Les écosystèmes côtiers du monde - des zones telles que les marais intertidaux et les forêts de mangroves - ont le potentiel de stocker et de séquestrer de grandes quantités de carbone, collectivement connu sous le nom de carbone bleu.

L'ancien président Barack Obama en 2014 a fait de la recherche sur la compréhension de la dynamique du carbone dans ces écosystèmes côtiers une priorité en raison de leur importance dans le cycle mondial du carbone.

Malgré leur rôle de puits potentiels - ou de réservoirs - de carbone, on ne sait toujours pas comment les différents processus biophysiques influencent la dynamique du carbone dans ces écosystèmes.

À l'aide des fonds de son prix de développement en début de carrière de la National Science Foundation récemment décerné à la Faculté, Rodrigo Vargas de l'Université du Delaware établira un laboratoire en plein air dans la réserve de St. Jones, qui fait partie de la Réserve nationale de recherche estuarienne du Delaware (DNERR) et fait partie des Réserves nationales de recherche estuarienne (NERR). Ses efforts de recherche contribueront à une meilleure compréhension des flux de carbone verticaux et latéraux - la quantité de carbone échangée entre la terre et l'atmosphère, et la quantité de carbone échangée entre la terre et l'océan côtier—dans les zones humides côtières de marée.

Grâce au prestigieux NSF Career Award, Vargas, professeur agrégé au Département des sciences des plantes et des sols du Collège de l'agriculture et des ressources naturelles (CANR) de l'UD, travaillera également à responsabiliser les étudiants des minorités en les intégrant dans la recherche, activités éducatives et de sensibilisation, et valorisera le capital social en renforçant le réseau d'étudiants, scientifiques et chercheurs dans les marais salants du Delaware et au-delà.

Flux verticaux et latéraux

Les flux verticaux de carbone concernent la quantité de carbone allant du sol vers l'atmosphère ou de l'atmosphère vers l'écosystème et seront estimés en mesurant les flux de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4), deux gaz à effet de serre importants.

"L'échange net de CO2 entre l'atmosphère et la surface terrestre s'appelle l'échange net de l'écosystème, " a déclaré Vargas. " Si l'échange net de l'écosystème est négatif, cela signifie que le CO2 est absorbé par l'écosystème. Si c'est positif, cela signifie que du CO2 est rejeté dans l'atmosphère, et la façon dont nous quantifions cela est avec la technique de covariance de Foucault qui mesure l'échange de masse et d'énergie entre l'atmosphère et la surface terrestre. »

Dans ce site spécifique, les chercheurs mesurent les échanges de CO2 et de CH4 entre l'écosystème et l'atmosphère à l'aide de la première tour de covariance de Foucault établie dans l'État du Delaware depuis 2015. La création de cette tour a été partiellement financée par des subventions que Vargas a reçues de la National Aeronautics and Space Administration du Delaware. Programme établi pour stimuler la recherche concurrentielle (NASA-EPSCOR), les programmes côtiers du Delaware (DCP), et une subvention de démarrage du CANR.

La tour fait partie du réseau AmeriFlux, un consortium de scientifiques utilisant un réseau pour travailler avec la technique de covariance turbulente, mesurer les flux de CO2 et de CH4 sur plusieurs sites à travers les Amériques.

En plus des flux verticaux, Vargas a expliqué qu'il est également important de tenir compte des flux latéraux dans les marais salants, également.

Parce qu'ils sont situés dans la transition entre la terre et l'océan - l'interface terrestre-aquatique - le défi pour les marais salés est que leur biogéochimie est également influencée par les marées, qui apportent de la matière et de l'énergie à mesure qu'elles s'élèvent. Quand les marées se retirent, ils extraient de la matière et de l'énergie, ce qui rend très difficile la compréhension du cycle du carbone sur ces écosystèmes.

