Ricerca sugli antichi pini bristlecone con Google Earth

  • Organizzazione White Mountain Research Station della University of California
  • URL principale del sito web bio.research.ucsc.edu/people/doaklab/adelia.htm
  • Autore Adelia Barber, ricercatrice
  • Strumenti utilizzati Google Earth
“È stato detto che gli alberi sono uomini imperfetti, che sembrano lamentarsi delle radici che li imprigionano al suolo. Io non ho mai avuto questa impressione e non ho mai visto un albero infelice".

— John Muir

Fin dai tempi di Charles Darwin, i biologi si sono sempre sforzati di rappresentare l'incredibile varietà biologica del nostro pianeta su mappe in grado di comunicare sia informazioni utili che un senso realistico delle proporzioni. Negli ultimi anni, questa sfida si è gradualmente trasformata nella ricerca di piattaforme di rilevamento utilizzabili per scopi didattici rivolti al grande pubblico, facilmente comprensibili sia per i principianti che per gli scienziati più affermati e abbastanza potenti da riuscire a memorizzare e visualizzare i dati biologici. Durante la nostra ricerca, incentrata sull'ecologia di una popolazione di antichi pini bristlecone presente sulle White Mountains in California, ci siamo resi conto che Google Earth rappresenta uno strumento fondamentale sia per agevolare il lavoro quotidiano sul campo, sia per informare il pubblico dei nostri progetti. Dal 2004, Google Earth ha notevolmente semplificato la condivisione dei dati spaziali per il nostro team, consentendone una rapida visualizzazione sovrapposta a un'immagine aerea, e ci ha aiutati a scoprire importanti modelli ecologici nelle foreste di pini bristlecone.

Nonostante offrano vette di altezza superiore ai 4.200 metri e uno spettacolo che presenta numerose similitudini, le White Mountains nella California orientale ricevono meno attenzione e meno visitatori rispetto alla vicina catena montuosa High Sierra. Solo poche strade polverose attraversano questa terra sorprendentemente aspra, dove le colline coperte di artemisia sono ricche di fiori selvatici e le valli ospitano branchi di pecore bighorn. Questo ambiente è la dimora degli alberi più antichi della terra, i pini bristlecone (Pinus longaeva), oltre a essere il luogo in cui sorge la White Mountain Research Station della University of California, la stazione di ricerca alla maggiore altitudine di tutto il Nord America.

Nel 1953, il biologo Edmund Schulman ha scoperto nell'area "Methuselah Grove" diversi alberi risalenti a oltre 4500 anni fa, sebbene sia probabile che su questa catena montuosa ne esistano di più antichi. Per numerosi scienziati, la caratteristica più interessante dei pini bristlecone non è l'età estremamente avanzata, quanto piuttosto la resistenza e la durata dei tronchi ormai morti. Poiché questi alberi crescono lentamente in un ambiente secco e a un'altitudine considerevole, il loro legno è estremamente denso e ricco di resina e può quindi rimanere ancorato al terreno senza decomporsi fino a 10.000 anni dopo essere morto. Da oltre 50 anni, i ricercatori del Laboratory of Tree-Ring Research della University of Arizona e di altre organizzazioni fanno riferimento agli anelli dei tronchi dei pini bristlecone come strumento essenziale per studiare i mutamenti climatici del passato e del presente. Nel 2004 abbiamo avviato un progetto (in collaborazione con l'UC Santa Cruz Department of Ecology and Evolutionary Biology) con l'obiettivo di approfondire la conoscenza dell'ecologia di questa popolazione di pini bristlecone. Lo scopo specifico del progetto consiste nell'analizzare l'estensione o la riduzione di determinati raggruppamenti di antichi pini bristlecone nel corso degli ultimi millenni e la possibile reazione di queste popolazioni a eventuali mutamenti climatici. Finora abbiamo studiato diversi gruppi, composti da alberi sia giovani che vecchi, sparsi sulle White Mountains e abbiamo esaminato vari aspetti legati alla produzione delle pigne e allo sviluppo del legno.

