Earth Outreach

Al sinds Darwin hebben biologen moeite om de ongelofelijke biologische diversiteit van de aarde weer te geven op kaarten die niet alleen betekenisvolle informatie bevatten maar ook op een realistische schaal zijn gemaakt. De afgelopen jaren is naarstig gezocht naar platforms waarmee educatieve kaarten kunnen worden gemaakt voor het grote publiek, die makkelijk toegankelijk zijn voor zowel leken als voor gevestigde wetenschappers en die krachtig genoeg zijn om biologische gegevens bij te houden en weer te geven. Ons onderzoek richt zich op het ecologische systeem van de vossenstaartdennenpopulatie in het White Mountain-gebied in Californië. Google Earth is een belangrijk hulpmiddel gebleken bij het gewone veldonderzoek, maar ook om onze projecten onder de aandacht te brengen bij het grote publiek. Ons team kan dankzij Google Earth sinds 2004 veel eenvoudiger geografische gegevens delen en deze gegevens bekijken wanneer ze worden weergegeven als overlay op luchtfoto's. Dankzij Google Earth hebben we ook belangrijke ecologische patronen kunnen ontdekken in de dennenbossen.

De White Mountains in het oosten van Californië krijgen minder aandacht en trekken minder bezoekers dan de nabijgelegen High Sierra Range, ondanks het feit dat het eerstgenoemde gebied minstens zo spectaculair is, met hoge bergtoppen die soms wel meer dan 4000 meter hoog zijn. Er lopen slechts enkele zandwegen door dit verrassend ruige terrein. De glooiende bergruggen zijn bedekt met alsem en er groeit een overvloed aan wilde bloemen. De vallei wordt bevolkt door kuddes wilde dikhoornschapen. Hier groeien 's werelds oudste bomen, de vossenstaartdennen (Pinus longaeva). Bovendien is dit het hoogst gelegen onderzoeksstation van Noord-Amerika, het White Mountain Research Station van de University of California.

In 1953 ontdekte bioloog Edmund Schulman in de zogeheten 'Methuselah Grove' verschillende bomen die meer dan 4500 jaar oud waren, maar vermoedelijk staan er in dit gebied niet-ontdekte bomen die nog ouder zijn. Voor veel onderzoekers is het meest interessante van deze bomen niet hun hoge leeftijd, maar de duurzaamheid van het dode hout. Omdat de bomen langzaam groeien in een droog en hooggelegen berggebied, is het hout van de dennen extreem compact en bevat het veel hars. Het hout van een dode boom blijft soms wel 10.000 jaar boven de grond liggen zonder dat het verrot of vergaat. Al meer dan vijftig jaar maken onderzoekers van het Laboratory of Tree-Ring Research van de University of Arizona en anderen gebruik van de jaarringen van deze dennen als een belangrijk hulpmiddel bij onderzoek naar klimaatveranderingen in het verleden en heden. In 2004 zijn we een project gestart (vanuit de faculteit Ecologie en evolutionaire biologie van het UC Santa Cruz) om meer inzicht te krijgen in de populatie-ecologie van vossenstaartdennen. In dit project wordt vooral onderzocht hoe bepaalde boomgaarden met pijnbomen zijn gegroeid of juist kleiner zijn geworden gedurende de afgelopen millennia en hoe de populatie reageert op klimaatveranderingen. We bestuderen daarom een aantal verschillende dennenbossen verspreid over het White Mountain-gebied. We kijken daarbij naar zowel jonge als oudere bomen en onderzoeken de productie van dennenappels en de ontwikkeling van het hout.

