Utilizzando immagini satellitari ad alta risoluzione e l’AI, un team internazionale con scienziati della NASA ha mappato 10 miliardi di alberi nelle terre aride dell’Africa. Lo scopo ? Valutare la quantità di carbonio intrappolato negli alberi africani.
Il risultato è la prima stima completa della densità di carbonio degli alberi nelle zone africane del Sahara, del Sahel e del Sudan. Il team ha riportato le sue scoperte il 1 marzo su Nature (rif.) e i dati sono gratuiti e disponibili al pubblico.
Il tempo di permanenza del carbonio
I ricercatori hanno scoperto che ci sono molti più alberi sparsi nelle regioni semi-aride dell’Africa di quanto si pensasse in precedenza, ma che immagazzinano anche meno carbonio di quanto previsto nei modelli. Nel nuovo studio, il team ha stimato che circa 0,84 petagrammi di carbonio sono intrappolato negli alberi africani. Un petagrammo è di 1 miliardo di tonnellate.
Avere una stima accurata del carbonio degli alberi è essenziale per le proiezioni sui cambiamenti climatici. Questi sono influenzati da quanto a lungo gli alberi e altra vegetazione immagazzinano il carbonio. Il tempo di permanenza del carbonio, è molto breve per erbe e cespugli, che crescono stagionalmente, ma molto più lungo per alberi che crescono per anni.
Al di là delle vaste foreste tropicali sparse al centro del continente, i paesaggi africani spaziano dalle praterie aride con pochi alberi alle savane con alberi sparsi fino alle zone più umide con molti alberi sparsi. Questa copertura arborea dispersa ha reso difficile stimare il numero di alberi in queste aree, e spesso ci sono state sopravvalutazioni o sottostime. Eppure tali misurazioni sono essenziali per gli sforzi di conservazione e per comprendere il ciclo del carbonio sul nostro pianeta.
L’aiuto dell’AI
“Il nostro team ha raccolto e analizzato i dati sul carbonio fino al livello del singolo albero nelle vaste regioni semi-aride dell’Africa. Questa analisi era stata fatta solo su piccole scale locali”, ha affermato Compton Tucker, scienziato presso il Goddard Space Flight Center della NASA. Precedenti stime satellitari del carbonio degli alberi nelle terre aride dell’Africa spesso scambiavano erbe e arbusti per alberi. “Ciò ha portato a previsioni eccessive del carbonio”.
l carbonio circola costantemente tra la terra, l’atmosfera e l’oceano. Gli alberi rimuovono l’anidride carbonica dall’atmosfera terrestre durante il processo di fotosintesi e la immagazzinano nelle loro radici, tronchi, rami e foglie. Per questo motivo, l’aumento della copertura arborea è spesso suggerito come un modo per compensare le emissioni di carbonio in costante aumento.
Nello studio, il team ha utilizzato sofisticati algoritmi di machine learning e AI per ordinare oltre 326.000 immagini satellitari. I ricercatori hanno acquisito le immagini attraverso il Center for Climate Simulation della NASA. Sfruttando l’Explore/ADAPT Science Cloud hanno preparato le immagini per l’apprendimento automatico.
I risultati ed il cambiamento climatico
Martin Brandt dell’Università di Copenaghen ha compilato i dati sull’addestramento dell’IA da 89.000 singoli alberi. Il collega Ankit Kariyaa, ha adattato una rete neurale in modo che i computer potessero rilevare i singoli alberi, in immagini ad alta risoluzione in scala di 50 centimetri, dei paesaggi più aridi e meno verdeggianti dell’Africa.
I ricercatori hanno definito un albero qualsiasi cosa con una chioma verde e frondosa e un’ombra adiacente. Da questo, hanno addestrato il software di apprendimento automatico a contare gli alberi durante milioni di ore di supercalcolo sul supercomputer Blue Waters dell’Università dell’Illinois. Quando il team ha confrontato i risultati dell’apprendimento automatico con le valutazioni umane del paesaggio, i computer hanno raggiunto il 96,5% di efficacia nella misurazione dell’area della chioma degli alberi.
Il viola intenso indica livelli di carbonio inferiori; giallo-bianco indica livelli più alti. Credit: NASA
Dalle misurazioni, gli scienziati possono ricavare la quantità di carbonio nelle foglie, nelle radici e nel legno di ciascun albero. Un gruppo guidato da Pierre Hiernaux dell’Università di Tolosa ha esaminato 30 diverse specie per misurare la massa fogliare, legnosa e radicale. Valutando le masse di carbonio hanno stabilito una relazione statistica con l’area della chioma degli alberi. I risultati saranno utili per scienziati e studenti che studiano il ciclo del carbonio. Ma soprattutto dovrebbero essere utili per i politici che cercano di combattere il cambiamento climatico e gli agricoltori che vorranno determinare il carbonio immagazzinato nei loro campi.
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