En ovanlig ökning av växtproduktiviteten kan förebåda allvarliga vattenförluster i marken, och NASA-satelliter följer ledtrådarna.
Torkan som blossade upp snabbt och med få förvarningar var en av de mest omfattande som landet hade sett sedan den år långa Dust Bowl på 1930-talet som grep stora delar av USA sommaren 2012. "Den snabba torkan", underblåst av extrem hetta som bakade upp fukten från jord och växter, ledde till omfattande missväxt och ekonomiska förluster som kostade mer än 30 miljarder dollar.
Medan arketypiska torkar kan utvecklas över säsonger, kännetecknas snabbtorka av snabb torkning. De kan få fäste inom några veckor och är svåra att förutse. I en nyligen publicerad studie publicerad i Geophysical Research Letters , kunde ett team ledd av forskare från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien upptäcka tecken på blixttorka upp till tre månader innan de började. I framtiden kan ett sådant förhandsmeddelande hjälpa till att minska åtgärderna.
Hur gjorde laget? Genom att följa glöden.
Under fotosyntesen, när en växt absorberar solljus för att omvandla koldioxid och vatten till mat, kommer dess klorofyll att "läcka" några oanvända fotoner. Denna svaga glöd kallas solinducerad fluorescens, eller SIF. Ju starkare fluorescens, desto mer koldioxid tar en växt från atmosfären för att driva sin tillväxt.
Även om glöden är osynlig för blotta ögat, kan den upptäckas av instrument ombord på satelliter som NASA:s Orbiting Carbon Obsevatory-2 (OCO-2). OCO-2, som lanserades 2014, har observerat att USA:s mellanvästern lyser under växtsäsongen.
Forskarna jämförde år av fluorescensdata med en inventering av snabbtorka som drabbade USA mellan maj och juli från 2015 till 2020. De fann en dominoeffekt:Under veckorna och månaderna fram till en snabbtorka trivdes vegetationen till en början när förhållandena vände varm och torr. De blomstrande växterna avgav en ovanligt stark fluorescenssignal för årstiden.
Men genom att successivt dra ner vattentillgången i jorden skapade växterna en risk. När extrema temperaturer slog till, sjönk de redan låga fuktnivåerna och snabbtorka utvecklades inom några dagar.
Teamet korrelerade fluorescensmätningarna med fuktdata från NASA:s SMAP-satellit. Förkortning för Soil Moisture Active Passive, SMAP spårar förändringar i markvattnet genom att mäta intensiteten av naturliga mikrovågsutsläpp från jordens yta.
Forskarna fann att det ovanliga fluorescensmönstret korrelerade extremt bra med jordfuktighetsförluster under de sex till 12 veckorna före en snabbtorka. Ett konsekvent mönster uppstod över olika landskap, från de tempererade skogarna i östra USA till Great Plains och västerländska buskmarker.
Av denna anledning visar växtfluorescens "löfte som en pålitlig tidig varningsindikator för snabbtorka med tillräckligt med ledtid för att vidta åtgärder", säger Nicholas Parazoo, en jordforskare vid JPL och huvudförfattare till den senaste studien.
Jordan Gerth, en forskare vid National Weather Service Office of Observations som inte var inblandad i studien, sa att han var glad över att se arbetet med snabbtorka, med tanke på vårt förändrade klimat. Han noterade att jordbruket gynnas av förutsägbarhet när det är möjligt.
Även om tidig varning inte kan eliminera effekterna av snabbtorka, sa Gerth, "Bönder och ranchägare med avancerad verksamhet kan bättre använda vatten för bevattning för att minska påverkan på grödan, undvika att plantera grödor som sannolikt kommer att misslyckas eller plantera en annan typ av gröda för att uppnå den mest idealiska avkastningen om de har veckor till månaders ledtid."
Spåra koldioxidutsläpp
Förutom att försöka förutsäga snabba torka ville forskarna förstå hur dessa påverkar koldioxidutsläppen.
Genom att omvandla koldioxid till mat under fotosyntesen är växter och träd kol "sänkor" och absorberar mer CO2 från atmosfären än de släpper ut. Många typer av ekosystem, inklusive jordbruksmarker, spelar en roll i kolets kretslopp – det ständiga utbytet av kolatomer mellan marken, atmosfären och havet.
Forskarna använde koldioxidmätningar från OCO-2-satelliten, tillsammans med avancerade datormodeller, för att spåra kolupptaget av vegetation före och efter snabbtorka. Värmestressade växter absorberar mindre CO2 från atmosfären, så forskarna förväntade sig att hitta mer fritt kol. Det de hittade istället var en balansgång.
Varma temperaturer före början av snabbtorkan frestade växter att öka sitt kolupptag jämfört med normala förhållanden. Detta onormala upptag var i genomsnitt tillräckligt för att helt kompensera för minskningar i kolupptag på grund av de varma förhållanden som följde. Det överraskande fyndet kan hjälpa till att förbättra förutsägelser av kolcykelmodeller.
OCO-2-satelliten firar sitt 10:e år i omloppsbana i sommar och kartlägger naturliga och mänskligt skapade koldioxidkoncentrationer och vegetationsfluorescens med hjälp av tre kameraliknande spektrometrar som är inställda för att upptäcka den unika ljussignaturen för CO2 . De mäter gasen indirekt genom att spåra hur mycket reflekterat solljus den absorberar i en given luftpelare.
Mer information: Nicholas Parazoo et al, Antecedent Conditions Mitigate Carbon Loss Under Flash Drought Events, Geophysical Research Letters (2024). DOI:10.1029/2024GL108310
Journalinformation: Geofysiska forskningsbrev
Tillhandahålls av NASA
