. När solens strålar studsar av röken, de ökar värmen i atmosfären och hämmar produktiviteten i såväl naturliga marker som jordbruksmarker.

"Det här har långtidseffekter och långtidseffekter, säger Gieré.

Skogsförstörelse i Amazonas har konsekvenser för klimatförändringarna

Amazonas regnskog är en enorm "sänka" för kol. Dess höga träd håller fast vid ett stort reservat som annars skulle kunna påskynda klimatförändringarna. Under jord, dock, Amazonas är en mycket mindre bördig plats än motsvarande jordar i tempererade eller boreala skogar. Nedbrytningen sker så snabbt i tropikerna att få näringsämnen och lite kol hamnar i marken.

Det är därför bönder hugger ner och sedan bränner fläckar av skog; bränderna för in de näringsämnen som träden hade kvar i jorden. Men det inflödet av fertilitet är tillfälligt.

"På grund av denna brist på naturlig fertilitet i jorden, några år efter att marken bränts är fertiliteten uttömd, så bönder går vidare och bränner nästa plats, " säger Plante. "Det är en av faktorerna som bidrar till avskogningen i Amazonas."

Det betyder också att en brand i regnskogen kan få ekosystemet att släppa ut det mesta av sitt kol i ett svep.

"Det du gör är att rapa ut mycket koldioxid, " säger Plante. "Och du saknar nu skogen som brukade suga ut mer koldioxid ur atmosfären i sin normala fotosyntesprocess. På lång sikt, om skogen återhämtar sig, koldioxiden kommer att återfångas av träd. Men det kan ta generationer, speciellt med bränder i denna skala."

Markerosion kan vara ett av nästa stora problem

När elden väl har kommit igenom, jordarna är sårbara. "Du tar i princip en filt från marken, säger Plante. När träden är borta, filten tas effektivt bort, att utsätta regnskogens jordar för väder och vind. En kraftig regnstorm kan orsaka massiv erosion.

"Sediment kan komma in i bäckar och floder, ändra grumligheten i vattnet, " säger Gieré. "Denna förändring påverkar flodernas ekosystem och alla djur och växter som lever där, förmodligen med långsiktiga effekter."