Los científicos de la NASA han descubierto que la fluorescencia de las plantas rastreada por satélite puede predecir sequías repentinas con meses de anticipación, lo que ayuda a mitigar y comprender los impactos del ciclo del carbono durante las sequías. Crédito: Estudio de visualización científica de la NASA
Un aumento inusual en la productividad de las plantas puede indicar una pérdida grave inminente de agua en el suelo. NASA Los satélites rastrean este sutil brillo y proporcionan alertas tempranas sobre posibles sequías repentinas en varios paisajes.
La sequía que afectó a gran parte de Estados Unidos en el verano de 2012, que se expandió rápidamente y sin previo aviso, fue una de las más extendidas que el país había visto desde los años del Dust Bowl de la década de 1930, alimentada por un calor extremo que destruyó el suelo y la tierra. La humedad de las plantas provocó pérdidas generalizadas de cosechas y pérdidas económicas que costaron más de 30 mil millones de dólares.
Si bien las sequías arquetípicas pueden desarrollarse a lo largo de las estaciones, las sequías repentinas se caracterizan por un secado rápido. Pueden aparecer en unas pocas semanas y son difíciles de predecir. En un estudio reciente, un equipo dirigido por científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California pudo detectar signos de sequía repentina hasta tres meses antes de que aparecieran. En el futuro, dicha notificación previa podría facilitar los esfuerzos de mitigación.
¿Cómo lo hicieron? Siguiendo el resplandor.
En un campo del oeste de Kentucky, una máquina rocía cultivos de cobertura para prepararlos para la temporada de siembra. Los científicos de la NASA están recurriendo a herramientas espaciales para ayudarles a predecir las rápidas y sigilosas sequías responsables de graves pérdidas agrícolas en los últimos años. Crédito: Departamento de Agricultura de EE. UU./Justin Pius
Una señal vista desde el espacio
Durante fotosíntesis, cuando una planta absorbe la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en alimento, su clorofila “filtra” algunos fotones no utilizados. Este tenue brillo se llama fluorescencia inducida por el sol o SIF. Cuanto más fuerte es la fluorescencia, más dióxido de carbono extrae una planta de la atmósfera para impulsar su crecimiento.
Aunque el brillo es invisible a simple vista, puede detectarse mediante instrumentos a bordo de satélites como el Observatorio Orbital de Carbono-2 (OCO-2) de la NASA. Lanzado en 2014, OCO-2 observó el Medio Oeste de Estados Unidos iluminado durante la temporada de crecimiento.
Las plantas en crecimiento emiten una forma de luz detectable por los satélites de la NASA que orbitan a cientos de kilómetros sobre la Tierra. Partes de América del Norte parecen brillar en esta visualización, lo que representa un año promedio. El gris indica regiones con poca o ninguna fluorescencia; El rojo, el rosa y el blanco indican una alta fluorescencia. Crédito: Estudio de visualización científica de la NASA
Los investigadores compararon años de datos de fluorescencia con un inventario de sequías repentinas que afectaron a los Estados Unidos entre mayo y julio de 2015 y 2020. Descubrieron un efecto dominó: en las semanas y meses previos a una sequía repentina, la vegetación floreció por primera vez cuando las condiciones cambiaron. caliente y seco. Las florecientes plantas emitían una señal de fluorescencia inusualmente fuerte para la época del año.
Pero al reducir gradualmente las reservas de agua del suelo, las plantas crearon un riesgo. Cuando llegaron las temperaturas extremas, los niveles de humedad, que ya eran bajos, cayeron y en cuestión de días se desarrolló una sequía repentina.
El equipo correlacionó las mediciones de fluorescencia con los datos de humedad del satélite SMAP de la NASA. SMAP, abreviatura de Soil Moisture Active Passive, rastrea los cambios en el agua del suelo midiendo la intensidad de las emisiones naturales de microondas de la superficie de la Tierra.
Los científicos descubrieron que el patrón inusual de fluorescencia se correlacionaba extremadamente bien con las pérdidas de humedad del suelo durante las seis a 12 semanas previas a una sequía repentina. Ha surgido un patrón consistente en diversos paisajes, desde los bosques templados del este de Estados Unidos hasta las grandes llanuras y matorrales del oeste.
Por esta razón, la fluorescencia de las plantas “se muestra prometedora como indicador confiable de alerta temprana de sequía repentina, con tiempo suficiente para actuar”, dijo Nicholas Parazoo, científico de la Tierra de la Universidad de Washington. JPL y autor principal del estudio reciente.
Jordan Gerth, un científico de la Oficina de Observaciones del Servicio Meteorológico Nacional que no participó en el estudio, dijo que estaba contento de ver trabajos sobre sequías repentinas a la luz del cambio climático. Destacó que la agricultura se beneficia al máximo de la previsibilidad.
Aunque la alerta temprana no puede eliminar los impactos de las sequías repentinas, dijo Gerth, “los agricultores y ganaderos con operaciones avanzadas pueden utilizar mejor el agua para riego para reducir los impactos en los cultivos, evitar plantar cultivos que probablemente fracasen o plantar un tipo diferente de cultivo”. para obtener el resultado más ideal si tienen semanas o incluso meses de plazo de entrega.
Seguimiento de las emisiones de carbono
Además de intentar predecir sequías repentinas, los científicos querían comprender su impacto en las emisiones de carbono.
Al convertir el dióxido de carbono en alimento durante la fotosíntesis, las plantas y los árboles son “sumideros” de carbono y absorben más CO2 de la atmósfera del que liberan. Muchos tipos de ecosistemas, incluidas las tierras agrícolas, desempeñan un papel en el ciclo del carbono, el intercambio constante de átomos de carbono entre la tierra, la atmósfera y el océano.
Los científicos utilizaron mediciones de dióxido de carbono del satélite OCO-2, junto con modelos informáticos avanzados, para rastrear la absorción de carbono por la vegetación antes y después de las sequías repentinas. Las plantas sometidas a estrés por calor absorben menos CO2 de la atmósfera, por lo que los investigadores esperaban encontrar más carbono libre. En cambio, lo que encontraron fue un acto de equilibrio.
Las temperaturas cálidas que precedieron al inicio de la sequía repentina hicieron que las plantas aumentaran su absorción de carbono en comparación con las condiciones normales. Esta absorción anómala fue, en promedio, suficiente para compensar completamente las disminuciones en la absorción de carbono debido a las condiciones cálidas posteriores. Este sorprendente descubrimiento podría ayudar a mejorar las predicciones de los modelos del ciclo del carbono.
Celebrando su décimo año en órbita este verano, el satélite OCO-2 mapea las concentraciones de dióxido de carbono naturales y causadas por el hombre y la fluorescencia de la vegetación utilizando tres espectrómetros tipo cámara sintonizados para detectar la firma luminosa única del CO2. Miden el gas indirectamente siguiendo la cantidad de luz solar reflejada que absorbe en una columna de aire determinada.
