Alla som har läst gymnasiebiologi vet att fotosyntes är den process genom vilken växter omvandlar solljus till energi för tillväxt.

Vad du kanske inte kommer ihåg, fastän, är att när man gör det, växter "sekvesterar också, "eller absorbera, koldioxid från atmosfären, spelar en nyckelroll i att balansera kemin i jordens atmosfär, som är avgörande för ett hälsosamt liv på planeten.

Forskare arbetar för att bättre förstå denna process på global skala, samt hur torka påverkar växters förmåga att fotosyntetisera. Detta är viktigt för jordbrukare och skogsbrukare, eftersom vattensäkerhet blir ett problem under ett föränderligt klimat. Att veta hur mycket koldioxid som kan dras från atmosfären av växter är viktigt för att förstå hur naturligt producerad koldioxid, såväl som koldioxid som produceras av mänsklig aktivitet, balanseras av växternas förmåga att blomstra.

Xi Yang, en terrestrisk ekolog vid University of Virginia, arbetar med sätt att bedöma växthälsa på global och regional skala – från långt över trädtoppsnivå.

Det fungerar så här:Jordobserverande satelliter som mäter koldioxid- och ozonkoncentrationer i atmosfären upptäcker också oavsiktligt svaga fluorescenssignaler som kommer från skogar och jordbruksmarker. Yang, som började på UVA:s miljövetenskapliga avdelning i augusti förra året, misstänkte – tillsammans med sina kollegor vid hans tidigare institutioner – att fluorescensen kom från fotoner som härrörde från löv, en biprodukt av de fotoner som absorberas av klorofyll och används för fotosyntes.

"Vi blev intresserade av att mäta den svaga glöden av fluorescens från skogens tak med ett nytt spektroskopiskt system som vi designade, för att se om fluorescens är en robust indikator på fotosyntes, " sa Yang. "Vi visste att om det fungerade, vi skulle kunna använda satellitfjärranalys för att övervaka växternas fotosyntes globalt. Detta kan möjliggöra en realtidsgenomgång av vad som händer på marken och hjälpa oss att förutse framtida förändringar i miljön."

Yang och hans kollegor tillbringade en sommar med att mäta atmosfärisk kemi direkt över Harvard Forest, en 3, 000 tunnland ekologiskt forskningsområde i Massachusetts, med hjälp av instrument monterade på ett miljöövervakningstorn. De använde också spektrometri för att upptäcka fluorescens som kommer från träden och jämförde deras avläsningar med de från en spektrometer ombord på en jordobservationssatellit från European Space Agency.

De hittade en "snäv korrelation, "Yang sa, "som indikerar att fotosyntes kan mätas regionalt och globalt med hjälp av fjärranalys - ett effektivt sätt att bedöma ekosystemens hälsa."

En sådan förmåga kan också tillåta forskare att sluta sig till hur mycket koldioxid som binds av vegetation runt om i världen, och hur detta kan dämpa klimatförändringarna när mänsklig aktivitet i allt högre grad tillför koldioxid till atmosfären.

Yang utvecklar nu ett instrument för att kvantifiera fotosyntes i mindre skalor. Enheten, en typ av spektrometer, kan fästas på konventionella flygplan eller drönare och flygas över vegetation, tillhandahålla en lokal till regional realtidskarta över fotosyntes för jordbruksändamål. Eftersom fotosyntesen är kopplad till växternas vattenförbrukning, bönder kan potentiellt lära sig vilka fält som behöver vattnas, och hur mycket vatten som behövs.

Enheten kan också användas för skogsbruk, eftersom olika typer av träd fotosyntetiseras i olika takt, tillhandahåller unika foton "signaturer, " den där, med finjustering, kan hjälpa skogsförvaltare att särskilja inhemska och exotiska arters distribution.

"Jag skulle vilja skala upp den här metoden och så småningom kunde vi bygga nätverk över hela USA för att studera många olika ekosystem, "Yang sa. "Vi har nu ett kraftfullt fjärranalysverktyg för att bättre förstå den naturliga världen och hur människor påverkar vår värld."

Yang tar sitt nya instrument i bruk lokalt. Nästa vecka planerar han att flyga den över UVA ombord på ett flygplan. Det kan vara till hjälp för markansvariga för att avgöra vilka områden som behöver vattnas, och som är bra vid en viss tidpunkt.