Los investigadores que estudian
la interacción de las plantas, el carbono y el clima, están esperando
ansiosamente los datos que se obtengan del Observatorio Orbital de
Carbono-2, de la próxima Misión de la NASA , el cual podrá registrar
el resplandor fluorescente casi
invisible emitido por la clorofila contenida en las plantas. Crédito:
Shutterstock
Ahora, los instrumentos
de los satélites han dado a los investigadores del clima de la NASA y otras instituciones de
investigación una visión global inesperada desde el espacio de un resplandor
fluorescente casi invisible que arroja nueva luz sobre la productividad de la
vegetación en tierra. Anteriormente,
las vistas globales de este resplandor de la clorofila sólo fueron posibles
sobre el océano terrestre, utilizando instrumentos Resolution Imaging
Spectroradiometer (MODIS) instaladas en la nave espacial Terra and Aqua (Tierra
y Agua) de la NASA.
Cuando Japón en el año
2009, puso en órbita el Satélite de
Observación GOSAT, conocido como IBUKI, cuya misión es la investigación de los
gases de efecto invernadero, su misión principal fue medir los niveles de
dióxido de carbono y del metano, dos de los principales gases de efecto
invernadero que atrapan el calor en la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, los investigadores de la NASA , en colaboración con
colegas internacionales de Japón y otros, encontraron otro tesoro escondido en
los datos: la fluorescencia de la clorofila contenida dentro de las plantas. Aunque
los científicos han medido la fluorescencia a nivel del entorno de laboratorio
y experimentos de campo en tierra durante décadas, estos nuevos datos satelitales
ofrecen ahora la posibilidad de monitorear lo que se conoce como fluorescencia
de la clorofila-inducida por el Sol a
una escala global, abriendo así un mundo de nuevas aplicaciones potenciales
para el estudio de la vegetación terrestre.
Una "firma"
de la fotosíntesis, la fluorescencia de la clorofila-inducida solar es un
indicador del proceso por el cual las plantas convierten la luz del sol en
energía química. Como las
moléculas de clorofila absorben la radiación entrante, parte de la luz se
disipa en forma de calor, y un poco de radiación es re-emitida en longitudes de
onda más largas, como es la fluorescencia.
Introducción del
Observatorio-2 Orbital de Carbono (OCO-2) de la NASA.
Los investigadores que
estudian la interacción de las plantas, el carbono y el clima están esperando
ansiosamente los datos de fluorescencia de la misión del Satélite OCO-2, programado
para ser lanzado en julio de 2014. El instrumento a bordo del OCO-2 realizará mediciones precisas de dióxido
de carbono en la atmósfera de la
Tierra , registrando 24 observaciones por segundo que se
compararán con las observaciones de GOSAT que logra cuatro por segundo; dando así un resultado de casi 100
veces más observaciones de dióxido de carbono y de fluorescencia que las
obtenidas por GOSAT.
"Los datos de OCO-2 se extenderán a las series
temporales GOSAT y nos permitirá observar los cambios a gran escala para la
fotosíntesis de una manera nueva", dijo David Schimel, científico principal para
el programa de investigación del Carbono y los Ecosistemas, del Laboratorio de
Propulsión a Chorro de la NASA
en Pasadena, California, que dirige la misión OCO-2 para la NASA. "Los
datos de fluorescencia pueden llegar a ser un conjunto de datos únicos y
complementarios de la misión OCO-2."
"Los datos de fluorescencia de OCO-2, cuando se
combinan con las mediciones de dióxido de carbono en la atmósfera del
observatorio, se incrementará el valor de la misión OCO-2 de la NASA , los Estados Unidos y el
mundo", dijo Ralph Basilio, OCO-2 Director del proyecto en el JPL.
Al girar el Sun Off
Ser capaz de ver la fluorescencia del espacio permite a los científicos estimar las tasas de fotosíntesis a través de grandes escalas, espigando el conocimientos sobre los procesos vitales que afectan a los seres humanos y otros seres vivos en la Tierra. "La velocidad de la fotosíntesis es fundamental, ya que es el proceso que conduce a la absorción de carbono de la atmósfera y agrícola [alimentos] la producción", dijo Joseph Berry, un investigador del Departamento de Ecología Global de la Institución Carnegie para la Ciencia en Stanford, California
La medición de la fluorescencia "glow" puede sonar simple, pero la diminuta señal es dominado por la luz solar reflejada. "Imagínense que usted está en el dormitorio de su hijo y en el techo tienen un montón de estrellas que brillan en la oscuridad ", dijo Schimel. "A continuación, encender las luces. Las estrellas aún brillan, pero en busca de ese brillo con las luces encendidas es como buscar fluorescencia en medio de la luz solar reflejada." Recuperar los datos de fluorescencia requiere desenredar la luz del sol reflejada en las plantas, de la luz emitida por ellos - en otras palabras, encontrar la manera de "dejar fuera al Sol”.
Los investigadores encontraron que mediante la regulación del espectrómetro de GOSAT (un instrumento que puede medir diferentes partes del espectro de la luz) para mirar los canales muy estrechos, podían ver las partes del espectro donde había fluorescencia y que es donde menos se refleja la radiación solar. "Es como si se hubiera puesto en un par de gafas que filtran la radiación en la habitación de su hijo, excepto para ese resplandor de las estrellas", dijo Schimel.
Los científicos están entusiasmados con la nueva medición, ya que les dará una mejor idea de cómo las plantas de la Tierra están tomando el dióxido de carbono. Según el Global Carbon Project, una organización no gubernamental dedicada a la elaboración de un cuadro completo del ciclo del carbono, nuestro consumo de combustibles fósiles en la Tierra ha producido cerca de 35 mil millones de toneladas de dióxido de carbono para el año 2011. Esto es casi 5 toneladas de dióxido de carbono por cada uno de los siete mil millones de habitantes de la Tierra.
