Растения находятся в симбиотических отношениях с окружающей средой, являясь жизненно важным индикатором общего состояния ландшафта, а также значительных изменений в нем. Одним из таких факторов, влияющих на реакцию растений, являются выбросы газов, например, в результате вулканической активности, которые увеличивают выбросы углекислого газа и воды в непосредственной близости, что, в свою очередь, влияет на площадь листьев и фотосинтез (биологический процесс, посредством которого такие организмы, как растения, преобразуют световую энергию в химическую энергию). энергию с использованием хлорофилла, производящего сахара, которые метаболизируются для подпитки деятельности организма).
Новое исследование, опубликованное в журналах Geochemistry, Geophysics, Geosystems , изучило связь между поглощением углекислого газа растениями в ответ на повышенную вулканическую дегазацию, что ранее было сложно обнаружить с помощью спутников в космосе и отличить от нормальных атмосферных уровней.
Роберт Бог, доктор философии. исследователь из Университета Макгилла, Монреаль, Канада, и его коллеги следили за реакцией растений на вулканические выбросы в термальной зоне озера Терн Йеллоустонской кальдеры, штат Вайоминг, США, чтобы определить их реакцию на гидротермальную активность (циркулирующие жидкости вблизи источника магмы , производящего горячая вода и пар).
Исследовательская группа использовала удаленно обработанные изображения Landsat Геологической службы США на площади около 33 000 м 2 , полученные со спутников, вращавшихся вокруг Земли в период с 1984 по 2022 год, и сравнила состояние растений в гидротермальной зоне с состоянием растений в близлежащих лесах, не затронутых вулканическая активность.
Они использовали индекс нормализованной разницы растительности (NDVI), показатель содержания хлорофилла на данной территории, который действует как показатель фотосинтеза и, следовательно, здоровья растений. NDVI использует безразмерные значения от -1 до 1, где здоровая растительность оценивается в 0,6–1, а все менее здоровое будет иметь более низкие значения.
Бог и его коллеги обнаружили устойчивое улучшение здоровья растений в течение 1984–2000 годов, что объясняется удобрением почвы путем выброса углекислого газа и магматической воды. Однако в начале 2000-х годов произошел заметный сдвиг с ухудшением NDVI (здоровья растений) и значительной гибелью деревьев (особенно сосны ложной) в гидротермальной зоне, особенно в ее эпицентре.
Это снижение NDVI медленно увеличивалось в период с 2000 по 2005 год, но быстро в течение следующего десятилетия вплоть до 2015 года, когда оно стабилизировалось, что предполагается как расширение гидротермальной области.
Здесь повышенная температура почвы >50°C, обнаруженная с помощью теплового инфракрасного изображения, а также чрезвычайно высокие выбросы углекислого газа и серы создали кислотно-сульфатную зону, о чем свидетельствуют дымящиеся фумаролы и характерный запах тухлых яиц сероводорода. В совокупности это вызвало сильнейший стресс у деревьев, что было видно на изображениях Landsat до того, как это было обнаружено другими спутниками. В совокупности они также являются тремя ключевыми индикаторами неглубокой магмы, и их ситуация еще больше усугубляется по мере того, как магма продолжает подниматься с неизбежным вулканическим событием.
Физические изменения в состоянии растительности в течение периода исследования также отслеживались путем выбора мест в термальной зоне озера Терн, которые каждый год имели самое высокое значение NDVI, и мониторинга движения гидротермального эпицентра.
С 1985 по 1992 год самые низкие значения NDVI (наихудшее состояние растений) наблюдались на юге региона, однако с 1993 по 2001 год они сместились на север, а затем в центр региона. Именно в этот момент на аэрофотоснимках выше стал виден голый участок мертвых деревьев. Исследователи предполагают, что переход эпицентра в период исследования может быть результатом того, что пути миграции гидротермальных жидкостей со временем блокируются из-за отложения минералов из магматических вод, что приводит к поиску новых маршрутов.
Таким образом, это исследование подтверждает, что гидротермальная активность началась в этом районе на 15 лет раньше, чем сообщалось ранее, что позволяет предположить, что заметный сдвиг в начале 2000-х годов был пробуждением вулканизма, а не его первоначальным началом.
Это также подтверждается записями незначительной сейсмической активности, которая часто является индикатором движения магматической жидкости под землей. Такая информация подчеркивает преимущество этого метода в предоставлении большого количества данных, которые в противном случае могли бы быть незамеченными с помощью тепловых инфракрасных или видимых изображений.
Недавние полевые исследования команды также обнаружили рост новых деревьев на бесплодной территории, что позволяет предположить, что гидротермальная активность в регионе может ослабевать и что в последующие годы может произойти возрождение растительности.
Это исследование раскрывает новый и ценный инструмент для измерения последствий вулканической активности в средах, которые могут быть затруднены для доступа или особенно опасны для приборов на месте, и особенно подходят для стратовулканов, склоны которых часто покрыты лесом.
Хотя этот метод полезен в качестве предварительного предупреждения в качестве дополнения к другим формам дистанционного зондирования для прогнозирования вулканической опасности, в настоящее время этот метод ограничен местами с относительно однородными видами растительности, поскольку это может повлиять на значения NDVI. Это также создает проблемы для районов, подверженных засухе или лесным пожарам, которые представляют собой стрессы невулканического характера, которые могут исказить результаты, в то время как вулканические районы на больших высотах или в засушливых зонах могут иметь редкий древесный покров, что затрудняет измерения NDVI.
Тем не менее, проект предлагает важный метод мониторинга вулканов и состояния окружающей среды для смягчения потенциальных будущих опасностей.
