Un insolito aumento della produttività delle piante può presagire una grave perdita di acqua nel suolo e i satelliti della NASA stanno seguendo gli indizi.
Divampandosi rapidamente e con poco preavviso, la siccità che ha colpito gran parte degli Stati Uniti nell’estate del 2012 è stata una delle più estese che il paese abbia mai visto dai tempi del Dust Bowl degli anni ’30. La "siccità improvvisa", alimentata dal caldo estremo che ha bruciato l'umidità del suolo e delle piante, ha portato a diffusi fallimenti dei raccolti e perdite economiche per oltre 30 miliardi di dollari.
Mentre le siccità archetipiche possono svilupparsi nel corso delle stagioni, le siccità improvvise sono caratterizzate da una rapida essiccazione. Possono prendere piede nel giro di poche settimane e sono difficili da prevedere. In un recente studio pubblicato su Geophysical Research Letters , un team guidato da scienziati del Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California è stato in grado di rilevare segni di siccità improvvisa fino a tre mesi prima dell'inizio. In futuro, tale preavviso potrebbe aiutare gli sforzi di mitigazione.
Come ha fatto la squadra? Seguendo il bagliore.
Durante la fotosintesi, quando una pianta assorbe la luce solare per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in cibo, la sua clorofilla "perderà" alcuni fotoni inutilizzati. Questo debole bagliore è chiamato fluorescenza indotta dal sole o SIF. Più forte è la fluorescenza, maggiore è la quantità di anidride carbonica che una pianta assorbe dall'atmosfera per alimentare la sua crescita.
Sebbene il bagliore sia invisibile a occhio nudo, può essere rilevato da strumenti a bordo di satelliti come l’Orbiting Carbon Obsevatory-2 (OCO-2) della NASA. Lanciato nel 2014, OCO-2 ha osservato il luminoso Midwest degli Stati Uniti durante la stagione di crescita.
I ricercatori hanno confrontato anni di dati sulla fluorescenza con un inventario delle siccità improvvise che hanno colpito gli Stati Uniti tra maggio e luglio dal 2015 al 2020. Hanno scoperto un effetto domino:nelle settimane e nei mesi precedenti una siccità improvvisa, la vegetazione inizialmente prosperava quando le condizioni cambiavano. caldo e asciutto. Le piante in fiore emettevano un segnale di fluorescenza insolitamente forte per quel periodo dell'anno.
Ma riducendo gradualmente la riserva d’acqua nel terreno, le piante hanno creato un rischio. Quando si sono verificate temperature estreme, i già bassi livelli di umidità sono crollati e in pochi giorni si è verificata una siccità improvvisa.
Il team ha correlato le misurazioni della fluorescenza con i dati sull’umidità provenienti dal satellite SMAP della NASA. Abbreviazione di Soil Moisture Active Passive, SMAP tiene traccia dei cambiamenti nell'acqua del suolo misurando l'intensità delle emissioni naturali di microonde dalla superficie terrestre.
Gli scienziati hanno scoperto che l’insolito modello di fluorescenza era correlato estremamente bene con le perdite di umidità del suolo nelle sei-dodici settimane precedenti una siccità improvvisa. È emerso un modello coerente in diversi paesaggi, dalle foreste temperate degli Stati Uniti orientali alle Grandi Pianure e agli arbusti occidentali.
Per questo motivo, la fluorescenza delle piante "si dimostra promettente come indicatore affidabile di allarme precoce di siccità improvvisa con tempo sufficiente per agire", ha affermato Nicholas Parazoo, uno scienziato della Terra presso il JPL e autore principale del recente studio.
Jordan Gerth, uno scienziato del National Weather Service Office of Observations che non è stato coinvolto nello studio, ha affermato di essere lieto di vedere il lavoro sulle siccità improvvise, dati i cambiamenti climatici. Ha osservato che l'agricoltura trae vantaggio dalla prevedibilità quando possibile.
Sebbene l’allarme tempestivo non possa eliminare gli impatti delle siccità improvvise, Gerth ha affermato:“Gli agricoltori e gli allevatori con operazioni avanzate possono utilizzare meglio l’acqua per l’irrigazione per ridurre gli impatti sulle colture, evitare di piantare colture che potrebbero fallire o piantare un diverso tipo di coltura. per ottenere il rendimento più ideale se hanno settimane o mesi di tempo di consegna."
Monitoraggio delle emissioni di carbonio
Oltre a cercare di prevedere le siccità improvvise, gli scienziati volevano capire quale impatto avrebbero queste sulle emissioni di carbonio.
Convertendo l'anidride carbonica in cibo durante la fotosintesi, le piante e gli alberi diventano "pozzi" di carbonio, assorbendo più CO2 dall'atmosfera di quanto ne rilasciano. Molti tipi di ecosistemi, compresi i terreni agricoli, svolgono un ruolo nel ciclo del carbonio, ovvero il costante scambio di atomi di carbonio tra terra, atmosfera e oceano.
Gli scienziati hanno utilizzato le misurazioni del biossido di carbonio effettuate dal satellite OCO-2, insieme a modelli computerizzati avanzati, per monitorare l’assorbimento di carbonio da parte della vegetazione prima e dopo i periodi di siccità improvvisa. Le piante stressate dal caldo assorbono meno CO2 dall’atmosfera, quindi i ricercatori si aspettavano di trovare più carbonio libero. Ciò che hanno trovato invece è stato un atto di bilanciamento.
Le temperature calde prima dell’inizio della siccità improvvisa hanno indotto le piante ad aumentare il loro assorbimento di carbonio rispetto alle condizioni normali. Questo assorbimento anomalo è stato, in media, sufficiente a compensare completamente la diminuzione dell’assorbimento di carbonio dovuta alle condizioni calde che ne sono seguite. La scoperta sorprendente potrebbe aiutare a migliorare le previsioni del modello del ciclo del carbonio.
Celebrando il suo decimo anno in orbita quest'estate, il satellite OCO-2 mappa le concentrazioni di anidride carbonica naturale e prodotta dall'uomo e la fluorescenza della vegetazione utilizzando tre spettrometri simili a telecamere sintonizzati per rilevare la firma luminosa unica della CO2 . Misurano indirettamente il gas monitorando la quantità di luce solare riflessa che assorbe in una determinata colonna d'aria.
Ulteriori informazioni: Nicholas Parazoo et al, Le condizioni antecedenti mitigano la perdita di carbonio durante gli eventi di siccità improvvisa, Lettere di ricerca geofisica (2024). DOI:10.1029/2024GL108310
Informazioni sul giornale: Lettere di ricerca geofisica
Fornito dalla NASA
