Para ilmuwan NASA telah menemukan bahwa fluoresensi tanaman yang dilacak oleh satelit dapat memprediksi kekeringan mendadak beberapa bulan sebelumnya, membantu mengurangi dan memahami dampak siklus karbon selama kekeringan. Kredit: Studio Visualisasi Ilmiah NASA
Lonjakan produktivitas tanaman yang tidak biasa mungkin menandakan hilangnya air tanah secara parah. NASA Satelit melacak cahaya halus ini, memberikan peringatan dini mengenai potensi kekeringan mendadak di seluruh lanskap.
Meluas dengan cepat dan hanya dengan sedikit peringatan, kekeringan yang melanda sebagian besar Amerika Serikat pada musim panas tahun 2012 adalah salah satu kekeringan terluas yang pernah dialami negara ini sejak tahun Dust Bowl pada tahun 1930an. “Kekeringan kilat,” yang dipicu oleh panas ekstrem yang membakar habis kelembapan tanah dan tanaman, menyebabkan kegagalan panen secara luas dan kerugian ekonomi yang menelan biaya lebih dari $30 miliar.
Meskipun pola dasar kekeringan dapat terjadi sepanjang musim, kekeringan mendadak ditandai dengan kekeringan yang cepat. Hal ini dapat terjadi dalam beberapa minggu dan sulit diprediksi. Dalam penelitian terbaru, tim yang dipimpin ilmuwan dari Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan mampu mendeteksi tanda-tanda kekeringan mendadak hingga tiga bulan sebelum kekeringan terjadi. Di masa depan, pemberitahuan terlebih dahulu dapat membantu upaya mitigasi.
Bagaimana mereka melakukannya? Dengan mengikuti cahaya.
Di sebuah ladang di Kentucky bagian barat, sebuah mesin menyemprot tanaman penutup tanah untuk mempersiapkan musim tanam. Para ilmuwan NASA sedang mencari alat berbasis ruang angkasa untuk membantu meramalkan kekeringan yang cepat dan tersembunyi yang telah menyebabkan kerugian besar di bidang pertanian dalam beberapa tahun terakhir. Kredit: Departemen Pertanian AS/Justin Pius
Sinyal Terlihat Dari Luar Angkasa
Selama fotosintesis, ketika tanaman menyerap sinar matahari untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi makanan, klorofilnya akan “membocorkan” beberapa foton yang tidak terpakai. Cahaya redup ini disebut fluoresensi yang diinduksi matahari, atau SIF. Semakin kuat fluoresensinya, semakin banyak karbon dioksida yang diambil tanaman dari atmosfer untuk mendorong pertumbuhannya.
Meskipun cahayanya tidak terlihat dengan mata telanjang, namun dapat dideteksi oleh instrumen di satelit seperti Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) milik NASA. Diluncurkan pada tahun 2014, OCO-2 telah menyaksikan Midwest AS bersinar melalui musim tanam.
Tumbuhan yang sedang tumbuh memancarkan suatu bentuk cahaya yang dapat dideteksi oleh satelit NASA yang mengorbit ratusan mil di atas Bumi. Bagian Amerika Utara bersinar dalam visualisasi ini, yang menggambarkan rata-rata tahun. Abu-abu menunjukkan area dengan sedikit atau tanpa fluoresensi; merah, merah muda, dan putih menunjukkan fluoresensi tinggi. Kredit: Studio Visualisasi Ilmiah NASA
Para peneliti membandingkan data fluoresensi bertahun-tahun dengan inventarisasi kekeringan mendadak yang melanda AS antara bulan Mei dan Juli dari tahun 2015 hingga 2020. Mereka menemukan efek domino: Dalam minggu-minggu dan bulan-bulan menjelang kekeringan mendadak, vegetasi pada awalnya tumbuh subur seiring dengan perubahan. kondisi. hangat dan kering. Tanaman yang tumbuh subur memancarkan sinyal fluoresensi yang sangat kuat sepanjang tahun.
