20 сентября 2017 года ураган «Мария» пронесся по Пуэрто-Рико со скоростью ветра до 155 миль в час и проливным дождем, который затопил города, вывел из строя коммуникационные сети и разрушил энергосистему. В суровых центральных горах и пышном северо-востоке Мария высвободила свою ярость, когда свирепые ветры полностью лишили листвы тропические леса, сломали и выкорчевали деревья. Проливные дожди вызвали тысячи оползней, косивших крутые горные склоны.
В апреле группа ученых НАСА отправилась в Пуэрто-Рико с бортовой аппаратурой, чтобы оценить ущерб, нанесенный ураганом «Мария» лесам острова.
«С воздуха масштабы ущерба, нанесенного ураганом, были поразительны», - сказал ученый НАСА Брюс Кук, возглавлявший кампанию. «Плотные переплетенные навесы, покрывавшие остров перед штормом, превратились в клубок поваленных деревьев и отдельных выживших, лишенных своих ветвей».
Спутники НАСА для наблюдения за Землей наблюдают за лесами мира, чтобы обнаружить сезонные изменения в растительном покрове или внезапную потерю лесов в результате обезлесения, но в пространственных и временных масштабах, которые слишком грубы, чтобы увидеть изменения. Чтобы получить более детальное представление, НАСА запустило бортовой прибор под названием «Лидар Годдарда, гиперспектральный и тепловизор» или G-LiHT. Из брюха небольшого самолета, летящего на высоте тысячи футов над деревьями, G-LiHT собрал множество измерений лесов по всему острову, включая фотографии с высоким разрешением, температуру поверхности, высоту и структуру растительности.
Лесная служба США, Служба охраны рыбных ресурсов и дикой природы США, Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям и НАСА предоставили средства для воздушной кампании.
Команда пролетела многие из тех же трасс с G-LiHT, что и весной 2017 года, за несколько месяцев до того, как ураган Мария обрушился на сушу, в рамках исследования того, как тропические леса отрастают на заброшенных сельскохозяйственных угодьях. Сравнение до и после показывает, что леса по всему острову все еще сотрясаются от удара урагана.
Используя лидар, систему определения местоположения, которая запускает 600 000 лазерных импульсов в секунду, команда измерила изменения высоты и структуры лесов Пуэрто-Рико. Ущерб ощутим. Леса возле города Аресибо на северной стороне острова растут на известняковых холмах с небольшим количеством почвы для стабилизации деревьев. В результате ураган сломал или выкорчевал там 60 процентов деревьев. На северо-востоке, на склонах национального леса Эль-Юнке, ураган подстриг леса, уменьшив их среднюю высоту на треть.
Данные G-LiHT используются не только для определения состояния лесов острова; это важный исследовательский инструмент для ученых, которые отслеживают, как меняются леса, восстанавливаясь после такого крупного события.
«[Ураган] Мария нажала кнопку сброса во многих различных процессах, которые со временем развивают леса», - сказал Дуг Мортон, ученый-землянин из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и соисследователь G-LiHT. «Теперь мы наблюдаем за многими этими процессами в ускоренном режиме, поскольку большие площади острова восстанавливаются, а выжившие деревья и новые саженцы греются на полном солнечном свете».
Среди районов, над которыми много летала команда, был национальный лес Эль-Юнке, на который в полную силу обрушился ураган «Мария». Лесная служба США управляет тропическим лесом Эль-Юнке, а также специально отведенными для него исследовательскими участками, которые были созданы в конце 1930-х годов. Университетские и правительственные ученые проводят всевозможные исследования, в том числе измеряют отдельные деревья, чтобы отслеживать их рост, подсчитывают цветы и семена, чтобы отслеживать размножение, и анализируют образцы почвы, чтобы отслеживать питательные вещества, необходимые для роста растений.
Одной из важных оценок здоровья дерева является его крона, которая представляет собой общую форму верхушки дерева с ее ветвями, стеблями и листьями. Ураганные ветры могут сильно повредить кроны деревьев и резко сократить количество листьев для производства энергии посредством фотосинтеза.
«Всего через семь месяцев после урагана выжившие деревья сбрасывают новые листья и отрастают ветки, чтобы восстановить свою способность собирать солнечный свет посредством фотосинтеза», - сказал Мортон, отметив также, что выживание поврежденных деревьев в годы впереди открытый вопрос.