Alrededor de la mitad del dióxido de carbono permanece en la atmósfera, la otra mitad se disuelve en el océano o es absorbido por la biosfera de la Tierra (los seres vivos en la tierra y en el mar), donde está escondido en los reservorios de carbono o "sumideros". Estos fregaderos nos protegen del efecto total de nuestras emisiones.
Enlace al vídeo aquí
Plantas en un mundo con alto carbón
"Todo el mundo que está utilizando combustibles
fósiles que en estos momentos está siendo subvencionado por la biosfera", dijo Berry. "Pero
una de las incógnitas más importantes es - lo que va a estar sucediendo en el
largo plazo, ¿Va a seguir con nosotros subsidiandonos?"
El futuro de las
plantas en la Tierra
depende en gran medida de uno de los ingredientes clave del ciclo del carbono:
el agua. Las plantas necesitan
agua para llevar a cabo la fotosíntesis. Cuando
el suministro de agua está bajo, como en tiempos de sequía, la fotosíntesis se
ralentiza.
Para el último cuarto
de siglo, los instrumentos satelitales como MODIS y el Advanced Very High
Resolution Radiometer (AVHRR) en los satélites de órbita polar NOAA han
permitido a los investigadores monitorear la sanidad vegetal y la productividad
mediante la medición de la cantidad de "verdor", que muestra la
cantidad de hojas materialmente expuesta a la luz solar. El inconveniente de utilizar el índice
de verdor, sin embargo, es que el verdor no responde inmediatamente a las
tensiones - estrés agua, por ejemplo - que reducen la fotosíntesis y la
productividad.
"Las plantas pueden ser de color verde, pero no está
activo," dijo el científico del JPL de investigación cristiana
Frankenberg, también miembro del equipo científico del OCO-2. "Imagine
un bosque siempre verde de la aguja de hoja a gran altitud en invierno. Los
árboles están todavía verdes, pero no son la fotosíntesis."
Datos de fluorescencia
solar inducida señalarían de inmediato que algo había sucedido, explica
Schimel, pero el verdor no te dice hasta que las plantas ya están caídas y tal
vez muertas.
Alrededor del 30 por
ciento de la fotosíntesis que se produce en las regiones de la tierra de la
nuestro planeta, tiene lugar en la selva tropical del Amazonas, que abarca
alrededor de 2,7 millones de millas cuadradas (7.000.000 kilómetros
cuadrados) de América del Sur. El
Amazonas es el hogar de más de la mitad de la biomasa terrestre de la Tierra y la superficie
forestal tropical - por lo que es una de las dos regiones de tierras más
importantes para el almacenamiento del carbono (el otro es el Ártico, donde el
carbono se almacena en el suelo).
Estudios recientes
realizados en el Amazonas que utilizan las medidas de fluorescencia, han
examinado cómo las tasas de fotosíntesis cambian durante las estaciones húmedas
y secas. La mayoría de los
resultados muestran que durante la estación seca, la fotosíntesis se ralentiza. Según Berry, cuando el aire es seco y
caluroso, tiene sentido para las plantas conservar el agua mediante el cierre
de sus estomas (poros)."Durante la
estación seca, cuando lo que costaría a las plantas una gran cantidad de agua,
la fotosíntesis se marca hacia abajo y el bosque se vuelve menos activo",
dijo.
Entre 2005 y 2010, la
cuenca del Amazonas experimentó un tipo de sequías que históricamente ha
ocurrido sólo una vez en un siglo. Mediciones
del verdor indicaron una generalizada mortandad de los árboles y los
principales cambios en el dosel del bosque (copas de los árboles), después de
las sequías, pero los datos de fluorescencia de GOSAT expuestas aun al más leve
estrés hídrico en la estación seca que los años normales."Existe la posibilidad de que a medida que el cambio climático
avanza, estas sequías serán más severas. Las áreas que apoyan la selva tropical
podría disminuir", dijo Berry. Bosque
tropical significa menos carbono absorbido desde el aire.
Además, los árboles en
descomposición, que liberan dióxido de carbono a la atmósfera, crean un
escenario en el que la biosfera potencialmente se convierte en una fuente de
carbono en lugar de un fregadero."Asi
hay una muerte regresiva de la selva tropical, que podría sumarse a los efectos
del dióxido de carbono de los combustibles fósiles en el cambio
climático", dijo Frankenberg.
Debido a que la
fotosíntesis es uno de los procesos clave que intervienen en el ciclo del
carbono, y debido a que el ciclo de carbono juega un papel importante en el
clima, una mejor información de fluorescencia podría ayudar a resolver algunas
incertidumbres sobre la absorción de dióxido de carbono por las plantas en los
modelos climáticos. "Creemos que la fluorescencia se va a
ayudar a los modelos del ciclo del carbono obtener la respuesta correcta",
dijo Berry. "Si usted no tiene los modelos de la derecha, ¿cómo se puede
obtener el resto de las cosas bien?"
"Realmente no entendemos muy bien la relación
cuantitativa entre el clima y la fotosíntesis, porque nosotros sólo hemos sido
capaces de estudiar a escalas muy pequeñas", dijo Schimel. "La
medición de la fluorescencia planta desde el espacio puede ser una adición
importante al conjunto de técnicas disponibles para nosotros."
Fuente:JPL-Caltech / NASA (Laurie
J. Schmidt / Alan Buis-Jet Propulsion
Laboratory , Pasadena, California) 05.04.2014