Una delle principali sfide connesse alla gestione di ricerche scientifiche sul campo in un ambiente montagnoso e inospitale è l'individuazione dei siti di interesse, la preparazione di un percorso agibile per raggiungerli e la condivisione delle informazioni raccolte all'interno di un team di persone. Prima dell'aggiornamento delle immagini delle White Mountains in Google Earth, riuscire a ottenere vedute aeree che mostrassero nitidamente i singoli pini bristlecone in una vasta area era difficile e costoso. Le immagini aggiornate di Google Earth consentono, invece, di distinguere chiaramente i pini l'uno dall'altro, di identificare i principali tipi di roccia e di stabilire senza difficoltà se gli alberi sono raggruppati in pinete fitte o rade.

Come è stato fatto

Il contributo di Google Earth alla nostra ricerca si è rivelato prezioso a vari livelli. Inizialmente lo abbiamo utilizzato come strumento per visualizzare la fascia di alberi e per analizzare le caratteristiche delle varie pinete prima di recarci sul posto. La funzionalità poligono di Google Earth ci ha consentito di tracciare confini intorno ai gruppi di alberi, naturalmente formati da grandi pini bristlecone o flexilis, opposti ai piccoli pini del Colorado (Pinus edulis) o ai cespugli di mogano di montagna (guardate il video di esempio). In base alle informazioni in nostro possesso, si tratta della prima mappa completa delle foreste di pini bristlecone nelle White Mountains. Sono immediatamente emersi alcuni importanti modelli generali, ad esempio la maggiore densità di alberi sui pendii rivolti a nord e l'ubicazione di insoliti raggruppamenti nati su substrati granitici o di quarzite anziché sulla consueta dolomite. Questi rilevamenti preliminari ci hanno permesso di identificare i siti di maggiore interesse a un giorno di cammino dalla strada più vicina.

Con l'ampliarsi del nostro progetto, abbiamo iniziato a utilizzare Google Earth quotidianamente durante i periodi di ricerca sul campo. La nostra strategia di base è creare e gestire un file KML principale, contenente tutti i punti o i percorsi da noi monitorati e migliaia di singoli alberi, e che sia accessibile da qualsiasi membro del nostro team o da altri utenti della stazione di ricerca. Di recente abbiamo collegato ogni punto a una fotografia del relativo albero per semplificarne l'identificazione. Per effettuare questa operazione, abbiamo prima creato un file di testo contenente l'elenco dei nomi degli alberi, le coordinate GPS, i titoli delle immagini e i dati associati ai singoli alberi (ad esempio età, numero di pigne e così via). Abbiamo quindi utilizzato uno script PHP per creare un file KML con segnaposto relativi all'ubicazione di ogni albero. Il fumetto corrispondente a ciascun segnaposto riporta una fotografia e i dati relativi all'albero raffigurato.

Ogni mattina, prima di dirigerci verso le nostre rispettive destinazioni, possiamo utilizzare il file KML principale per stampare una mappa dei punti di ricerca, organizzando così le operazioni del giorno di alcune persone, e allo stesso tempo, caricare sui dispositivi GPS le coordinate di un diverso transetto per un altro team. La sera, tutti i nuovi dati raccolti possono essere scaricati e inseriti in questo stesso file KML, in modo da poter pianificare il lavoro del giorno successivo.

Disposizione dei transetti

Un aspetto insolito nella biologia dei pini bristlecone è la presenza di un numero estremamente ristretto di alberi giovani all'interno di pinete composte da alberi antichi o già morti. È possibile che i semi di bristlecone germoglino e sopravvivano solo un anno su 50 e solo in determinate aree. Di conseguenza, nell'ambito del nostro progetto dobbiamo "percorrere i transetti" attraverso le foreste di bristlecone a diverse altitudini e su vari pendii e substrati e misurare tutti gli alberi giovani presenti nel raggio di 20 metri dall'osservatore. Questo metodo di campionamento ci consente di stabilire quali siano le condizioni necessarie alla germinazione e alla sopravvivenza dei pini bristlecone.

