Neobično povećanje produktivnosti biljaka može nagovestiti ozbiljan gubitak vode u zemljištu, a NASA sateliti prate tragove.
Rasplamsavajući se brzo i bez upozorenja, suša koja je zahvatila veći deo Sjedinjenih Država u leto 2012. bila je jedna od najobimnijih koje je zemlja videla od višegodišnjeg Dust Bovl-a iz 1930-ih. „Nagli suša“, izazvana ekstremnom toplotom koja je ispekla vlagu iz zemlje i biljaka, dovela je do široko rasprostranjenog neuspeha useva i ekonomskih gubitaka koji su koštali više od 30 milijardi dolara.
Dok se arhetipske suše mogu razviti tokom godišnjih doba, nagle suše su obeležene brzim sušenjem. Mogu se zadržati za nekoliko nedelja i teško ih je predvideti. U nedavnoj studiji objavljenoj u Geophisical Research Letters, tim predvođen naučnicima iz NASA-ine Laboratorije za mlazni pogon u južnoj Kaliforniji uspeo je da otkrije znake naglih suša do tri meseca pre početka. U budućnosti, takvo unapred obaveštenje moglo bi pomoći naporima za ublažavanje posledica.
Kako je tim uspeo? Prateći sjaj.
Tokom fotosinteze, kada biljka apsorbuje sunčevu svetlost da bi pretvorila ugljen-dioksid i vodu u hranu, njen hlorofil će „ispustiti“ neke neiskorišćene fotone. Ovaj slabi sjaj naziva se fluorescencija izazvana sunčevim zracima ili SIF. Što je fluorescencija jača, biljka uzima više ugljen-dioksida iz atmosfere da bi pokrenula svoj rast.
Iako je sjaj nevidljiv golim okom, može se detektovati instrumentima na satelitima kao što je NASA-ina orbitalna ugljenična opservatorija-2 (OCO-2). Lansiran 2014. godine, OCO-2 je primetio sjaj srednjeg zapada SAD tokom vegetacije.
Istraživači su uporedili podatke o godinama fluorescencije sa inventarom suša koje su pogodile SAD između maja i jula od 2015. do 2020. Otkrili su domino efekat: U nedeljama i mesecima koji su prethodili naglim sušama, vegetacija je u početku napredovala kako su se uslovi promenili toplo i suvo. Cvetajuće biljke emitovale su neobično jak fluorescentni signal za doba godine.
Ali postepeno smanjujući dotok vode u tlu, biljke su stvarale rizik. Kada su ekstremne temperature pogodile, ionako nizak nivo vlage je opao, a suša se razvila u roku od nekoliko dana.
Tim je povezao merenja fluorescencije sa podacima o vlazi sa NASA-inog SMAP satelita. Skraćenica za Soil Moisture Active Passive, SMAP prati promene u vodi u zemljištu merenjem intenziteta prirodnih mikrotalasnih emisija sa Zemljine površine.
Naučnici su otkrili da je neobičan obrazac fluorescencije izuzetno dobro korelirao sa gubicima vlage u zemljištu u periodu od šest do 12 nedelja pre izbijanja suše. Dosledan obrazac se pojavio u različitim pejzažima, od umerenih šuma istočnih SAD do Velikih ravnica i zapadnih grmova.
Iz tog razloga, fluorescencija biljaka „pokazuje obećavajuće kao pouzdan indikator ranog upozorenja na pojavu suše sa dovoljno vremena da se preduzme akcija“, rekao je Nikolas Parazoo, naučnik Zemlje u JPL-u i glavni autor nedavne studije.
Džordan Gert, naučnik iz Kancelarije za posmatranje Nacionalne meteorološke službe koji nije bio uključen u studiju, rekao je da mu je drago što vidi rad na naglim sušama, s obzirom na našu promenljivu klimu. Napomenuo je da poljoprivreda ima koristi od predvidljivosti kad god je to moguće.
Iako rano upozorenje ne može da eliminiše uticaj brzih suša, Gert je rekao: „Poljoprivrednici i rančeri sa naprednim operacijama mogu bolje da koriste vodu za navodnjavanje kako bi smanjili uticaj na useve, izbegli sadnju useva za koje postoji verovatnoća da će propasti ili posaditi drugu vrstu useva da bi postigli najidealniji prinos ako imaju vremensko razdoblje od nedelja do meseci.“
Praćenje emisije ugljenika
Pored pokušaja da predvide nagle suše, naučnici su želeli da shvate kako ove utiču na emisije ugljenika.
Pretvaranjem ugljen-dioksida u hranu tokom fotosinteze, biljke i drveće su „ponori“ ugljenika, koji apsorbuju više CO2 iz atmosfere nego što oslobađaju. Mnoge vrste ekosistema, uključujući poljoprivredna zemljišta, igraju ulogu u ciklusu ugljenika — stalnoj razmeni atoma ugljenika između kopna, atmosfere i okeana.
Naučnici su koristili merenja ugljen-dioksida sa satelita OCO-2, zajedno sa naprednim kompjuterskim modelima, da bi pratili unos ugljenika od strane vegetacije pre i posle naglih suša. Biljke pod toplotnim stresom apsorbuju manje CO 2 iz atmosfere, pa su istraživači očekivali da će pronaći više slobodnog ugljenika. Ono što su umesto toga pronašli bio je balansiranje.
Tople temperature pre početka brze suše izazvale su biljke da povećaju unos ugljenika u poređenju sa normalnim uslovima. Ovo anomalno usvajanje je u proseku bilo dovoljno da u potpunosti nadoknadi smanjenje unosa ugljenika usled vrućih uslova koji su usledili. Iznenađujuće otkriće moglo bi pomoći u poboljšanju predviđanja modela ciklusa ugljenika.
Proslavljajući svoju 10. godinu u orbiti ovog leta, satelit OCO-2 mapira prirodne i ljudske koncentracije ugljen-dioksida i fluorescenciju vegetacije koristeći tri spektrometra nalik kameri podešena da detektuje jedinstveni svetlosni potpis CO 2. Oni mere gas indirektno praćenjem koliko reflektovane sunčeve svetlosti apsorbuje u datom stubu vazduha.