Usando imágenes satelitales comerciales de alta resolución e inteligencia artificial, un equipo internacional que incluye a científicos de la NASA cartografió casi 10 mil millones de árboles individuales en las tierras secas de África para evaluar la cantidad de carbono almacenado fuera de los densos bosques tropicales del continente. El resultado es la primera estimación completa de la densidad de carbono de los árboles en las zonas del Sahara, Sahel y Sudán de África. El equipo informó sus hallazgos el 1 de marzo en Nature , y los datos son gratuitos y están disponibles públicamente.
Los investigadores descubrieron que hay muchos más árboles repartidos por las regiones semiáridas de África de lo que se pensaba anteriormente, pero que también almacenan menos carbono de lo que predijeron algunos modelos. En el nuevo estudio, el equipo estimó que aproximadamente 0,84 petagramos de carbono están encerrados en las tierras secas africanas; un petagramo es 1 billón de toneladas métricas.
Tener una estimación precisa del carbono de los árboles es esencial para las proyecciones del cambio climático, que están influenciadas por el tiempo que los árboles y otra vegetación almacenan carbono. Este “tiempo de residencia del carbono”, como lo llaman los científicos, es muy corto para pastos y arbustos, que crecen estacionalmente, pero mucho más largo para árboles que crecen durante años. Saber cuánto carbono almacena un paisaje depende de saber exactamente qué está creciendo allí.
Árboles individuales identificados en imágenes satelitales, mapeados en color por la cantidad de carbono que contienen. El morado oscuro indica niveles más bajos de carbono; amarillo-blanco indica niveles más altos.Créditos: Estudio de Visualización Científica de la NASA
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Más allá de los vastos bosques tropicales que se extienden por la mitad del continente, los paisajes africanos van desde praderas secas con unos pocos árboles hasta sabanas con árboles dispersos y áreas más húmedas con muchos árboles dispersos. Esta cubierta arbórea dispersa ha dificultado que los científicos trabajen para estimar la cantidad de árboles en estas áreas y, a menudo, se han sobreestimado o subestimado. Sin embargo, tales mediciones son esenciales para los esfuerzos de conservación y para comprender el ciclo del carbono en nuestro planeta .
https://www.youtube.com/embed/ue8rfh3LqAw?rel=0Los científicos mapearon la escasa cobertura de árboles en el África semiárida para calcular mejor cuánto carbono se almacena.Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
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“Nuestro equipo recopiló y analizó datos de carbono hasta el nivel de árboles individuales en las vastas regiones semiáridas de África o en otros lugares, algo que anteriormente solo se había hecho en pequeñas escalas locales”, dijo Compton Tucker, científico principal del proyecto y un científico de la Tierra en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Las estimaciones anteriores basadas en satélites del carbono de los árboles en las tierras secas de África a menudo confundían pastos y arbustos con árboles. “Eso llevó a predicciones sobre el carbono allí”.
Los científicos midieron la circunferencia de los árboles y tomaron otras medidas para ayudar a relacionar el área de la copa de los árboles en las imágenes de satélite con la cantidad de carbono almacenada.Créditos: Martin Brandt, Universidad de Copenhague, Dinamarca
Los científicos de campo miden el área de las copas de los árboles y las masas asociadas de hojas, raíces y raíces de cada árbol en la alometría utilizada para determinar cuánto carbono se almacena en las diferentes partes del árbol. El laborioso trabajo es necesario para convertir el área de la copa de los árboles en estimaciones de carbono de los árboles.Créditos: Martin Brandt, Universidad de Copenhague, Dinamarca
El carbono circula constantemente entre la tierra, la atmósfera, el océano y viceversa. Los árboles eliminan el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero, de la atmósfera terrestre durante el proceso de fotosíntesis y lo almacenan en sus raíces, troncos, ramas y hojas. Por esta razón, a menudo se sugiere aumentar la cubierta de árboles como una forma de compensar las emisiones de carbono cada vez mayores.
En el nuevo estudio, el equipo utilizó sofisticados algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial para clasificar más de 326 000 imágenes satelitales comerciales de los satélites QuickBird-2, GeoEye-1, WorldView-2 y WorldView-3 (operados por Maxar Technologies). Los investigadores adquirieron las imágenes a través del Centro de Simulación Climática de la NASA y aprovecharon su Explore/ADAPT Science Cloud para organizar y preparar las imágenes para el procesamiento de aprendizaje automático.
Martin Brandt de la Universidad de Copenhague compiló datos de entrenamiento de IA de 89 000 árboles individuales. El colega Ankit Kariyaa, también en Copenhague, adaptó una red neuronal para que las computadoras pudieran detectar los árboles individuales en imágenes de alta resolución a escala de 50 centímetros de los paisajes más secos y menos verdes de África.
Los investigadores definieron un “árbol” como cualquier cosa con una copa verde y frondosa y una sombra adyacente. A partir de esto, entrenaron el software de aprendizaje automático para contar los árboles durante millones de horas de supercomputación en la supercomputadora Blue Waters de la Universidad de Illinois. Cuando el equipo comparó los resultados del aprendizaje automático con las evaluaciones humanas del paisaje, las computadoras acertaron en un 96,5 % al medir el área de la copa de los árboles.
A partir de las mediciones del área de la copa de los árboles, los científicos pueden derivar la cantidad de carbono en las hojas, raíces y madera de cada árbol utilizando alometría, el estudio de cómo las características de los seres vivos cambian con el tamaño. Un grupo dirigido por Pierre Hiernaux de la Universidad de Toulouse examinó 30 especies diferentes de árboles para medir la masa de hojas, la masa de madera y la masa de raíces. Evaluaron esas masas de carbono y establecieron una relación estadística con el área de la copa de los árboles.
Los datos de carbono de los árboles africanos están disponibles públicamente con una aplicación de visualización desarrollada por el equipo. Permite a las personas ver cada árbol en el área de estudio y la cantidad de carbono que almacena.
Estos datos podrían ser útiles para los científicos y estudiantes que estudian el ciclo del carbono, los legisladores que intentan mejorar los esfuerzos de conservación y los agricultores que desean determinar el carbono almacenado en su granja.
Los archivos multimedia asociados con esta historia se pueden descargar en formatos de alta definición del Scientific Visualization Studio de NASA Goddard en https://svs.gsfc.nasa.gov/5031 .
Imagen del encabezado superior: en un estudio dirigido por la NASA, los científicos mapearon casi 10 000 millones de árboles individuales en regiones semiáridas de África, como el que se muestra aquí. Crédito: Cortesía de Martin Brandt, Universidad de Copenhague, Dinamarca