Az ön kertje mennyire fénylik?

2014.05.07. 07:04

Nem a növényi fotoszintézis megfigyelésére tervezték a GOSAT műholdat, mégis sikerült vele megfigyelni, mennyire egészséges és aktív például a Föld tüdejének nevezett amazonasi őserdő. Júliustól egy új műholddal vizsgálják a növények halvány fényét.

Sem a NASA, sem a Japán Űrkutatási Hivatal (JAXA) munkatársai nem gondolták volna, hogy egy űreszközzel fogják megpillantani azt a szinte láthatatlanul gyenge, fluoreszkáló fényt, amit a növények bocsátanak ki. A GOSAT nevű műholdat 2009-ben állították pályára, az űreszköz fő feladata az, hogy mérje a két legfontosabb üvegházhatású gáz, a szén-dioxid és a metán szintjét a légkörben.

A NASA és a JAXA kutatói és más intézményekben dolgozó kutatók azt fedezték fel, hogy a GOSAT szállította információk között vannak adatok a növényi klorofill által kibocsátott fluoreszkálásra is. Ezt a sugárzást laboratóriumokban már évtizedek óta mérik, a műholddal viszont az egész Földre kiterjedően meg lehet figyelni a jelenséget, így pedig számos tudományág kutatói kapnak lehetőséget a szárazföldi növénytakaró újszerű vizsgálatára.

A halvány fény a fotoszintézis jele, vagyis annak a folyamatnak, amelynek során a növény a napfényt kémiai energiává alakítja át. Ahogy a klorofill-molekulák elnyelik a fényt, a sugárzás egy része hőként távozik, és egy része pedig nagyobb hullámhosszon sugárzódik vissza. Ez a fluoreszkálás.

A levelek szinte láthatatlanul gyengén fluoreszkálnak, miközben felhasználják a szén-dioxidot és a napfényt (a fotón egy bükkerdő)Forrás: AFP/Hemis.fr/Guy Christian

Hol aktívak leginkább a növények?

A fluoreszkálást megfigyelni csak papíron tűnik egyszerűnek: a gyenge, alig mérhető sugárzást elnyomja a visszaverődő napfény. „Képzelje el, hogy a gyermeke hálószobájában sötétben fluoreszkáló csillagokat ragasztott a mennyezetre” – magyarázza egy hasonlattal David Schimel, a NASA Sugárhajtás Laboratórium (JPL) karbon és ökoszisztémák kutatási programjának vezető kutatója. „Ha felkapcsolja a villanyt, a csillagok még mindig világítanak, csak az égő fénye elnyomja őket. A mi esetünkben el kellett különíteni a napsugárzás adatait a növények fluoreszkálásától, vagyis más szavakkal valahogy ki kellett kapcsolnunk a Napot.”

A kutatók azt a megoldást választották, hogy a GOSAT spektrométerét nagyon szűk hullámsávra állítják be (a spektrométert a fény színképének különböző részeinek vizsgálatára használják). Így sikerült azonosítani olyan részeket a színképből, amelyben látszott a fluoreszkálás, de kevesebb volt a visszavert napfényből. „Ez olyan, mintha a gyerekszobában speciális szemüveget venne fel, ami minden más sugárzást kiszűr a fluoreszkáló csillagokén kívül” – mondja Schimel.

Ilyen térképeket várnak a NASA kutatói az új szén-dioxid- és fotoszintézis-mérő műholdtól, az Orbiting Carbon Observatory-2-től. Az adatokból részletes információkat kapnak majd arról, mennyire egészséges és mennyire aktív a növénytakaróForrás: NASA/JPL-Caltech/NASA Earth Observatory

A fluoreszkálás vizsgálata azért fontos, mert a növények kibocsátotta halvány fényből következtetni lehet arra, milyen ütemben fotoszintetizálnak a növények. A fotoszintézis nagyon leegyszerűsített egyenlete így néz ki: hat-hat széndioxid- és vízmolekula plusz fényenergia segítségével glükóz, hat oxigénmolekula és energia keletkezik. A szén, a kőolaj és a földgáz felhasználása miatt egyre több üvegházhatású szén-dioxid kerül a légkörbe. Ezért fontos tudni, hogy a növényzet a Földnek mely területén, mikor és milyen sebességgel használja fel a szén-dioxidot. Például a tűlevelű erdők télen zöldek ugyan, de nem fotoszintetizálnak, az amazonasi őserdő pedig a száraz évszakban kevésbé aktív, mint a nedvesben.

Itt lép be a képbe a NASA új földmegfigyelő műholdja, a kifejezetten szén-dioxid-mérésre készült Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2). Az űreszközt 2014 júliusában tervezik pályára állítani. Az OCO-2 másodpercenként huszonnégyszer végez majd méréseket, szemben a GOSAT négy másodpercenként végzett egy mérésével. A kutatók így százszor több szén-dioxid- és fluoreszcencia-adattal dolgozhatnak majd. A részletesebb információk pedig hozzásegíthetnek ahhoz, hogy a klímaváltozást előrejelző modellek pontosabban mutassák meg, hogy mennyi szén-dioxidot nyelnek el a növények.