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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5591 (2023) Citare questo articolo

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Viene analizzata l'attività eco-morfodinamica dei grandi fiumi tropicali dell'America meridionale e centrale per quantificare il flusso di carbonio dalla vegetazione ripariale alle acque interne. Abbiamo effettuato un'analisi multitemporale dei dati satellitari per tutti i fiumi più grandi della zona neotropicale (cioè larghezza > 200 m) nel periodo 2000-2019, con una risoluzione spaziale di 30 m. Abbiamo sviluppato una quantificazione di un meccanismo di pompa di carbonio altamente efficiente. È stato dimostrato che la morfodinamica del fiume guida l’esportazione di carbonio dalla zona ripariale e promuove la produzione primaria netta mediante un processo integrato attraverso il ringiovanimento e la colonizzazione delle pianure alluvionali. È stato dimostrato che questo meccanismo di pompaggio da solo rappresenta 8,9 milioni di tonnellate/anno di mobilitazione di carbonio in questi fiumi tropicali. Identifichiamo le firme dell'attività eco-morfologica fluviale che forniscono proxy per la capacità di mobilitazione del carbonio associata all'attività fluviale. Discutiamo la migrazione fluviale, il nesso con la mobilitazione del carbonio e gli effetti sull’intensità del carbonio delle dighe idroelettriche pianificate nei Neotropici. Raccomandiamo che le future politiche idriche orientate al carbonio su questi fiumi includano un’analisi simile.

I fiumi non sono semplicemente sistemi di trasporto passivi e statici che trasportano acqua e sedimenti dalle sorgenti agli oceani, ma influenzano attivamente il bilancio globale del carbonio1,2. Sebbene l’esportazione laterale del carbonio dagli ecosistemi terrestri sia riconosciuta come un percorso chiave nel ciclo biogeochimico del carbonio3, la quantificazione della mobilitazione del carbonio da parte delle dinamiche fluviali è stata generalmente trascurata4,5,6,7. Esplorando il nesso tra carico di sedimenti, dinamica dei fiumi e flusso di carbonio delle regioni tropicali dell’America, dimostriamo che la morfodinamica dei fiumi è centrale per i flussi di carbonio tra i sistemi terrestri, i corridoi fluviali e l’atmosfera.

Attraverso una valutazione su scala globale delle dinamiche e della densità della vegetazione all’interno della zona di transizione acquatico-terrestre (ATTZ), dimostriamo che i più grandi fiumi tropicali dei neotropici reclutano ogni anno 8,90 ± 0,84 milioni di tonnellate di carbonio come biomassa dalla vegetazione ripariale legnosa viva. Attraverso l’esplorazione di un meccanismo eco-morfodinamico di pompaggio del carbonio, identifichiamo che questo reclutamento può promuovere un ciclo virtuoso per i serbatoi di carbonio, depositati principalmente nelle pianure alluvionali ma probabilmente anche più lontani, negli oceani.

Secondo la visione classica del River Continuum Concept8, la materia organica particellare grossolana esportata dalle pianure alluvionali viene frammentata e decomposta mentre si sposta a valle, con la conseguente trasformazione in materia organica particellare e disciolta (rispettivamente POM e DOM), per poi degassare. Tuttavia, il destino delle LWD reclutate dalle acque dei corsi d’acqua è lungi dall’essere completamente spiegato. Ad esempio, è stato dimostrato che i fiumi con elevati carichi di sedimenti seppelliscono facilmente il legno almeno alla stessa velocità del legno esportato negli estuari9. Numerosi studi hanno dimostrato che, una volta reclutati dal canale, gli LWD possono persistere sepolti nel terreno alluvionale per tempi straordinariamente lunghi10,11. Ciò suggerisce che alcuni processi vengono trascurati nel bilancio del carbonio fluviale7. In effetti, lo stoccaggio dei sedimenti fluviali è un aspetto chiave del ciclo biogeochimico12, poiché parte del carbonio organico biosferico viene immagazzinato in serbatoi terrestri nel corso di tempi millenari prima di raggiungere i depocentri finali nei bacini marini13.

Come la pompa biologica del carbonio14, per cui la produzione netta di fitoplancton e la sua definitiva caduta marina trasportano il carbonio dall’atmosfera all’interno dell’oceano e ai sedimenti del fondale marino, ipotizziamo che la fissazione fotosintetica da parte della vegetazione ripariale, il reclutamento della vegetazione ripariale, il suo trasporto e il seppellimento, si integrino in un nesso integrato in cui i fiumi guidano una pompa di carbonio dall'atmosfera alle riserve a lungo termine (ovvero pianure alluvionali e oceani). Ipotizziamo che la mobilitazione del carbonio sia innescata da un meccanismo di pompaggio in due fasi. Il primo passo si riferisce all’esportazione eco-morfodinamica di carbonio dalle pianure alluvionali (di seguito sinteticamente denominata eCE), mentre il secondo passo, ovvero l’Enhanced Net Primary Production (ENPP), consiste nella fissazione del C promossa dall’invasione della vegetazione su terreni nudi aree ripariali generate dall'attività morfodinamica. Definiamo quindi la pompa di carbonio eco-morfodinamica (eCP) come la combinazione di questi due processi, che funzionano in cascata, e che sono principalmente energizzati dalla migrazione dei canali in fiumi serpeggianti (Fig. 1b) e da straripamenti e inondazioni in multi -fiumi di filo. I primi sono singoli canali dalla pianta sinuosa, costituiti da una serie di curve regolari (meandri) che si muovono ed evolvono nel tempo. La migrazione dei meandri è dovuta all'erosione della sponda esterna dei canali curvi e alla formazione di barre puntiformi e di pianure alluvionali sulla sponda interna. Questi ultimi sono caratterizzati dalla presenza di numerosi canali interconnessi separati da barre o isole invase dalla vegetazione.