La NASA cartografía la fluorescencia de la vegetación terrestre

Científicos del Goddard Space Flight Center de la NASA han elaborado, con información obtenida por satélite, unos innovadores mapas de la Tierra en los que se refleja la fluorescencia que emiten las plantas terrestres durante su fotosíntesis.

Esta fluorescencia, conocida como fluorescencia clorofílica, consiste en un resplandor rojizo y de difícil detección, que es emitido por las hojas. En mapas anteriores se había cartografiado la florescencia del fitoplancton presente en los océanos, pero estos nuevos mapas son los primeros dedicados a la vegetación terrestre y abarcan el globo entero, informa la NASA en un comunicado.

Visión más directa y rápida

Hasta ahora, la mayor parte de la información suministrada por los satélites y relativa a la salud de la vegetación terrestre había consistido en indicadores “de verdor”, basados en la luz reflejada por las plantes, en lugar de en la luz fluorescente.

Este método anterior de reconocimiento del estado de la vegetación del planeta tiene, sin embargo, una pega. El verdor de la vegetación decrece después de las sequías, las heladas u otros eventos que limitan la fotosíntesis de las plantas, y que provocan que las hojas verdes mueran y cambien de color. Esta reducción puede detectarse vía satélite sólo con cierto retraso: se tardan días, incluso semanas, antes de que los cambios en el verdor resulten apreciables para los satélites.

La fluorescencia de la clorofila, en cambio, ofrece una visión más directa del estado de las plantas, desde el espacio. “Con la fluorescencia clorofílica, puede determinarse inmediatamente si las plantas se encuentran en situaciones de estrés ambiental, antes de que los signos de sequedad o amarillamiento de las hojas se vuelvan visibles”, afirma Elizabeth Middleton bióloga de la NASA y miembro del equipo de investigadores que ha creado los mapas.

Medición en territorios amplios

Durante décadas, los científicos han medido la fluorescencia en plantas exponiendo las hojas a haces de láser que, como la luz negra, hacen más visible la fluorescencia. Estos experimentos habían revelado mucho acerca de ciertos tipos de fluorescencia vegetal. Sin embargo, hasta la fecha no se había podido usar el láser para medir el fenómeno en amplios terrenos de la superficie terrestre.

Para crear su mapa de fluorescencia global, Joanna Joiner, directora del equipo que ha creado los mapas, y sus colaboradores emplearon una novedosa técnica. Los investigadores centraron su análisis en una sección extraordinariamente oscura de la parte infrarroja del espectro solar, lo que permitió distinguir la débil señal de fluorescencia.

Los mapas generados a partir de estas observaciones, con datos recogidos en 2009 desde un espectrómetro situado a bordo del satélite japonés Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT), muestran, por ejemplo, diferencias en la fluorescencia de las plantas de nuestro planeta, en función de las estaciones y de las localizaciones.

Así, por ejemplo, en el hemisferio norte, la producción de fluorescencia se maximizó durante el mes de julio, mientras que en el hemisferio sur lo hizo en diciembre.

Estos resultados coinciden con los obtenidos anteriormente en otros experimentos de campo y de laboratorio, que habían sugerido que la fluorescencia de la clorofila se reducía en otoño, cuando la abundancia de follaje verde disminuye y el estrés vegetal se incrementa, como resultado de temperaturas más bajas y de condiciones lumínicas menos favorables.

Cómo se encienden las plantas

El mismo mecanismo lumínico que provoca la fluorescencia de las plantas hace también que otros organismos o cosas, como las medusas, la sangre o la orina, brillen intensamente bajo la negra noche.

La diferencia de éstos con las plantas radica en que la fluorescencia vegetal se produce en partes específicas del espectro azul, verde, rojo y rojo lejano. La fluorescencia de la clorofila del follaje verde, en concreto, se produce en las longitudes de onda del rojo y del rojo lejano.

“En las plantas, la fluorescencia no es algo que se pueda ver a simple vista, porque la luz de fondo la anula”, explica Joiner. Cuando la luz del sol incide sobre una hoja, unas estructuras verdes con forma de disco, llamadas cloroplastos, absorben la mayoría de la luz y la convierten en carbohidratos a través del proceso de la fotosíntesis.

Los cloroplastos reemiten alrededor del 2% de la luz entrante en longitudes de onda más largas, rojizas. Esta luz reemitida –luz fluorescente- es lo que los científicos del Centro Goddard han medido para crear su mapa. La fluorescencia es diferente de la bioluminiscencia, que es el mecanismo químico que las luciérnagas y muchas especies marinas usan para brillar en ausencia de exposición a la luz.

Aplicaciones de la medición de la fluorescencia

Aunque aún serán necesarias nuevas investigaciones para clasificar las sutilezas de la señal de fluorescencia clorofílica registrada, los nuevos mapas resultan importantes porque demuestran la factibilidad de las mediciones de fluorescencia desde el espacio.

En el futuro, el equipo del Goddard Centre espera que las mediciones de la fluorescencia complementen las mediciones actuales, basadas en registros del verdor de la vegetación, de diversas maneras. De esta forma se podría, por ejemplo, ayudar a los agricultores a responder a tiempo a situaciones climáticas extremas o facilitar a los equipos de labores humanitarias la detección con tiempo de inminentes hambrunas.

La medición de la fluorescencia podría, asimismo, conllevar a avances en la comprensión científica de los ciclos del carbono en los ecosistemas, que es una de las áreas clave de incertidumbre en climatología.

Asimismo, los hallazgos realizados tendrán implicaciones tanto para las misiones actuales de los satélites, como para las misiones futuras. A corto plazo, el conocimiento de la señal de fluorescencia podría ayudar a los estudiosos de la atmósfera a afinar las mediciones de dióxido de carbono y metano procedentes de la misión GOSAT.

A más largo plazo, la posibilidad de desarrollar mapas de fluorescencia digital implicarán que las misiones FLEX, de la Agencia Espacial Europea (ESA), u Orbitin Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA, puedan realizar en los próximos años provechosas mediciones de la fluorescencia, a escala global.

Los mapas, que han sido publicados online en la revista Biogeoscience, representan sólo un primer intento de detección de la fluorescencia terrestre a escala global. Sus resultados mejoráran y se expanderán con el tiempo, afirman los investigadores.