Um aumento incomum na produtividade das plantas pode prenunciar uma grave perda de água no solo, e os satélites da NASA estão seguindo as pistas.



Deflagrando rapidamente e sem aviso prévio, a seca que assolou grande parte dos Estados Unidos no Verão de 2012 foi uma das mais extensas que o país tinha visto desde o Dust Bowl da década de 1930, que durou anos. A “seca repentina”, alimentada pelo calor extremo que consumiu a humidade do solo e das plantas, levou ao fracasso generalizado das colheitas e a perdas económicas que custaram mais de 30 mil milhões de dólares.

Embora as secas arquetípicas possam desenvolver-se ao longo das estações, as secas repentinas são marcadas por uma secagem rápida. Eles podem ocorrer em semanas e são difíceis de prever. Em um estudo recente publicado na Geophysical Research Letters , uma equipe liderada por cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia, foi capaz de detectar sinais de secas repentinas até três meses antes do início. No futuro, esse aviso prévio poderá ajudar nos esforços de mitigação.

Como a equipe fez isso? Seguindo o brilho.

Um sinal visto do espaço

Durante a fotossíntese, quando uma planta absorve a luz solar para converter dióxido de carbono e água em alimento, sua clorofila “vaza” alguns fótons não utilizados. Este brilho fraco é chamado de fluorescência induzida pela energia solar, ou SIF. Quanto mais forte for a fluorescência, mais dióxido de carbono uma planta retira da atmosfera para impulsionar o seu crescimento.

Embora o brilho seja invisível a olho nu, ele pode ser detectado por instrumentos a bordo de satélites como o Orbiting Carbon Obsevatory-2 (OCO-2) da NASA. Lançado em 2014, o OCO-2 observou o centro-oeste dos EUA brilhando durante a estação de crescimento.

Os pesquisadores compararam anos de dados de fluorescência com um inventário de secas repentinas que atingiram os EUA entre maio e julho de 2015 a 2020. Eles encontraram um efeito dominó:nas semanas e meses que antecederam uma seca repentina, a vegetação inicialmente prosperou à medida que as condições mudavam. quente e seco. As plantas florescentes emitiram um sinal de fluorescência invulgarmente forte para a época do ano.

Mas, ao reduzir gradualmente o abastecimento de água do solo, as plantas criaram um risco. Quando as temperaturas extremas atingiram, os já baixos níveis de umidade despencaram e a seca repentina se desenvolveu em poucos dias.

A equipe correlacionou as medições de fluorescência com os dados de umidade do satélite SMAP da NASA. Abreviação de Soil Moisture Active Passive, o SMAP rastreia as mudanças na água do solo medindo a intensidade das emissões naturais de microondas da superfície da Terra.

Os cientistas descobriram que o padrão incomum de fluorescência se correlacionou extremamente bem com as perdas de umidade do solo nas seis a 12 semanas anteriores a uma seca repentina. Um padrão consistente emergiu em diversas paisagens, desde as florestas temperadas do leste dos EUA até as Grandes Planícies e matagais ocidentais.

Por esta razão, a fluorescência das plantas “mostra-se promissora como um indicador confiável de alerta precoce de seca repentina, com tempo suficiente para agir”, disse Nicholas Parazoo, cientista da Terra no JPL e principal autor do estudo recente.

Jordan Gerth, cientista do Gabinete de Observações do Serviço Meteorológico Nacional que não esteve envolvido no estudo, disse estar satisfeito por ver trabalhos sobre secas repentinas, dadas as mudanças climáticas. Ele observou que a agricultura beneficia da previsibilidade sempre que possível.

Embora o alerta precoce não possa eliminar os impactos das secas repentinas, Gerth disse:"Os agricultores e pecuaristas com operações avançadas podem usar melhor a água para irrigação para reduzir os impactos nas culturas, evitar o plantio de culturas que provavelmente fracassarão ou plantar um tipo diferente de cultura para alcançar o rendimento ideal se tiverem semanas a meses de prazo de entrega."

Rastreando as emissões de carbono

Além de tentar prever secas repentinas, os cientistas queriam compreender como estas impactam as emissões de carbono.

Ao converter dióxido de carbono em alimento durante a fotossíntese, as plantas e as árvores são "sumidouros" de carbono, absorvendo mais CO₂ da atmosfera do que eles liberam. Muitos tipos de ecossistemas, incluindo terras agrícolas, desempenham um papel no ciclo do carbono – a troca constante de átomos de carbono entre a terra, a atmosfera e o oceano.

Os cientistas utilizaram medições de dióxido de carbono do satélite OCO-2, juntamente com modelos informáticos avançados, para monitorizar a absorção de carbono pela vegetação antes e depois das secas repentinas. Plantas sob estresse térmico absorvem menos CO₂ da atmosfera, então os pesquisadores esperavam encontrar mais carbono livre. O que eles encontraram foi um ato de equilíbrio.

As temperaturas quentes antes do início da seca repentina levaram as plantas a aumentar a sua absorção de carbono em comparação com as condições normais. Esta absorção anómala foi, em média, suficiente para compensar totalmente as diminuições na absorção de carbono devido às condições quentes que se seguiram. A descoberta surpreendente pode ajudar a melhorar as previsões do modelo do ciclo do carbono.

Comemorando seu 10º ano em órbita neste verão, o satélite OCO-2 mapeia as concentrações de dióxido de carbono naturais e produzidas pelo homem e a fluorescência da vegetação usando três espectrômetros semelhantes a câmeras ajustados para detectar a assinatura de luz única do CO₂ . Eles medem o gás indiretamente, rastreando a quantidade de luz solar refletida que ele absorve em uma determinada coluna de ar.

Mais informações: Nicholas Parazoo et al, Condições antecedentes mitigam a perda de carbono durante eventos de seca repentina, Cartas de pesquisa geofísica (2024). DOI:10.1029/2024GL108310
Informações do diário: Cartas de pesquisa geofísica

Fornecido pela NASA