Kurioza naukowe / Scientific curiosities ISSN 1176-7545; rok XII; No 2729

Zestawienie tematyczne prowadzone na bieżąco

 

Jedno zdumienie dziennie...

 

.

Pomiar potencjału produkcyjnego roślin uprawnych.

Żywienie ludności świata zależy przede wszystkim od intensywności fotosyntezy roślin uprawnych. To roślinne produkty rolne są u podstawy piramidy pokarmowej całego świata. Drugim piętrem tej piramidy to zwierzęta hodowlane, na wierzchołku wszystkiego siedzi człowiek. 
Ale świat jest obecnie jedną wielką wioską. Kłopoty w jednym zakątku świata prawie natychmiast rzutują na resztę globu powodując huśtawkę cen, konieczność dokonywania olbrzymich transferów, a czasem nawet łagodzić skutki nadprodukcji. Stąd olbrzymie znaczenie monitorowania produkcji rolniczej w skali światowej. 
Współczesna technika satelitarna do pewnego stopnia ułatwia rozeznanie. Jak dotąd polega ono na określaniu 'zieloności' roślin uprawnych w różnych sezonach. Jak wiadomo rośliny pod wpływem stresu takiego jak susza, masowe infekcje, czy zniszczenia fizyczne powodowane huraganami czy gradem tracą intensywną zieleń i stopniowo żółkną lub ciemnieją. 
Reakcja ta jednak następuje stosunkowo późno. W zależności od gatunku upraw, może być zauważalna czasem po kilku tygodniach czy miesiącach w przypadku tropikalnych drzew. Często więc alarm następuje za późno. 
Zieloność roślin to wynik światła odbitego, a więc w zasadzie światła fotosyntetycznie nieistotnego. Zmiana barwy to skutek daleko posuniętego rozpadu biochemicznej maszynerii. Natomiast fotosynteza to wynik światła zaabsorbowanego przez chlorofil czy barwniki pomocnicze i tego nie można dojrzeć z satelity przy pomocy obecnie stosowanych skanerów spektroskopowych.. 
Wydaje się, że uczeni amerykańscy z NASA (Goddard Space Flight Center) znaleźli rozwiązanie tego problemu. Jak wiadomo od dawna sam proces fotosyntezy uruchamiany jest przez pobrane światło, ale trakcie fotosyntezy drobna część energii, około dwóch procent, rozpraszana jest w postaci podczerwieni. Mówimy tu o fluorescencji czynnego chlorofilu w podczerwieni. 
Problem polega na tym, że ta drobna część ginie w olbrzymim nadmiarze podczerwieni odbijanej przez prawie wszystko, także przez rośliny. Słońce jest przecież olbrzymim źródłem także promieniowania podczerwonego.  Jednak w podczerwonym zakresie widma słonecznego jest wiele tzw linii Fraunhofera - wąskich pasem ciemnych. Te ciemne pasemka to wynik pochłaniania fal o bardzo specyficznej częstotliwości przez górne warstwy atmosfery słońca. W tych wąskich zakresach słońce jest po prostu czarne. Ale linie Fraunhofera nie występuje w widmie fluorescencji zachodzącej w czasie fotosyntezy. Tak więc zmierzenie intensywności światła emitowanego przez fotosyntetyzujące rośliny w wąskim wybranym paśmie (około 770, w tym paśmie słońce jest czarne, nanometrów), jest miarą intensywności fotosyntezy w danym momencie. Zaś zanik fluorescencji jest natychmiastowym wskaźnikiem stresu. 
Zbudowano więc odpowiednio czuły i wybiórczy spektrofotometr, umieszczono go na satelicie skanującym ziemię, i wynik gotowy: 

 

Powyższa mapa przedstawia wynik skanowania globu w tym właśnie zakresie w dwóch miesiącach, w lipcu i grudniu (wykorzystano tu japoński GOSAT - satelitę krążącą dokoła ziemi i zbierającą informacje o składzie atmosfery ziemskiej - Greenhouse Gases Observing Satelite)
Ciemniejszą barwą oznaczono tereny o intensywnej fotosyntezie, jaśniejsze plamy to słabsza fotosynteza lub jej brak. 
Na mapach widać wyraźnie intensywność fotosyntezy latem na półkuli północnej i Ameryce Środkowej, w paśmie Afryki subsaharyjskiej i Azji Południowej oraz wyspach Pacyfiku. Zimą obraz się zmienia. Europa i Ameryka północna jest 'martwa', aktywność przenosi się półkulę południową, szaleje Ameryka Łacińska i wszystkie kraje Afryki południowej, ożywia się Australia.
(Uwaga osobista: Nowa Zelandia na wszystkich tego rodzaju mapach przedstawiona jest jak nic nieznaczący flaczek na skraju mapy, co powinno być policyjnie zakazane! Gdyby taka dyskryminacja dotyczyła Polski, napewno odpowiednie władze uznałyby to obrazę Rządu i autorzy mapy poszliby do ciupy.)
Teraz pozostaje do rozpracowania precyzyjniejsza lokalizacja skanowania i przetłumaczenia wyników na konkretne skutki rolnicze.
Czasem w publikacjach popularnych myli się trzy pojęcia z dotyczące biofizyki: fluorescencja, bioluminescencja, fosforescencja. Omawiana tu fluorescencja to wysyłanie światła w odpowiedzi na światło pochłonięte. ale w przesuniętym zakresie widma. Zwykle przesuniętym w kierunku fal dłuższych. 

[QZE08::055];[QEP94::266]
sieci 12.6.2011; Nr 2729

 

 


 

witrynę prowadzi
© R. Antoszewski
Titirangi, Auckland, 
Nowa Zelandia

(wybrane z publ. R. Antoszewskiego)

  Site Meter