Per questa parte del progetto abbiamo utilizzato Google Earth inizialmente per identificare le aree più promettenti. Il video di seguito mostra l'esempio di un transetto, a un'altitudine compresa tra 3150 e 3250 metri circa, che attraversa ammassi di dolomite e di granito (altri transetti si trovavano ad altitudini diverse e su pendii e tipi di rocce differenti). Su Google Earth abbiamo calcolato che questo percorso equivale a circa 1,5 chilometri, più o meno la distanza che il nostro team riesce a coprire in una giornata di lavoro di otto ore. Prima di recarci sul posto, abbiamo esaminato l'itinerario con la funzionalità di inclinazione di Google Earth, per verificare che non fossero presenti aree di dolomite meno compatta eccessivamente ripide per poter essere attraversate in sicurezza. Abbiamo inoltre stampato numerose immagini aeree, in modo che i team potessero individuare l'area senza difficoltà. A questo punto, abbiamo salvato il file come KML e abbiamo utilizzato MacGPS Pro per esportare il percorso su diversi dispositivi GPS Garmin. Una volta giunti sul campo, siamo riusciti a rispettare approssimativamente l'itinerario stabilito indicato dal dispositivo GPS, cercando e misurando tutti gli alberi giovani presenti nel raggio di 20 metri dall'asse. Durante la raccolta di dati, abbiamo memorizzato l'ubicazione di ogni albero e abbiamo utilizzato la funzionalità di monitoraggio del GPS per registrare il transetto effettivo seguito (con variazioni minime rispetto a quello stabilito su Google Earth). Al ritorno, abbiamo caricato l'itinerario percorso direttamente in Google Earth e abbiamo utilizzato il nostro script PHP per collegare i segnaposto alle foto e ai dati. Di conseguenza, ora è sufficiente fare clic sui singoli segnaposto per visualizzare un'immagine dell'albero e i relativi dati (ad esempio età stimata, altezza, diametro alla base e stato riproduttivo). Quindi, per tornare a un particolare albero presente in questo transetto, è sufficiente che un qualsiasi membro del team faccia clic sul punto corrispondente, visualizzi un'immagine dell'albero e si rechi sul posto.

Ritrovamento degli esemplari isolati

Un'altra parte del nostro progetto prevede l'analisi dei modelli di crescita e della produzione di pigne relativi agli alberi nati ad almeno 50 metri di distanza dagli altri pini bristlecone rispetto a quelli situati in pinete più fitte. Abbiamo utilizzato Google Earth innanzitutto per individuare gli alberi isolati e quindi per misurare la distanza tra questi e gli altri esemplari. Gli alberi individuati vengono registrati nel nostro file KML principale e collegati alle immagini e ai dati presenti nel nostro database online.

Registrazione degli esemplari individuali all'interno di un settore boschivo

Una parte fondamentale del nostro progetto consiste nell'invecchiamento di un gruppo di diverse centinaia di alberi vivi e morti all'interno di un settore boschivo. Per effettuare questa operazione, è necessario documentare diverse centinaia di punti in un'area ristretta e associare ognuno di essi a un numero univoco e a una fotografia di identificazione. Poiché la ricerca copre diverse aree, il numero di punti aumenta quotidianamente. Il file KML principale contiene un elenco di tali punti, ognuno dei quali è collegato a un'immagine presente nel nostro database online. In caso di domande o dubbi relativi ai dati o all'età di un determinato albero, è sufficiente fare clic sul punto corrispondente per visualizzare una foto dell'albero, caricare il punto sul dispositivo GPS e tornare a ispezionare il sito.

