Неважно, лес это, соевое поле или прерия, все растения поглощают углекислый газ во время фотосинтеза - процесса, при котором они используют солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа в пищу. Во время этого перехода растения излучают энергетическое «свечение», которое не видно человеческому глазу, но может быть обнаружено спутниками в космосе. Теперь исследователи из Университета Нью-Гэмпшира сделали еще один шаг вперед. Используя спутниковые данные из различных крупных наземных экосистем по всему миру, они обнаружили, что свечение фотосинтеза одинаково для всей растительности, независимо от местоположения. Этот первый в своем роде глобальный анализ может иметь значение для предоставления более точных данных ученым, работающим над моделированием углеродного цикла, и, в конечном итоге, поможет лучше спрогнозировать изменение климата.
Важность этих результатов заключается в том, что вместо того, чтобы рассматривать несколько различных типов данных и компьютерных моделей на основе информации, собранной на земле для мониторинга фотосинтеза растений по всему миру, использование спутниковых наблюдений даст почти реальную «временной вариант», который является простым, надежным и быстрым», - сказал Цзинфэн Сяо, доцент-исследователь UNH и главный исследователь исследования, недавно опубликованного в журнале Global Change Biology.
Растения по всему миру являются основным поглотителем углерода, помогая удалять углерод из атмосферы во время фотосинтеза. Из-за этого точные оценки фотосинтеза имеют решающее значение для ученых, изучающих функции экосистем, круговорот углерода и обратную связь с климатом. Проблема заключалась в наземных данных, которые ученые ранее использовали для ее оценки, включая температуру воздуха, солнечное излучение, осадки и другую информацию, используемую в компьютерных моделях систем Земли, которые сосредоточены на углеродном цикле. Однако эти расчеты имеют большие вариации, которые могут повлиять на результаты.
Для измерения количества углерода, поглощаемого растениями в процессе фотосинтеза, известного как валовая первичная продуктивность (GPP), ученые все чаще измеряют энергетическое свечение растений, называемое солнечной флуоресценцией (SIF). Этот свет, излучаемый листом, находится в верхней части светового спектра. Хотя ученые использовали эти данные для конкретных биомов или отдельных биологических сообществ, таких как лес или пустыня, это исследование является первым, в котором рассматривается взаимосвязь между наземным GPP и спутниковым наблюдением SIF в различных областях по всему миру - от лугов в смешанные леса и даже участки с редкой растительностью.
Исследователи собрали данные SIF для растений в восьми основных биомах или типах экосистем со спутника Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) и обнаружили, что не имеет значения, где находятся растения, как и в более ранних исследованиях на отдельных участках, где было больше SIF, растения поглощали больше углерода в результате фотосинтеза, и наоборот. Исследование Сяо устанавливает эту универсальную взаимосвязь между восемью основными типами экосистем и показывает, что SIF действительно может служить показателем для более трудоемких вычислений.
«Это большой шаг к возможности полагаться исключительно на спутниковые измерения», - сказал Сяо. «Поскольку это очень простая модель, она может помочь снизить неопределенность данных, снизить затраты на вычисления и помочь лучше спрогнозировать изменение климата».
Это первый раз, когда OCO-2 используется в глобальном анализе, основанном на наблюдениях SIF. Кроме того, выявленная в данном исследовании прямая универсальная зависимость позволяет оценивать фотосинтез, не зная типа экосистемы. Это особенно важно для районов земного шара, где у спутника может не быть надежных мелкомасштабных данных о типе растительности. В настоящее время Сяо работает над глобальными оценками SIF для территорий в масштабе от нескольких до десятков квадратных километров, которые, по его словам, будут полезны для научного сообщества, изучающего эти темы.