В 2017 году Скот Мартин, профессор наук об окружающей среде и инженерии Гордона Маккея в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS), представил новую систему химического мониторинга на основе дронов для отслеживания состояния здоровья. Амазонки перед лицом глобального изменения климата и антропогенной вырубки и сжигания лесов.
Проект будет отслеживать химические сигналы, излучаемые растениями, известные как летучие органические соединения (ЛОС), которые помогают растениям взаимодействовать с окружающими их организмами. Каждый вид растений выделяет разные сигнатуры летучих органических соединений - как отпечатки пальцев - которые могут меняться в зависимости от сезона или если растение находится под давлением, например, из-за засухи или наводнения. Мониторинг и интерпретация этих сигналов могут показать, как лесные экосистемы реагируют на стресс, вызванный изменением климата.
Традиционно такой вид наблюдения осуществлялся с больших вышек-платформ, возвышающихся над пологом леса.
«Амазонка состоит из тысяч небольших экосистем, каждая из которых имеет свое собственное биоразнообразие и сигналы летучих органических соединений», - сказал Цзяньхуай Е, научный сотрудник SEAS. «Тем не менее, во всем лесу меньше 10 таких башен, и все они построены в схожих экосистемах, где почва может поддерживать большие сооружения. Как вы можете себе представить, это приводит к большой необъективности в данных».
Мартин, Йе и остальная часть команды, в которую входят сотрудники Университета штата Амазонас (UEA) и Фонда поддержки исследований штата Амазонас (FAPEAM), считали, что дроны могут предоставить более точные данные о лесе.
Их первая миссия показала, насколько они были правы.
Летом 2018 года, после нескольких лет создания прототипов, исследователи использовали свои специально разработанные дроны для картографирования химических отпечатков пальцев двух разных экосистем в центральной Амазонии. То, что они обнаружили, перевернуло большинство современных моделей выбросов биосферы, которые предполагали, что близлежащие экосистемы производят такие же выбросы.
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Растения и насекомые часто общаются с помощью химических сигналов, а не визуальных или голосовых сигналов, которые более распространены среди животных», - сказал Мартин. «С нашими химическими датчиками мы можем лучше понять текущее функционирование леса и то, как он меняется с изменением регионального климата, включая более частые пожары в последние годы в центральной части Амазонки».
В центральной части Амазонки пологие холмы образуют плато и заболоченные долины, расчлененные ручьями и реками. Каждая из этих экосистем - леса на склонах холмов, леса на плато и в долинах, а также растительность вдоль кромки воды - имеют разные химические отпечатки пальцев.
Исследовательская группа управляла дронами над лесами плато и лесами на склонах. Они обнаружили, что концентрации летучих органических соединений, называемых изопреном, были более чем на 50 процентов выше в лесу плато, чем в склоновом лесу. Используя эти данные, они разработали модель, которая предполагает, что выбросы изопрена удваиваются или утраиваются среди этих различных подтипов леса. В отсутствие измерений предыдущие модели выбросов предполагали отсутствие различий.
«Это исследование показывает, как мало мы понимали неоднородность леса, - сказал Мартин. «Но технологии с помощью дронов могут помочь нам понять и количественно оценить выбросы ЛОС в различных близлежащих экосистемах, чтобы лучше представить их в моделировании климата и качества воздуха».
Исследователи планируют исследовать экосистемы в заболоченных долинах и вдоль рек осенью 2019 года, используя лодку посреди реки в качестве платформы для запуска и извлечения дронов. Они также планируют протестировать флот из трех дронов, работающих в унисон.