De grootste uitdagingen van wetenschappelijk veldonderzoek in ruig berggebied zijn dat je de juiste onderzoekslocaties moet vinden, moet uitzoeken hoe je daar komt en die informatie moet communiceren naar een onderzoeksteam. In de periode voordat Google Earth het beschikbare materiaal van de White Mountains had geüpdatet, was het erg moeilijk en kostbaar om aan luchtfoto's te komen waarop de gebieden met vossenstaartdennen duidelijk te zien waren. Dankzij de geüpdatete beelden in Google Earth kunnen we nu elke afzonderlijke boom goed zien, kunnen we veelvoorkomende steensoorten duidelijk van elkaar onderscheiden en kunnen we in één oogopslag zien of de bossen dicht- of dunbeplant zijn.

Aanpak

Google Earth is op een aantal manieren onmisbaar geworden voor ons onderzoek. In eerste instantie gebruikten we het alleen als hulpmiddel om de boomgrenzen en de kenmerken van de verschillende bomen te bekijken voordat we daadwerkelijk het veld ingingen. Met behulp van de polygoonfunctie van Google Earth hebben we de grenzen van groepen grote vossenstaartdennen gemarkeerd en zo andere boomsoorten als de kleinere pinyon-dennen en bergmahoniestruiken uitgesloten (zie ook de voorbeeldvideo). Voor zover wij weten is dit de eerste volledige kaart waarop de vossenstaartdenbossen van de White Mountains worden weergegeven. Er kwamen belangrijke algemene patronen naar voren, zoals de dichtere begroeiing op de noordelijk gelegen hellingen en de zeldzame locaties waar dennen groeiden op ondergronden bestaande uit kwartsiet of graniet in plaats van het gebruikelijke dolomiet. Via deze methode konden we interessante onderzoekslocaties identificeren die op loopafstand van de dichtstbijzijnde weg lagen.

Naarmate ons project vorderde, gingen we Google Earth dagelijks gebruiken in de periode dat we veldonderzoek deden. We houden een hoofd-KML-bestand bij van alle herkenningspunten en paden die we bestuderen, inclusief duizenden afzonderlijke bomen. Dit algemene bestand is toegankelijk voor elk teamlid en alle medewerkers van het onderzoeksstation. In de meest recente versie van de KML is elk herkenningspunt gekoppeld aan een foto van de boom om deze gemakkelijker te kunnen herkennen. We hebben daarvoor eerst een tekstbestand gemaakt met een lijst met boomnamen, gps-coördinaten, namen van foto's en de gegevens van elke boom, zoals de leeftijd, het aantal dennenappels, enzovoort. We hebben vervolgens met een PHP-script een KML-bestand gemaakt met plaatsmarkeringen op de locatie van elke boom; de ballon voor elke plaatsmarkering bevat een foto en de gegevens die horen bij de desbetreffende boom.

's Ochtends, voordat we eropuit trekken, gebruiken we het hoofd-KML-bestand bijvoorbeeld om een kaart af te drukken van alle onderzoekspunten die een bepaald team in een dag kan nalopen en kunnen we tegelijkertijd voor een ander team de coördinaten van ander onderzoeksgebied uploaden naar gps-apparaten. 's Avonds kunnen we alle gegevens die gedurende de dag zijn verzameld, downloaden en verwerken in de KML. Op basis daarvan kunnen we dan het werk voor de volgende dag bepalen.

Onderzoeksgebieden bepalen

Een van de meest verbijsterende aspecten van de biologie van deze dennen is dat er zeer weinig jonge bomen voorkomen in bossen met oude en dode bomen. Mogelijk kunnen de dennenzaden slechts in 1 op de 50 jaar ontkiemen en overleven, en mogelijk ook alleen maar in bepaalde gebieden. We maken daarom in het kader van het project wandeltochten in onderzoeksgebieden door dennenbossen met verschillende niveaus, hellingen en ondergronden. We meten alle kleine bomen binnen een straal van 20 meter vanuit het punt waar de onderzoeker loopt. Door op deze manier de jonge bomen te onderzoeken, kunnen we erachter komen in welke omstandigheden deze dennen ontkiemen en kunnen overleven.

