Ученые выяснили, что предсказать засуху могут растения
Необычное повышение продуктивности растений может предвещать серьезную потерю влаги в почве, и спутники НАСА отслеживают эти подсказки, говорится в исследовании, опубликованном 28 апреля в журнале Geophysical Research Letters.
Вспыхнувшая быстро и без предупреждения засуха, охватившая большую часть США летом 2012 года, стала одной из самых масштабных за всю историю страны со времен многолетней засухи 1930-х годов. «Внезапная засуха», вызванная экстремальной жарой, которая выжгла влагу из почвы и растений, привела к повсеместному неурожаю и экономическим потерям на сумму более $30 млрд.
В то время как типичные засухи могут возникать в течение нескольких сезонов, внезапные засухи характеризуются быстрым высыханием почвы. Они могут проявляться в течение нескольких недель, и их трудно предсказать. В недавнем исследовании ученые из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии смогли обнаружить признаки внезапной засухи за три месяца до ее начала. В будущем такое заблаговременное уведомление может помочь в усилиях по смягчению последствий.
Во время фотосинтеза, когда растение поглощает солнечный свет для преобразования углекислого газа и воды в пищу, его хлорофилл «пропускает» часть неиспользуемых фотонов. Это слабое свечение называется флуоресценцией, вызванной солнечным излучением, или SIF. Чем сильнее флуоресценция, тем больше углекислого газа растение поглощает из атмосферы для своего роста.
Хотя свечение невидимо невооруженным глазом, его можно обнаружить с помощью приборов на борту спутников, таких как орбитальный углеродный обсерваторий НАСА-2 (OCO-2). Запущенный в эксплуатацию в 2014 году, OCO-2 наблюдал, как на Среднем Западе США в течение вегетационного периода наблюдается оживление.
Исследователи сравнили многолетние данные о флуоресценции с данными о внезапных засухах, которые обрушились на США в период с мая по июль 2015 по 2020 год. Они обнаружили эффект домино: в течение недель и месяцев, предшествовавших внезапной засухе, растительность сначала процветала, поскольку условия становились теплыми и сухими. Цветущие растения излучали необычно сильный для этого времени года сигнал флуоресценции.
Команда сопоставила результаты измерений флуоресценции с данными о влажности, полученными со спутника НАСА SMAP. Он отслеживает изменения влажности почвы, измеряя интенсивность естественного микроволнового излучения с поверхности Земли.
Ученые обнаружили, что необычная картина флуоресценции очень хорошо коррелирует с потерей почвенной влаги в течение шести-двенадцати недель перед внезапной засухой. В различных ландшафтах, от лесов умеренного пояса на востоке США до Великих равнин и зарослей кустарников на Западе, наблюдается устойчивая картина.
По этой причине флуоресценция растений «перспективна как надежный индикатор раннего предупреждения о внезапной засухе с достаточным запасом времени для принятия мер», — сказал ученый Николас Паразу из Лаборатории реактивного движения.
