Wachsende Pflanzen geben eine Form von Licht ab, die von NASA-Satelliten, die Hunderte von Meilen über der Erde kreisen, erkannt werden kann. Teile Nordamerikas scheinen in dieser Visualisierung, die ein durchschnittliches Jahr darstellt, zu schimmern. Grau zeigt Regionen mit wenig oder gar keiner Fluoreszenz an; rot, rosa und weiß zeigen eine hohe Fluoreszenz an. (Bildnachweis: NASA’s Scientific Visualization Studio)
Blühende Pflanzen?
Das klingt zwar wie aus einem Science-Fiction-Film, ist aber ein natürlicher Prozess, der Wissenschaftlern Hinweise auf bevorstehende Dürreperioden gibt.
Blitzdürren sind genau das, wonach sie klingen: Sie treten schnell und ohne große Vorwarnung auf. Ein Beispiel dafür war der Sommer 2012, als in einem großen Teil der USA die größte Dürre seit der jahrelangen Dust Bowl in den 1930er Jahren auftrat.
Typischerweise dauert es Jahre, bis sich eine normale Dürre entwickelt – bei einer Sturzflut hingegen tritt eine beschleunigte Austrocknung in nur wenigen Wochen auf. Daher ist es recht schwierig, sich darauf vorzubereiten. Wissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien haben jedoch möglicherweise eine Lösung gefunden. Ende April veröffentlichten sie eine Studie über die Entdeckung einer Methode, mit der sie Anzeichen für eine Dürre schon Monate im Voraus erkennen können. Zeichen aus dem Weltraum, meine ich. Man muss nur auf das Leuchten achten – oder, na ja, auf das Fehlen desselben. Es hat den Anschein, dass sich das „Leuchten“ einer Pflanze in Erwartung einer Dürreperiode abschwächt, und es ist möglich, diese Abschwächung mit Raumfahrzeugen, die unseren Planeten umkreisen, zu erfassen.
Genauer gesagt, ist dieses Leuchten für das menschliche Auge nicht sichtbar, kann aber von bestimmten Instrumenten an Bord von Satelliten wie dem Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) der NASA erkannt werden. Den Wissenschaftlern zufolge wurde das Phänomen des Pflanzenglühens auf den Daten dieses Satelliten seit 2014 immer wieder festgestellt, als er im Weltraum ankam und während der gesamten Vegetationsperiode im Mittleren Westen der USA „das Licht sah“.
Wenn Pflanzen Photosynthese betreiben, sonnen sie sich im Sonnenlicht und absorbieren die Strahlen unseres Sterns, um Wasser und Kohlendioxid in Nahrung umzuwandeln. Während dieses Prozesses entweichen einige ungenutzte Photonen oder Lichtteilchen aus dem Chlorophyllgehalt der Pflanzen, d. h. aus den Verbindungen, die den Pflanzen ihre Farbe verleihen. Dadurch entsteht ein leichtes Leuchten. Dieses „Leuchten“ wird als solar-induzierte Fluoreszenz (SIF) bezeichnet. Die SIF wird umso heller, je mehr Kohlendioxid die Pflanze aus der Atmosphäre aufnimmt, um ihr Wachstum zu steigern.
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Nachdem die Forscher jahrelange Fluoreszenzdaten mit Dürreperioden in den USA in den Monaten Mai und Juli zwischen 2015 und 2020 verglichen hatten, konnten sie ein mit dem Glühen zusammenhängendes Muster erkennen, und zwar Wochen (und manchmal sogar Monate) bevor eine Dürreperiode auftrat. Mithilfe von Daten des Soil Moisture Active Passive (SMAP)-Satelliten der NASA konnten die Wissenschaftler auch Schwankungen in der Wassermenge im Boden der Pflanzen feststellen, indem sie die Stärke der natürlichen Mikrowellenemissionen beobachteten, die von den Pflanzen während dieses Zeitraums abgegeben wurden. Jedes Jahr während der Studie, von Mai bis Juli, blühten die Pflanzen im Durchschnitt unter warmen und trockenen Bedingungen und leuchteten daher auf den Satellitenbildern hell auf.
Dann, wenn die Wasserversorgung vor einer Sturzflugtrockenheit abnimmt, beginnt das Leuchten zu verblassen. Die Varianz dieses atypischen Musters entsprach genau dem Ausmaß der Feuchtigkeitsverluste des Bodens sechs bis 12 Wochen vor einer Dürreperiode in verschiedenen Teilen des Landes.
„[Pflanzenfluoreszenz] ist ein vielversprechender, zuverlässiger Frühwarnindikator für Dürreperioden mit genügend Vorlaufzeit, um Maßnahmen zu ergreifen“, sagte Nicholas Parazoo, Geowissenschaftler am JPL und Hauptautor der jüngsten Studie, in einer Erklärung.
Auch wenn diese Forschung nicht in der Lage ist, Sturzflut-Dürren zu verhindern, so bietet sie doch den Meteorologen ein wenig mehr Vorwarnzeit, so dass sie denjenigen, die von einer bevorstehenden Dürre betroffen sind, wichtige Informationen geben können.
„Landwirte und Viehzüchter mit fortschrittlichen Betrieben können das Wasser für die Bewässerung besser nutzen, um die Auswirkungen auf die Ernte zu reduzieren, die Anpflanzung von Pflanzen vermeiden, die wahrscheinlich ausfallen werden, oder eine andere Art von Pflanzen anpflanzen, um den idealsten Ertrag zu erzielen, wenn sie Wochen bis Monate Vorlaufzeit haben“, sagte Jordan Gerth, ein Wissenschaftler des National Weather Service Office of Observations, in derselben Erklärung.
Ein weiterer Teil der Studie bestand darin, mehr darüber zu erfahren, wie sich Dürreperioden auf die Kohlenstoffemissionen auswirken. Während der Photosynthese nehmen Pflanzen und Bäume viel mehr Kohlendioxid auf, als sie abgeben. Dies ist ein wichtiger Teil des Kohlenstoffkreislaufs, der auch die Wechselwirkungen zwischen Land, Atmosphäre und Ozean umfasst. Die Kohlendioxidmengen können aus den OCO-2-Satellitendaten gewonnen werden. Wenn die Wissenschaftler diese Daten dann in fortschrittliche Computermodelle eingeben, können sie bestimmen, wie viel Kohlenstoff von der Vegetation vor und nach einer Dürreperiode aufgenommen wird, sagt das Team.
Im Endeffekt kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass in der Zeit vor und nach Dürreperioden ein „Balanceakt“ stattfindet, wenn es um die Kohlenstoffaufnahme geht. Je extremer die Hitze ist, desto mehr fressen die Pflanzen! In Zukunft werden Studien wie diese den Forschern wahrscheinlich dabei helfen, die Vorhersagen der Modelle des Kohlenstoffkreislaufs zu verbessern, damit wir besser verstehen können, wie Pflanzen funktionieren, und noch mehr darüber erfahren, wie sie von extremen Wetterbedingungen beeinflusst werden.