Creazione del file KML

Abbiamo creato un file KML con diversi tipi di informazioni per altri ricercatori, educatori e per il grande pubblico. La prima sezione, denominata "For Travelers (Per i viaggiatori)" presenta indicazioni dei principali siti turistici come l'area di campeggio e l'ufficio del turismo. La seconda sezione, "Learn About the Bristlecone Pine" (Informazioni sul pino bristlecone), contiene un tour didattico dell'ecosistema bristlecone. Qui gli utenti interessati possono reperire informazioni sulla scoperta dei pini bristlecone e sulla scienza della dendrocronologia, analizzare le differenze tra i vari raggruppamenti di pini bristlecone ed esplorare la linea superiore degli alberi. Si tratta di un ottimo esempio di come sia possibile utilizzare un file KML per trasmettere una notevole quantità di informazioni sulla storia naturale di specie particolari. Nella terza sezione, "A Week of Field Research (Una settimana di ricerca sul campo)", descriviamo una settimana di lavoro del nostro team, dimostrando l'importanza strategica di Google Earth per le nostre operazioni quotidiane. Forniamo inoltre livelli che contengono link a numerose foto dei nostri alberi, mostriamo un esempio di transetto di vegetazione e un profilo della fascia di pini bristlecone che si snoda lungo tre stati, California, Nevada e Utah. Nell'ultima sezione, dedicata alla White Mountain Research Station, gli utenti possono esplorare le quattro stazioni secondarie e seguire i link relativi ad alcuni dei numerosi progetti gestiti in questa sede.

Google Earth ha considerevolmente semplificato il lavoro quotidiano del nostro team sul campo e ci ha consentito di tenere traccia di una notevole quantità dati spaziali in un modo che risulta accessibile a molte persone. Ecco alcuni utili suggerimenti basati sulle esperienze maturate:

  • Suddividete i dati utilizzando diversi livelli di cartelle. Quando è necessario registrare centinaia di punti, percorsi e poligoni, questo metodo consente di ottimizzare l'organizzazione dei dati e di ridurre la lunghezza della barra di scorrimento della finestra quando si espandono le cartelle.
  • Importate icone personalizzate per contrassegnare i punti molto ravvicinati se le icone standard di Google Earth risultano troppo grandi e creano un sovraffollamento.
  • Google Earth Pro offre funzionalità eccezionali, ad esempio la possibilità di tracciare poligoni e importare shapefile, ma anche la versione gratuita è in grado di eseguire molte delle operazioni sopra descritte.
  • Scoprite i programmi di terze parti che consentono di importare ed esportare file KML. MacGPS Pro e KMLer, ad esempio, sono applicazioni semplici e poco costose, che si sono rivelate particolarmente utili per la gestione dei dati, ma i programmi disponibili sono certamente più numerosi.
  • Quando dovete descrivere una posizione sul campo, non esitate a contrassegnare alcuni punti, salvarli come KML e inviare il file per email ai vostri colleghi.

Riepilogando, se non siete esperti nell'utilizzo di programmi di rilevamento basati sul computer, non riuscirete a trovare un metodo più facile e intuitivo di Google Earth per gestire e condividere i dati spaziali raccolti. Gli utenti che generalmente si avvalgono di piattaforme GIS tradizionali possono, invece, provare a utilizzare Google Earth come strumento per rendere più semplice e rapida la visualizzazione e la condivisione dei propri dati.

Guarda una presentazione video sull'utilizzo di Google Earth da parte del gruppo di ricerca per la documentazione dei transetti.

Impatto

Google Earth si è dimostrato uno strumento indispensabile per la nostra ricerca ed è stato utilizzato quotidianamente. Il vantaggio legato all'utilizzo di Google Earth è stata la semplicità di utilizzo da parte di diverse persone, tra cui studenti universitari e volontari. L'utilizzo di file KML ha inoltre permesso al team lo scambio di dati tra i sistemi operativi Mac e PC, oltre ad avere offerto loro la flessibilità necessaria per stampare rapidamente mappe e foto o per trasferire gli insiemi di waypoint, in costante espansione, tra diversi dispositivi GPS.


Il fileKML Bristlecone Pine Research consente al pubblico di scoprire le White Mountains e questi alberi unici.