Nowe badanie prowadzone przez naukowców z Schmid College of Science and Technology na Uniwersytecie Chapman dostarcza pierwszych kompleksowych globalnych szacunków ilości wody magazynowanej w roślinach ziemskich oraz czasu potrzebnego, aby woda przez nie przepłynęła. Informacje te są brakującym elementem układanki pozwalającej zrozumieć globalny obieg wody i sposób, w jaki cykl ten jest zmieniany przez zmiany w użytkowaniu gruntów i klimacie.
Badanie opublikowane 9 stycznia w czasopiśmie Nature Water wykazało, że roślinność ziemska magazynuje około 786 km3 wody, co stanowi zaledwie około 0,002% całkowitej ilości słodkiej wody magazynowanej na Ziemi. Z badania wynika również, że czas potrzebny wodzie na przepływ przez rośliny (określany jako czas tranzytu lub obrotu) i powrót do atmosfery należy do najszybszych w globalnym cyklu wodnym i waha się od zaledwie pięciu dni na polach uprawnych do 18 dni w wiecznie zielone lasy iglaste. Transport wody przez rośliny jest szczególnie szybki na polach uprawnych, łąkach i sawannach. Wyniki podkreślają dynamiczną rolę roślinności w obiegu wody. W porównaniu do globalnej mediany rocznej, jaką woda przechodzi przez rośliny od wejścia do wyjścia, wynosi 8,1 dnia, szacuje się, że woda w jeziorach potrzebuje 17 lat, a woda w lodowcach – 1600 lat.
„Od dawna wiedzieliśmy, że większość wody powracającej z ziemi do atmosfery odbywa się przez rośliny, ale do tej pory nie wiedzieliśmy tak naprawdę, ile czasu zajmuje tej wodzie przedostanie się przez rośliny. Nasze wyniki pokazują, że że tranzyt wody przez rośliny następuje w ciągu dni, a nie miesięcy, lat czy stuleci, jak ma to miejsce w innych częściach obiegu wody” – powiedział główny autor badania, dr Andrew Felton, który przeprowadził prace w ramach stypendium Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych Chapman University, a obecnie jest profesorem na Uniwersytecie Stanowym w Montanie.
Zespół badawczy zauważa, że łącząc szacunki dotyczące tranzytu wody przez rośliny z tranzytem wody przez atmosferę (około 8-10 dni) i czasu tranzytu wody przez glebę przed pobraniem przez rośliny (około 60 do 90 dni ), mogą zacząć szacować całkowity czas potrzebny kropli wody na przejście przez ziemski obieg wody.
„Rośliny są zapomnianą częścią globalnego obiegu wody” – powiedział Felton. „W wielu przypadkach rośliny nie są nawet przedstawione na diagramach obiegu wody, co jest ironią losu, ponieważ już wiemy, że odgrywają kluczową rolę w powrocie wody z gleby do atmosfery”.
Aby wygenerować szacunki, zespół badawczy najpierw obliczył ilość wody zmagazynowanej w roślinach, korzystając z danych z misji satelitarnej NASA Soil Moisture Active Passive Mission (SMAP), która dostarczyła szacunkowych danych o wysokiej rozdzielczości dotyczących wody w glebie. Misja SMAP początkowo uznała, że rośliny zakłócają pomiary wilgotności gleby, i skorygowała ich obecność. Badacze Chapmana odkryli, że poprawki te faktycznie zawierają cenne informacje umożliwiające zrozumienie obiegu wody. Zespół połączył szacunki dotyczące magazynowania wody przez rośliny z nowatorskimi szacunkami szybkości, z jaką woda opuszcza rośliny, aby określić czas przejścia wody przez roślinność. W rezultacie uzyskano pięcioletnie szacunki miesięcznego czasu magazynowania i tranzytu wody z rozdzielczością przestrzenną 9 km2.
Zespół badawczy odkrył również, że czas przejścia wody przez roślinność różni się znacznie w zależności od rodzaju pokrycia terenu, klimatu i pory roku. Czas tranzytu wody przez pola uprawne był znacząco i niezmiennie najszybszy, a w szczycie sezonu wegetacyjnego woda przepływała przez rośliny w czasie krótszym niż jeden dzień.
„Jedną z ważnych obserwacji jest to, że pola uprawne na całym świecie mają zazwyczaj bardzo podobne i bardzo krótkie czasy tranzytu” – powiedział dr Gregory Goldsmith, starszy autor i profesor nadzwyczajny nauk biologicznych na Uniwersytecie Chapman. „To wskazuje, że zmiana użytkowania gruntów może ujednolicać globalny obieg wody i przyczyniać się do jego intensyfikacji poprzez szybszy recykling wody z powrotem do atmosfery, gdzie może przekształcić się w ulewne deszcze”.
„Wyniki sugerują, że czas przejścia wody przez rośliny będzie prawdopodobnie bardzo zależny od takich zdarzeń, jak wylesianie, susza i pożary, które zasadniczo zmienią czas potrzebny wodzie na przepływ wody” – powiedział Felton.