הזוהר הסודי של הצמחים: המפתח של נאס"א לניבוי בצורת פתאומית

עלייה חריגה בתפוקה הצמחית עשויה לאותת על אובדן מים חמור בקרקע. נאס"א לוויינים עוקבים אחר הזוהר העדין הזה, ומציעים אזהרות מוקדמות על בצורת הבזק פוטנציאלית על פני נופים מגוונים.

התלקחות במהירות וללא אזהרה מועטה, הבצורת שאחזה בחלק ניכר מארצות הברית בקיץ 2012 הייתה אחת הנרחבות ביותר שראתה המדינה מאז קערת האבק ארוכת השנים של שנות ה-30. "בצורת הבזק", שנבעה מהחום הקיצוני שאפה את הלחות מהאדמה והצמחים, הובילה לכישלון יבול נרחב ולהפסדים כלכליים בעלות של יותר מ-30 מיליארד דולר.

בעוד שבצורת ארכיטיפית עשויה להתפתח לאורך עונות, בצורת הבזק מסומנת בייבוש מהיר. הם יכולים להשתלט תוך שבועות וקשה לחזות אותם. במחקר שנערך לאחרונה, צוות בראשות מדענים ממעבדת הנעת סילון של נאס"א בדרום קליפורניה הצליח לזהות סימנים של בצורת הבזק עד שלושה חודשים לפני תחילתה. בעתיד, הודעה מוקדמת כזו עשויה לסייע במאמצי הפחתה.

איך הם עשו את זה? על ידי מעקב אחר הזוהר.

אות שנראה מהחלל

בְּמַהֲלָך פוטוסינתזה, כאשר צמח סופג אור שמש כדי להמיר פחמן דו חמצני ומים למזון, הכלורופיל שלו "ידלוף" כמה פוטונים שאינם בשימוש. זוהר קלוש זה נקרא פלואורסצנטי המושרה על ידי השמש, או SIF. ככל שהקרינה חזקה יותר, כך הצמח לוקח יותר פחמן דו חמצני מהאטמוספירה כדי להניע את צמיחתו.

בעוד שהזוהר אינו נראה לעין בלתי מזוינת, ניתן לזהות אותו על ידי מכשירים על גבי לוויינים כגון OCO-2 של נאס"א. OCO-2, שהושק בשנת 2014, צפה בזוהר של המערב התיכון של ארה"ב במהלך עונת הגידול.

צמחים גדלים פולטים סוג של אור שניתן לזהות על ידי לווייני נאס"א המקיפים מאות קילומטרים מעל כדור הארץ. נראה שחלקים מצפון אמריקה נוצצים בהדמיה זו, המתארת ​​שנה ממוצעת. אפור מציין אזורים עם קרינה מועטה או ללא; אדום, ורוד ולבן מעידים על קרינה גבוהה. קרדיט: הסטודיו להדמיה מדעית של נאס"א

החוקרים השוו שנים של נתוני הקרינה למלאי של בצורת הבזק שפקד את ארה"ב בין מאי ליולי בין השנים 2015 ל-2020. הם מצאו אפקט דומינו: בשבועות ובחודשים שקדמו לבצורת הבזק, הצמחייה שגשגה בתחילה כשהתנאים השתנו. חם ויבש. הצמחים הפורחים פלטו אות פלואורסצנטי חזק בצורה יוצאת דופן לתקופת השנה.

אבל על ידי ירידה הדרגתית של אספקת המים באדמה, הצמחים יצרו סיכון. כאשר טמפרטורות קיצוניות פגעו, רמות הלחות הנמוכות ממילא צנחו, ובצורת הבזק התפתחה תוך ימים.

הצוות קשר את מדידות הקרינה עם נתוני הלחות מהלוויין SMAP של נאס"א. קיצור של Soil Moisture Active Passive, SMAP עוקב אחר שינויים במי הקרקע על ידי מדידת עוצמת פליטת מיקרוגל טבעית מפני השטח של כדור הארץ.

המדענים גילו שדפוס הקרינה יוצא הדופן נמצא בקורלציה טובה מאוד עם איבודי לחות הקרקע בשישה עד 12 השבועות שלפני בצורת הבזק. דפוס עקבי צץ על פני נופים מגוונים, מהיערות הממוזגים של מזרח ארה"ב ועד המישורים הגדולים ואדמות שיחים מערביות.

מסיבה זו, הקרינה הצמחית "מראה הבטחה כאינדיקטור אזהרה מוקדמת מהימן לבצורת הבזק עם מספיק זמן לנקוט בפעולה", אמר ניקולס פארזו, מדען כדור הארץ ב- JPL והמחבר הראשי של המחקר האחרון.

ג'ורדן גרת', מדען במשרד התצפיות של שירות מזג האוויר הלאומי שלא היה מעורב במחקר, אמר שהוא שמח לראות עבודה על בצורת הבזק, לאור האקלים המשתנה שלנו. הוא ציין כי החקלאות נהנית מהניבוי במידת האפשר.

אמנם אזהרה מוקדמת אינה יכולה לבטל את ההשפעות של בצורת הבזק, אמר גרת', "חקלאים וחוואים בעלי פעולות מתקדמות יכולים להשתמש טוב יותר במים להשקיה כדי להפחית את השפעות היבול, להימנע מטביעת יבולים שעלולים להיכשל או לשתול סוג אחר של יבול. להשיג את התשואה האידיאלית ביותר אם יש להם שבועות עד חודשים של זמן אספקה."

מעקב אחר פליטת פחמן

בנוסף לניסיון לחזות בצורת הבזק, המדענים רצו להבין כיצד אלה משפיעות על פליטת הפחמן.

על ידי המרת פחמן דו חמצני למזון במהלך הפוטוסינתזה, צמחים ועצים הם "שקעי פחמן", וסופגים יותר CO2 מהאטמוספירה ממה שהם משחררים. סוגים רבים של מערכות אקולוגיות, כולל שטחים חקלאיים, ממלאים תפקיד במחזור הפחמן – חילוף מתמיד של אטומי פחמן בין האדמה, האטמוספרה והאוקיינוס.

המדענים השתמשו במדידות פחמן דו חמצני מהלוויין OCO-2, יחד עם מודלים ממוחשבים מתקדמים, כדי לעקוב אחר ספיגת פחמן על ידי צמחייה לפני ואחרי בצורת הבזק. צמחים בלחץ חום סופגים פחות CO2 מהאטמוספירה, ולכן החוקרים ציפו למצוא יותר פחמן חופשי. מה שהם מצאו במקום זה היה פעולת איזון.

טמפרטורות חמות לפני תחילת בצורת הבזק פיתתה צמחים להגביר את ספיגת הפחמן שלהם בהשוואה לתנאים רגילים. קליטה חריגה זו הספיקה, בממוצע, כדי לקזז באופן מלא את הירידה בספיגת הפחמן עקב התנאים החמים שנוצרו. הממצא המפתיע עשוי לסייע בשיפור תחזיות מודל מחזור הפחמן.

הלווין OCO-2 חוגג את שנתו ה-10 במסלול הקיץ, וממפה ריכוזי פחמן דו חמצני טבעי ותוצרת אדם וקרינת צמחייה באמצעות שלושה ספקטרומטרים דמויי מצלמה המכוונים לזהות את חתימת האור הייחודית של CO2. הם מודדים את הגז בעקיפין על ידי מעקב אחר כמה אור השמש המוחזר הוא סופג בעמודת אוויר נתונה.