"Des études récentes ont montré qu'il y a d'importantes exportations latérales de carbone de ces écosystèmes vers l'océan côtier et c'est quelque chose que nous aimerions également comprendre, " a déclaré Vargas. " C'est un très grand défi et nous commençons des études avec l'objectif global de comprendre comment différents facteurs biophysiques régulent les flux de carbone verticaux et latéraux dans les marais salés intertidaux. "

Caméras distantes

Le site est également équipé d'appareils photo numériques capables de prendre des photos automatiques de l'écosystème pour étudier la phénologie végétale. La phénologie végétale renseigne sur les cycles de vie périodiques des plantes tels que la floraison ou le moment de la défoliation. Les images sont prises en couleur et aussi en infrarouge, ce qui permet aux chercheurs de constater le verdissement de l'écosystème. Ces informations sont utilisées pour comprendre la dynamique du carbone des écosystèmes à partir de photographies répétées, appelée télédétection près de la surface.

"Vous pouvez voir l'indice de verdure pour quantifier à quel point l'écosystème est vert et il a culminé à la mi-août de cette année, et puis vous commencez à perdre ce verdissement dans le cadre du cycle de végétation annuel. C'est aussi une formidable opportunité de science citoyenne et de sensibilisation, " dit Vargas.

L'appareil photo numérique informe non seulement les chercheurs de l'écologisation du site, mais aussi des événements qu'ils n'auraient peut-être pas pu rechercher autrement, comme lorsque des inondations majeures se sont produites en 2015 et 2016.

"Une inondation a été causée par la montée de l'ouragan Joaquin, " dit Vargas. " Avec les caméras, nous avons pu surveiller la hauteur et l'étendue du niveau d'eau. En 2016, nous avons eu une autre inondation, mais cette inondation n'était pas à cause des tempêtes océaniques, c'était à cause d'une tempête à l'intérieur des terres qui a amené de l'eau à travers la rivière St. Jones et a inondé notre site.

Toutes les images sont disponibles en ligne en temps réel dans le cadre du réseau PhenoCam pour aider à améliorer la transparence et le partage des données au sein de la communauté scientifique au sens large.

Volet éducatif

Vargas utilisera également le prix pour offrir aux élèves de huitième année - qui apprennent généralement le cycle du carbone dans le cadre de leur programme de cours - une chance d'acquérir une expérience d'apprentissage pratique liée au carbone.

Vargas prévoit de travailler avec des professionnels du DNREC et de la réserve de St. Jones, ainsi qu'avec Amy Trauth-Nare, directeur associé principal des études professionnelles et continues de l'UD, développer un module en utilisant un enseignement axé sur les phénomènes ou un enseignement basé sur le lieu, comme l'apprentissage à la réserve de St. Jones—pour aborder spécifiquement des sujets sur les échanges de carbone et d'énergie dans les écosystèmes.

En outre, Vargas cherche à créer des opportunités pour les étudiants minoritaires de premier cycle participant au programme Associate in Arts (AAP) de l'UD, favoriser la réussite scolaire en sciences, La technologie, domaines de l'ingénierie et des mathématiques (STEM).

"L'une des choses sur lesquelles je travaille depuis que j'ai commencé à l'UD est de responsabiliser les étudiants sous-représentés, " a déclaré Vargas. " En offrant des opportunités scolaires et en améliorant le capital social, nous renforçons le réseau des étudiants, scientifiques et chercheurs au Delaware et au-delà. Je suis hispanique et les professeurs hispaniques sont minoritaires à l'UD, et les étudiants hispaniques sont également minoritaires à l'UD. Ainsi, J'ai un fort engagement à soutenir les étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs sous-représentés dans les domaines des STIM. C'est un gros coup de pouce pour cette proposition."

Vargas travaillera avec David Satran, directeur du programme d'associé en arts, personnaliser les opportunités pour les étudiants du PAA, et intégrera ses étudiants diplômés actuels en tant que mentors pour les étudiants du PAA.