Tijdens dit gedeelte van het project hebben we Google Earth voor het eerst gebruikt om interessante locaties te vinden. In de onderstaande video is een voorbeeld te zien van een dergelijk onderzoeksgebied op hoogten van 3100 tot 3200 meter met verschillende steensoorten, zoals dolomiet en graniet. Andere onderzoeksgebieden zijn ingedeeld op andere hoogten, hellingen en steensoorten. Via Google Earth hebben we uitgerekend dat dit pad ongeveer 1,5 kilometer lang is. Dit is een afstand die ons team zou kunnen afleggen tijdens een werkdag van 8 uur. Voordat we eropuit trokken, hebben we het pad eerst onderzocht met behulp van de functie voor kantelen in Google Earth om te voorkomen dat we ons zouden begeven in al te steile of onveilige gebieden met veel steenslag. We hebben daarnaast verschillende weergaven van luchtfoto's afgedrukt zodat andere teamleden het gebied ook zouden kunnen vinden. We hebben het bestand vervolgens opgeslagen als KML en MacGPS Pro gebruikt om dit pad te exporteren naar verschillende gps-apparaten van Garmin. Tijdens het veldonderzoek hebben we dit pad ruwweg kunnen volgen via onze gps-apparaten terwijl we zochten naar alle kleine bomen binnen een straal van 20 meter vanaf het centrale punt. We hebben de locatie van elke afzonderlijke boom opgeslagen. Met behulp van de meetfunctie van het gps-apparaat hebben we het pad opgeslagen dat we daadwerkelijk hebben gevolgd en dat verschilde maar weinig met het pad dat was berekend in Google Earth. Aan het einde van de dag hebben we het pad geüpload naar Google Earth en met een PHP-script de plaatsmarkeringen gekoppeld aan foto's en gegevens. Als we nu klikken op een plaatsmarkering, wordt een foto van de desbetreffende boom weergegeven met de bijbehorende gegevens (geschatte leeftijd, hoogte, diameter bij de voet en de voortplantingsstatus). Elk teamlid kan op een bepaald punt klikken, de foto en gegevens bekijken en de locatie zo weer terugvinden als we meer onderzoek willen doen naar een bepaalde boom in het onderzoeksgebied.

Geïsoleerde bomen zoeken

In een ander onderdeel van ons project onderzoeken we de groeipatronen en de productie van dennenappels van bomen die groeien op minimaal 50 meter afstand van de dichtstbijzijnde andere dennen, ten opzichte van de productie van de bomen die groeien in dichte groepen. We hebben Google Earth eerst gebruikt om de geïsoleerde bomen te vinden. Vervolgens hebben we de afstand gemeten tussen deze bomen en de dichtstbijzijnde bomen eromheen. Deze bomen hebben we opgeslagen in onze hoofd-KML en gekoppeld aan foto's en gegevens in onze online database.

Afzonderlijke bomen in een groep bijhouden

Een belangrijk onderdeel van ons project is het vaststellen van de leeftijd van enkele honderden levende en dode bomen in een boomgroep. Voor dit doel moeten we dus enkele honderden punten bijhouden in een klein gebied en elk punt koppelen aan een uniek nummer en bijbehorende foto. Het aantal punten neemt dagelijks toe tijdens onderzoek van elk gebied. We houden de lijst met punten bij in onze hoofd-KML en koppelen tegelijkertijd elk punt aan een foto in onze online database. Als iemand bijvoorbeeld een vraag heeft over specifieke gegevens of de leeftijd van een bepaalde boom, kunnen we klikken op het punt en een afbeelding van de boom weergeven. We kunnen daarnaast het punt uploaden naar onze gps en naar de plek terugkeren.

