Фотосинтез можно наблюдать из космоса

В процессе фотосинтеза растения излучают флуоресцентное свечение....

Ученые НАСА создали спутниковые карты высокого разрешения для наблюдения за жизненным циклом растений из космоса.

В процессе фотосинтеза растения излучают флуоресцентное свечение. Это свечение не видно вооруженным глазом, однако оно может быть зафиксировано спутниками, которые находятся в сотнях километрах от Земли. Благодаря спутникам, ученые НАСА научились измерять флуоресцентное свечение растений, что позволит создавать более точные прогнозы о жизненном цикле растений в том или ином регионе Земли.

Сложные процессы внутри растительных клеток приводят к отражению флуоресцентного излучения, что позволяет дистанционно оценить состояние растительного покрова

По интенсивности свечения можно судить о состоянии растений. Так, яркое флуоресцентное излучение указывает на активный фотосинтез и хорошее состояние растения, в то время как низкое или нулевое излучение может означать, что растение болеет или увядает. Таким образом, создание спутниковой карты флуоресцентного излучения дает ученым представление о здоровье растений в разных частях планеты. И чем точнее карты, тем точнее прогнозы ученых.

Новые спутниковые карты, сделанные учеными Центра космических полетов им. Годдарда (США), обладают лучшим характеристиками, в сравнении с первыми картами, созданными в 2011 году – в 16 раз выше пространственное разрешение и в 3 раза выше временное разрешение. Кроме того, на этот раз ученые впервые смогли наблюдать динамику флуоресцентного свечения в течение месяца. В будущем это позволит проводить динамические наблюдения в течение всего вегетативного цикла. Более точные карты крайне важны как для фермеров, которые хотели бы видеть первые признаки заболевания растений, так и для экологов, которые отслеживают углеродный цикл в конкретном регионе и на планете в целом.

Ранее динамические вегетативные изменения, в том числе во время наступления весны в Северном полушарии, ученые наблюдали измерением количества зелени. Данные об интенсивности флуоресцентного излучения дополняют данные о количестве зелени, давая более точную информацию о жизненном цикле растений. Например, исследователи увидели, как растения начинают готовиться к осени еще до изменения цвета их листьев. Они также точно отметили начало роста растений в теплое время весной 2012 года.

Создание точных карт флуоресцентного свечения стало возможным благодаря разработке нового способа идентификации слабого флуоресцентного сигнала с помощью оборудования для глобального измерения озона (GOME-2), установленного на европейском метеорологическом спутнике Metop-A. Ученые отмечают, что как правило, измерение флуоресцентного свечения осложняется из-за смешивания его с солнечным светом, отраженным от поверхности Земли и облаков. Но каждый из излучаемых сигналов имеет свои уникальные спектральные «подписи», и потому есть возможность отличить флуоресцентное излучение от солнечного света, отраженного от поверхности.

Стоит отметить, что в первых картах флуоресцентного излучения 2011 года, которые основывались на данных спектрометра японского спутника GOSAT, было сложно отличить свечение растений от атмосферного свечения.

Несмотря на то, что новый метод измерения флуоресцентного излучения более сложный, он все равно предпочтительней благодаря высокой точности. Предыдущие наблюдения с помощью спутника GOSAT полагались на усреднение данных по области 200 квадратных километров ежемесячно. Теперь с помощью спутника GOME-2 ученые получают данные по области в 50 квадратных километров примерно каждые 10 дней.

С помощью новых методов измерения ученые могут анализировать плодородность земель в разных регионах планеты, а также отмечать районы с высоким содержанием углекислого газа, основываясь на активности фотосинтеза.

Также исследование открывает возможность для дальнейших исследований флуоресцентного излучения растений. Такие исследования могут проводиться с помощью второй Орбитальной углеродной лаборатории НАСА (NASA's Orbiting Carbon Observatory-2), запуск которой планируется на лето 2014 года.