Хотя с земли сложно детально оценить кроны деревьев, с воздуха лидар G-LiHT может определить форму и структуру всех деревьев на траектории полета. Воздушная кампания над Пуэрто-Рико была достаточно обширной, чтобы предоставить информацию о структуре и составе всего лесного полога, что открыло ряд возможностей для исследований.
«Сильные штормы, такие как Мария, будут благоприятствовать некоторым видам и уничтожать другие», - сказала Мария Уриарте, эколог из Колумбийского университета, которая изучала национальный лес Эль-Юнке в течение 15 лет и работает с командой НАСА над проверкой данных о полетах с помощью наземные наблюдения.«Исследования на уровне участка говорят нам, как это проявляется на небольшой территории, но ущерб в любом конкретном месте зависит от близости к траектории шторма, топографии, почв и характеристик каждого участка леса. Это затрудняет обобщение для других лесов в остров."
Но с помощью данных G-LiHT ученые могут изучать последствия урагана на гораздо большей территории, продолжил Уриарте. «Что действительно интересно, так это то, что мы можем задавать совершенно разные вопросы», - сказала она. «Почему в одной области ущерб больше, чем в других? Какие виды на острове пострадали больше всего?»
Понимание состояния полога леса также имеет далеко идущие последствия для остальной части экосистемы, поскольку древесный покров имеет решающее значение для выживания многих видов. Например, такие птицы, как местный попугай игуака, используют навес, чтобы спрятаться от ястребов-хищников. Навес также создает более прохладную и влажную среду, которая способствует росту саженцев деревьев, а также ящериц и лягушек, населяющих лесную подстилку. Ручьи, охлаждаемые густой тенью, также делают их обитаемыми для большого разнообразия других организмов.
Тем не менее, другие растения и животные, которые когда-то были в невыгодном положении, теперь извлекают выгоду из изменений, вызванных потерей кроны.
«Некоторые ящерицы живут в кронах деревьев, где они чувствуют себя в более сухих и освещенных солнцем условиях», - сказал герпетолог Нефтали Риос-Лопес, доцент Университета Пуэрто-Рико-Умакао. «Из-за урагана те более сухие условия, которые когда-то были исключительными для полога, теперь распространяются на лесную подстилку. В результате эти животные лучше приспособлены к этим условиям и начали вытеснять и заменять животных, которые когда-то были более прохладными. условия."
«Кто победители и проигравшие в этой новой среде? Это важный вопрос во всем этом», - сказал Дуг Мортон из НАСА. Во время воздушно-десантной кампании он провел несколько дней на исследовательских участках Эль-Юнке, делая трехмерные изображения лесной подстилки, чтобы дополнить данные G-LiHT. Он сказал, что ясно, что пальмы, которые выдержали ураганные ветры лучше, чем другие широколиственные деревья, являются одними из нынешних бенефициаров теперь залитого солнцем леса. И это неплохо.
«Пальмы станут основным компонентом полога этого леса в течение следующего десятилетия или более, и в некотором смысле они помогут облегчить восстановление остальной части этого леса», - сказал Мортон.. «Пальмы обеспечивают небольшую тень и защиту для флоры и фауны, которые повторно заселяют этот район. Это обнадеживает».
Последствия этого исследования выходят за рамки лесной экосистемы, как во времени, так и в пространстве, - сказала Гризель Гонсалес, эколог-исследователь из Лесной службы США и руководитель проекта по исследовательским участкам в Эль-Юнке. В качестве примера она указала, что из-за урагана горные ручьи разлились и заполнились наносами, которые в конечном итоге стекали в океан. Отложения могут отрицательно сказаться на качестве питьевой воды, а также на коралловых сообществах, от которых зависит как пропитание, так и коммерция рыболовства.
«Приятно видеть, что так много федеральных агентств объединились для совместной работы над этой важной работой, потому что леса играют ключевую роль во всем, от биоразнообразия и экономики до общественного здравоохранения», - сказал Гонсалес.
Данные G-LiHT также имеют глобальные последствия. В июле команда направляется на Аляску, чтобы продолжить обследование обширных лесных массивов внутри штата, чтобы лучше понять влияние ускоренного потепления в Арктике на бореальные леса, которые, в свою очередь, играют ключевую роль в охлаждении климата Земли за счет связывания углерода из атмосферы.. «G-LiHT позволяет нам собирать исследовательские данные в масштабе отдельных деревьев на обширных ландшафтах», - сказал Мортон. «Леса от Аляски до Пуэрто-Рико постоянно меняются в ответ на потепление климата и такие возмущения, как пожары и ураганы».