KML's maken

We hebben een KML gemaakt met verschillende soorten gegevens voor andere wetenschappers, docenten en het algemene publiek. Het eerste deel, met de titel 'For Travelers' (Voor reizigers), bevat plaatsmarkering bij belangrijke plekken voor bezoekers, zoals de camping en het bezoekerscentrum. Het tweede gedeelte, 'Learn About the Bristlecone Pine' (Meer informatie over de vossenstaartden), is een educatieve rondleiding door het ecosysteem van de vossenstaartden. Geïnteresseerde bezoekers kunnen hier onder andere informatie vinden over de ontdekking van vossenstaartdennen en dendrochronologie, de verschillen tussen dennenbossen en de bovenste boomgrens. Dit is een goed voorbeeld van het gebruik van een KML-bestand voor het overbrengen van verschillende soorten informatie over de natuurlijke geschiedenis van een bepaalde soort. In het derde gedeelte, 'A Week of Field Research' (Een week veldonderzoek), wordt beschreven hoe het eraan toegaat binnen het team tijdens een week veldonderzoek en laten we zien hoe belangrijk Google Earth is voor het onderzoek. Dit gedeelte bevat veel lagen met links naar foto's van onze bomen. Het bevat ook een voorbeeld van een doorsnede van de plantengroei en er wordt een overzicht gegeven van de pijnboompopulatie in Californië, Nevada en Utah. Tot slot gaat het laatste gedeelte over het White Mountain Research Station. Hier kunnen gebruikers de vier verschillende substations verkennen en links bekijken naar de vele projecten die hier plaatsvinden.

Door Google Earth is het dagelijkse veldwerk voor ons team veel gemakkelijker geworden. Ook kunnen we grote hoeveelheden geografische gegevens bijhouden op een manier die voor heel veel verschillende mensen toegankelijk is. Hier volgen enkele van onze ervaringen:

• Gebruik veel verschillende niveaus in de mappenstructuur om gegevens te ordenen. Dat zorgt voor een beter overzicht van honderden markeringspunten, paden en polygonen. Bovendien blijft de scrollbar dan kort bij het uitvouwen van mappen.

• Importeer eigen pictogrammen om punten te markeren die erg dicht bij elkaar liggen, als de standaardpictogrammen van Google Earth te groot zijn en het onoverzichtelijk wordt.

• Google Earth Pro beschikt over veel nuttige functies zoals polygonen tekenen en vormgevingsbestanden (shapefiles) importeren. Veel van de hierboven beschreven bewerkingen kunt u echter ook uitvoeren met andere versies van Google Earth.

• Kijk ook eens naar programma's van derden waarmee u KML-bestanden kunt importeren en exporteren. MacGPS Pro en KMLer zijn twee eenvoudige en betaalbare programma's waarmee wij gegevens inzichtelijker hebben kunnen maken, maar er zijn er nog veel meer.

• Als u probeert nieuwe onderzoekslocaties te beschrijven, wees dan niet bang om een aantal punten te markeren, ze op te slaan als KML en dit bestand naar collega's te mailen.

Kortom, als u onbekend bent met computerprogramma's waarmee u kaarten kunt maken, dan is dit de meest eenvoudige manier om uw geografische gegevens te beheren en te delen. Als u echter bekender bent met traditionelere GIS-platforms, probeert u dan Google Earth om gegevens makkelijker weer te kunnen geven en te delen.

Bekijk een demonstratievideo over hoe de onderzoeksgroep Google Earth gebruikt om doorsneden te documenteren.

Impact

Google Earth is van onschatbare waarde voor ons onderzoek en we gebruiken het elke dag. Het voordeel van Google Earth was het gemak waarmee het door verschillende mensen kon worden gebruikt, inclusief studenten en vrijwilligers. Daarnaast kan het team via KML-bestanden makkelijk gegevens uitwisselen tussen computers met verschillende besturingssystemen zoals Mac en Windows. Ze konden ze ook snel en eenvoudig kaarten en foto's afdrukken of de gestaag groeiende verzameling routepunten van en naar gps-apparaten verplaatsen.

“

Met de Bristlecone Pine Research KML kunnen bezoekers de White Mountains en deze unieke bomen beter leren kennen.

”