Bij grote droogte kunnen ook bomen daaronder lijden - en dat proces maakt geluid. Nu hebben wetenschappers de sleutel ontdekt om deze hulpkreten te begrijpen. Franse wetenschappers hebben in hun laboratorium het ultrasone geluid weten te vangen, dat de luchtbelletjes maken die in uitgedroogde bomen gevormd worden.
Bomen maken ook geluiden die niks te maken hebben met de gevolgen van droogte, daarom waren wetenschappers eerder niet in staat om te onderscheiden welke geluiden zorgwekkend waren. “Met deze proeven maken we een begin om de oorzaak van geluid in bomen te begrijpen”, zegt Alexandre Ponomarenko, een natuurkundige aan de universiteit van Grenoble in Frankrijk, die met zijn team het onderzoek uitvoerde. Deze ontdekking helpt wetenschappers te bepalen wanneer bomen uitdrogen en extra water nodig hebben, voegt Ponomarenko toe.
Luisteren naar bomen
Om erachter te komen hoe ze naar bomen moeten luisteren, gebruikten de Franse wetenschappers hun kennis van hoe bomen water opnemen. Binnen in de stam van een boom zitten bundels van gespecialiseerde buisjes, xylem genaamd, die werken op basis van de aantrekkingskracht van watermoleculen onderling en de aantrekkingskracht van water en plantencellen, om vloeistof omhoog te transporteren naar de hoogste takken en bladeren. Door de hoogte van bomen kan de vloeistofdruk in de xylem behoorlijk – vele malen hoger dan de luchtdruk om ons heen – maar de aantrekkingskracht van de watermoleculen zorgt dat de waterkolom niet onderbroken wordt. Stel je een rietje voor waarmee je de laatste druppels onder uit je glas slurpt: je moet de druk opvoeren en steeds harder zuigen. Bij uitgedroogde bomen zorgt deze verhoogde druk ervoor dat de waterkolom toch wordt onderbroken, waardoor er zich kleine luchtbelletjes vormen die het watertransport blokkeren. Als dit gebeurt heet dat 'cavitatie' en hoewel bomen een beetje wel kunnen hebben, kan te veel cavitatie dodelijk zijn. En aangezien bomen kunnen sterven aan cavitatie, willen wetenschappers en bosbeheerders dus weten wanneer dat toeneemt.
Wetenschappers weten al tientallen jaren dat je het geluid van cavitaties kunt vastleggen met een microfoon. Ze waren alleen niet zeker van de oorzaken van deze geluiden, omdat ze niet binnenin een boom konden kijken. Ze konden ook veroorzaakt worden door krakend hout of de afbraak van xylemcellen. Om die vraag te beantwoorden, heeft het team een dun plakje vurenhout in een met gel gevulde capsule geplaatst om een levende boom na te bootsen. De wetenschappers verdampten vervolgens het water uit de gel om droogte te simuleren. De wetenschappers filmden het vormen van de luchtbellen toen de cavitatie optrad in het hout en ze namen tegelijk de geluiden op met een microfoon. De wetenschappers ontdekten dat ongeveer de helft van de geluiden die ze opnamen te maken heeft met cavitatie. De rest werd veroorzaakt door andere processen, zoals luchtbellen die nabijgelegen cellen binnendringen.
De belangrijkste vondst is echter dat de geluidsgolven van dit fenomeen een zeer herkenbaar patroon vormen. Al liggen ze ver boven het bereik van het menselijk gehoor. De wetenschappers geloven dat ze deze patronen kunnen vergelijken met de geluiden van levende bomen en dat ze dan weten welke processen in de boom de geluiden veroorzaken.
Help de dorstige bomen
De resultaten kunnen volgens Ponomarenko leiden tot het ontwerp van een handzaam apparaat, dat gebruikt kan worden om gestreste bomen te diagnosticeren met alleen een microfoon. Zo'n apparaat wordt steeds belangrijker naarmate droogte steeds vaker en heftiger voorkomt, zoals voorspeld wordt door modellen van de opwarming van de aarde.
Een onderzoek dat in Nature werd gepubliceerd afgelopen herfst, beweert zelfs dat bomen op veel plekken – van het tropisch regenwoud in Zuid Amerika tot de droge bossen in het westen van de V.S. – nu al 'op het randje' leven, waarmee ze aangeven dat hun cavitatieniveau ongeveer het maximale is wat ze aankunnen. De methode van Ponomarenko kan een tijdige waarschuwingsmethode bieden om stijgende cavitatieniveaus te signaleren. Hij stelt zich bijvoorbeeld een apparaat voor dat aan de boom wordt bevestigd en continu luistert of het geluiden van droogte hoort. Indien nodig kan het apparaat vervolgens een noodirrigatie systeem in werking zetten.
Het onderzoek van Ponomarenko is veelbelovend, voegt Abe Stroock van de Cornell universiteit eraan toe. In zijn lab werd de gel ontworpen die gebruikt is in het onderzoek van het Franse team. Hij zegt dat de resultaten ons cavitatie “op een andere manier leren waarnemen”. (Bekijk de beelden van de droogte die in 2012 een groot deel van de Verenigde staten teisterde.) Maar hij plaatst ook de kanttekening dat de stukken hout die het team onderzocht moesten worden “ingekerfd en mishandeld” en dat hout in een levende boom zich niet per se hetzelfde gedraagt. “[De resultaten] vertalen naar een levende plant en een andere soort kan, in theorie, nog een hoop werk betekenen.”, zegt hij.
