Satellieten zien lichtgevende planten

Satellietmetingen van de fluorescentie van planten kan bijzonder veel waardevolle informatie verschaffen over de gezondheid van het gewas. Dat hebben Peiqi Yang en Christiaan van der Tol van de universiteit Twente aangetoond in recent onderzoek, gefinancierd door NWO i.s.m. NSO.

De FLEX missie van ESA wordt in 2025 gelanceerd (beeld: ESA) In zijn colleges schijnt Van der Tol met een blauw lampje op een bakje tapenade. Tot verbazing van zijn studenten komt er geen blauw, maar rood licht van de tomaten af. Tomaten en andere planten fluoresceren: ze zenden licht uit in een andere kleur (golflengte) dan is opgenomen. Een bekend voorbeeld van fluorescentie is blacklight: UV-straling wordt opgenomen door witte kleding, die kleding zendt vervolgens wit zichtbaar licht uit.

Fluorescentie van planten is vanuit de ruimte met satellieten waar te nemen. Toch werd dit tot nu toe niet veel gebruikt door biologen en klimaatonderzoekers. Dat is niet zo gek: de fluorescentie is vele malen zwakker dan het gereflecteerde groene licht van planten en er was nog niet zoveel over bekend. Wat zegt de hoeveelheid fluorescentie over de gezondheid van een gewas?
Om de metingen van de satellieten om te zetten in dit soort nuttige informatie, moet je heel precies begrijpen wat er in een plant gebeurt.

Metingen vanaf de grond Hittegolf

Dit is precies wat Van der Tol en Yang hebben gedaan. Ze hebben de fysische processen die in een plant plaatsvinden, zoals de opname van koolstof, water en licht, bestudeerd en berekend hoeveel licht daarbij vrijkomt. Met deze informatie kunnen ze de hoeveelheid door satellieten gemeten fluorescentie omzetten naar gedetailleerde informatie over de gezondheid van een gewas.

Om deze modellen te verifiëren, heeft Yang metingen gedaan in de VS en Duitsland. De satellietmetingen voor de hoeveelheid fotosynthese, kwamen boven verwachting goed overeen met de metingen op de grond. Deze gedetailleerde informatie is heel waardevol bij onderzoek naar hoe planten reageren op klimaatverandering: tijdens een hittegolf is uit satellietbeelden nu bijvoorbeeld te berekenen hoeveel warm water een gewas opneemt.

Terug in de tijd

Satellieten verschillen onderling: ze meten net andere golflengtes en de hoek waaronder ze naar de aarde kijken is per satelliet anders. Het model dat Van der Tol en Yang gemaakt hebben, is te gebruiken voor alle satellieten. Van der Tol werkt nu in samenwerking met ESA aan een project om met oude, opgeslagen satellietdata 20 jaar terug te kijken naar de reactie van planten op klimaatverandering.

Ook de toekomst belooft veel: in 2025 lanceert ESA FLEX (de FLuorescence Explorer), de eerste satelliet die specifiek ontworpen is om fluorescentie van planten te meten. Met die satellietdata gaan we nog meer inzicht krijgen in hoe planten reageren op klimaatverandering: kennis die noodzakelijk is voor voedselzekerheid en het nemen van effectieve klimaatmaatregelen.