Namun dengan berkurangnya pasokan air di dalam tanah secara bertahap, tanaman menimbulkan risiko. Ketika suhu ekstrim melanda, tingkat kelembapan yang sudah rendah menurun drastis, dan kekeringan terjadi dalam beberapa hari.
Tim mengkorelasikan pengukuran fluoresensi dengan data kelembapan dari satelit SMAP NASA. Kependekan dari Soil Moisture Active Passive, SMAP melacak perubahan air tanah dengan mengukur intensitas emisi gelombang mikro alami dari permukaan bumi.
Para ilmuwan menemukan bahwa pola fluoresensi yang tidak biasa berkorelasi sangat baik dengan hilangnya kelembaban tanah dalam enam hingga 12 minggu sebelum kekeringan mendadak. Pola yang konsisten muncul di berbagai bentang alam, mulai dari hutan beriklim sedang di AS bagian Timur hingga Great Plains dan semak belukar di bagian barat.
Oleh karena itu, fluoresensi tanaman “menunjukkan harapan sebagai indikator peringatan dini yang dapat diandalkan mengenai kekeringan mendadak dengan waktu yang cukup untuk mengambil tindakan,” kata Nicholas Parazoo, ilmuwan Bumi di JPL dan penulis utama studi terbaru.
Jordan Gerth, ilmuwan dari Kantor Pengamatan Layanan Cuaca Nasional yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan dia senang melihat upaya untuk mengatasi kekeringan mendadak, mengingat perubahan iklim kita. Dia mencatat bahwa pertanian mendapat manfaat dari prediktabilitas jika memungkinkan.
Meskipun peringatan dini tidak dapat menghilangkan dampak kekeringan yang tiba-tiba, Gerth mengatakan, “petani dan peternak dengan operasi tingkat lanjut dapat menggunakan air untuk irigasi dengan lebih baik guna mengurangi dampak pada tanaman, menghindari menanam tanaman yang kemungkinan besar akan gagal, atau menanam jenis tanaman lainnya. untuk mencapai hasil yang paling ideal jika mereka memiliki waktu tunggu berminggu-minggu hingga berbulan-bulan.”
Melacak Emisi Karbon
Selain mencoba memprediksi kekeringan mendadak, para ilmuwan juga ingin memahami bagaimana hal ini berdampak pada emisi karbon.
Dengan mengubah karbon dioksida menjadi makanan selama fotosintesis, tumbuhan dan pohon menjadi “penyerap” karbon, menyerap lebih banyak CO2 dari atmosfer daripada yang dilepaskannya. Banyak jenis ekosistem, termasuk lahan pertanian, berperan dalam siklus karbon – pertukaran atom karbon secara konstan antara daratan, atmosfer, dan lautan.
Para ilmuwan menggunakan pengukuran karbon dioksida dari satelit OCO-2, bersama dengan model komputer canggih, untuk melacak serapan karbon oleh vegetasi sebelum dan sesudah kekeringan mendadak. Tanaman yang mengalami tekanan panas menyerap lebih sedikit CO2 dari atmosfer, sehingga para peneliti berharap dapat menemukan lebih banyak karbon bebas. Apa yang mereka temukan justru merupakan tindakan penyeimbang.
Suhu hangat sebelum terjadinya kekeringan mendadak menggoda tanaman untuk meningkatkan serapan karbon dibandingkan kondisi normal. Penyerapan karbon yang tidak normal ini, rata-rata, cukup untuk mengimbangi pengurangan penyerapan karbon akibat kondisi panas yang terjadi. Temuan mengejutkan ini dapat membantu meningkatkan prediksi model siklus karbon.
Merayakan tahun ke-10 mengorbitnya pada musim panas ini, satelit OCO-2 memetakan konsentrasi karbon dioksida alami dan buatan manusia serta fluoresensi vegetasi menggunakan tiga spektrometer mirip kamera yang disetel untuk mendeteksi tanda cahaya unik CO2. Mereka mengukur gas secara tidak langsung dengan melacak seberapa banyak pantulan sinar matahari yang diserap dalam kolom udara tertentu.
NewsRoom.id
