الأقمار الصناعية توثق آثار موجات الحرارة على النباتات

تظهر دراسة علمية جديدة كيف تؤثر فترات الجفاف على عملية التمثيل الضوئي على مدار اليوم، وجدت الدراسة أن النباتات في المناطق الجافة عادة تزيد من استهلاكها لثاني أكسيد الكربون خلال ساعات الصباح أثناء موجة الحر وتقلل من التمثيل الضوئي في منتصف النهار وبعد الظهر.

قام الباحثون بتحليل البيانات من الجيل الجديد من الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض.

الدكتور بنجامين ديشانت هو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة لايبزيغ ويجري بحثه في المركز التجميعي للمركز الألماني لأبحاث التنوع البيولوجي التكاملي (iDiv). يركز ديشانت ، الفيزيائي وعالم البيئة ، بحثه على الأنماط المكانية والزمانية وديناميكيات التمثيل الضوئي للنباتات وكذلك على خصائص الأوراق ورؤوس الأشجار.

تم جمع بيانات الدراسة جزئيًا خلال موجة الحر في الولايات المتحدة في عام 2020، ساهم ديشانت في النشر من قبل مجموعة البحث الكورية الجنوبية وناقش أهم النتائج في مقابلة.

د.ديشانت ، عندما يكون الجو حارًا وجافًا بشكل غير عادي ، تقوم النباتات بتحويل نشاط التمثيل الضوئي إلى ساعات الصباح، لماذا هذه النتيجة مهمة جدا للبحث؟
على الرغم من أن هذه الرؤية ليست جديدة على هذا النحو ، إلا أنها كانت تستند في السابق فقط على دراسات صغيرة النطاق لأنواع فردية من النباتات أو النظم البيئية، على سبيل المثال على مستوى منطقة الغابات، ولم تتم ملاحظتها بعد على نطاق أوسع مع الأقمار الصناعية.

الدراسة الجديدة هي الأولى التي تحدد هذا التحول نحو الصباح عبر الولايات المتحدة القارية بأكملها بناءً على قياسات الأقمار الصناعية، يمكن استخدام النتائج لتقييم وتحسين نتائج المحاكاة لنماذج الغطاء النباتي، على سبيل المثال ، لأنها مهمة للتنبؤ بدورة الكربون العالمية .

مع زيادة الاحتباس الحراري، من المحتمل أن تحدث ظاهرة تحول نشاط التمثيل الضوئي بشكل أكثر تكرارًا، ما هي التأثيرات التي يمكن أن يحدثها هذا على النباتات الفردية، ولكن أيضًا على النظم البيئية بأكملها؟

الحفاظ على الحد الأدنى من التمثيل الضوئي

لإجراء عملية التمثيل الضوئي، يتعين على النباتات فتح المسام الموجودة على أوراقها، مما يؤدي إلى تبخر الماء خلال فترات الجفاف وموجات الحرارة، تحتاج النباتات الفردية إلى تقليل فقدها للمياه مع الحفاظ على الحد الأدنى من التمثيل الضوئي.

إذا استمرت هذه الأنواع من الظروف لفترة أطول من الوقت ولم تستطع النباتات امتصاص كميات كافية من الماء من خلال جذورها ، فقد يؤدي ذلك إلى موت المزيد من النباتات ، خاصة أنواع النباتات التي لا تتكيف مع مثل هذه الظروف البيئية القاسية.

على مستوى النظم البيئية، يمكن أن يؤثر أيضًا انخفاض تبخر الماء من الأوراق بشكل كبير في أوقات لاحقة من اليوم على درجات الحرارة.

يؤدي تبخر الماء هذا عادةً إلى تبريد الهواء، وسيقل تأثير التبريد مقارنةً بالظروف العادية، يمكن أن يكون لذلك تأثير سلبي على الحيوانات التي تعيش في هذه النظم البيئية، على سبيل المثال ، وبالطبع يمكن أن يكون له أيضًا تأثير ملموس في المدن، يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تأثيرات ارتجاعية تتزايد فيها حالات الجفاف بسبب انخفاض التبخر.

دقة زمنية عالية جدًا

مجموعة البحث التي شاركت في تقييم البيانات من الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة إلى الأرض من أجل الدراسة، تلك هي الأقمار الصناعية التي تكون دائمًا فوق نفس البقعة من سطح الأرض، ما الذي يجعل هذه الأقمار الصناعية ذات قيمة كبيرة لبحثك؟

تم استخدام الأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة إلى الأرض لأغراض الاتصالات ورصد الطقس (على سبيل المثال ، الأعاصير والأعاصير الحلزونية) لعقود، ولكن لم يكن لها سوى فائدة محدودة لأبحاث الغطاء النباتي، تم تجهيز الأنواع الأحدث من الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض بأجهزة استشعار تغطي أيضًا جزء الطيف الكهرومغناطيسي اللازم لمراقبة الغطاء النباتي.

على الرغم من أن الدقة المكانية لهذه الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض ليست عالية مثل الأقمار الصناعية “التقليدية”، إلا أنها تتمتع بميزة كبيرة تتمثل في وجود دقة زمنية عالية جدًا بين خمس دقائق إلى ساعة واحدة. يتيح لنا ذلك إجراء القياسات ذات الصلة باستمرار على مدار اليوم ، وهو أمر لا يمكن تحقيقه إلا باستخدام أبراج القياس على سطح الأرض.

شبكة من عدة أقمار صناعية ثابتة

باستخدام هذه التقنية ، يمكن للباحثين أيضًا الحصول على قياسات أكثر بكثير في ظل ظروف صافية، هذا مهم أيضًا للدراسات التي تعمل بالمقاييس الزمنية الموسمية، على سبيل المثال الفينولوجيا النباتية ، وهو مفتاح في المناطق ذات التغطية السحابية الأكبر مثل المناطق الاستوائية، والتي تلعب دورًا أساسيًا في دورة الكربون العالمية.

في المستقبل ، ستكون هناك شبكة من عدة أقمار صناعية ثابتة بالنسبة إلى الأرض تأخذ قياسات مماثلة تغطي الكرة الأرضية بأكملها تقريبًا. سيكون أحد هذه الأقمار الصناعية ESA القمر الصناعي Sentinel-4 ، والذي سيتم إرساله إلى المدار العام المقبل كجزء من برنامج كوبرنيكوس الناجح للغاية.