Ξηρά χωράφια: εκρήξεις σουπερνόβα για την στήριξη των αγροτών

Εάν θέλετε να ποτίστε αποτελεσματικά τη γεωργική γη σε περιόδους ξηρασίας, πρέπει να γνωρίζετε πόσο υγρή είναι. Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια τεχνική μέτρησης που χρησιμοποιεί ακτινοβολία από το διάστημα.

Την άνοιξη του 2022, σημειώθηκε μικρή βροχόπτωση σε αυτή τη χώρα και οι αγρότες ανησυχούν ήδη για την απειλή ενός καλοκαιριού ξηρασίας που θα μπορούσε να μειώσει τις αποδόσεις των καλλιεργειών. Εάν είναι απαραίτητο, η τεχνητή άρδευση των πεδίων είναι μια λύση. Ωστόσο, αυτό είναι χρονοβόρο και ακριβό - και δεν είναι τόσο εύκολο.

Η άρδευση απαιτεί βαθιά γνώση του τρέχοντος επιπέδου υγρασίας της γεωργικής γης. Σε τελική ανάλυση, σε περίπτωση ξηρασίας, θα πρέπει να προστεθεί επαρκές νερό στο χωράφι, αλλά όχι περισσότερο από απαραίτητο. Εν ολίγοις, απαιτούνται συστήματα μέτρησης που μπορούν να καθορίσουν το επίπεδο υγρασίας των πεδίων σε πραγματικό χρόνο.

Μια παραλλαγή: να θάψετε αισθητήρες πάνω από μια μεγάλη περιοχή στο πεδίο για να τους χρησιμοποιήσετε για να δημιουργήσετε τρέχουσες εικόνες κατάστασης της υγρασίας στο έδαφος. Αυτό δεν είναι επιστήμη πυραύλων, αλλά είναι περίπλοκο και ακριβό. Τα τελευταία χρόνια, επιστήμονες από διάφορα γερμανικά πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα έχουν αναπτύξει μια μέθοδο που μετρά την υγρασία του εδάφους σε μεγάλη κλίμακα και είναι εκπληκτικά εύκολο στη χρήση στην πράξη.

Μια κοσμική αίσθηση για τον αγρότη

Το έργο, το οποίο χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών, ονομάζεται "Κοσμική Αίσθηση". Στην πραγματικότητα, το σύμπαν διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στον προσδιορισμό της υγρασίας στον τομέα: η τεχνική χρησιμοποιεί τις κοσμικές ακτίνες που παράγονται από μια έκρηξη σουπερνόβα, οι οποίες αποτελούνται κυρίως από πρωτόνια υψηλής ενέργειας. Όταν αυτά τα θετικά φορτισμένα σωματίδια χτυπήσουν την ατμόσφαιρα της Γης, προκαλούν μια σειρά αντιδράσεων. Είναι σημαντικό για τη μέτρηση της υγρασίας του εδάφους ότι ο βομβαρδισμός πρωτονίων από το διάστημα παράγει επίσης ηλεκτρικά ουδέτερα νετρόνια. Ένα μεγάλο μέρος τους φτάνει στο έδαφος.

Τα νετρόνια συλλαμβάνονται πολύ εύκολα από τους ατομικούς πυρήνες υδρογόνου. Και δεδομένου ότι το υδρογόνο (H) είναι γνωστό ότι είναι συστατικό του νερού (H₂Ο), το νερό είναι ένας καλός απορροφητής νετρονίων. Λόγω αυτής της ιδιοκτησίας, το νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ρακοσυλλέκτης νετρονίων σε πυρηνικές εγκαταστάσεις.

Νετρόνια αναπηδούν σαν μπάλα του τένις

Στην περίπτωση του πεδίου, αυτό σημαίνει ότι ένα υγρό έδαφος απορροφά σημαντικά περισσότερα νετρόνια από ένα ξηρό. Εάν, από την άλλη πλευρά, τα νετρόνια που χτυπούν το έδαφος δεν καταπίνονται από ατομικούς πυρήνες υδρογόνου, αναπηδούν ξανά από το έδαφος, παρόμοια με μια μπάλα του τένις.

Εάν ένας ανιχνευτής τοποθετηθεί σε ιστό πάνω από μια γεωργική περιοχή που μετρά τα νετρόνια που αντανακλώνται από το έδαφος, η ένταση αυτής της ακτινοβολίας νετρονίων είναι ένα μέτρο της υγρασίας του εδάφους. Όσο πιο στεγνό είναι το έδαφος, τόσο περισσότερα νετρόνια καταγράφονται από τον ανιχνευτή. Όσο υγρότερο είναι, τόσο χαμηλότερη είναι η μετρούμενη ένταση νετρονίων.

Επειδή τα ανακλώμένα νετρόνια πετούν πίσω από το έδαφος σε πολύ διαφορετικές γωνίες, ένας μόνο ανιχνευτής έχει μεγαλύτερη περιοχή εδάφους "μπροστά". Οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι ένας ανιχνευτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση της υγρασίας σε κυκλική περιοχή με διάμετρο έως 400 μέτρα. Τα δεδομένα που λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας για τον βέλτιστο έλεγχο ενός αρδευτικό συστήματος.

Διάκριση του νερού στο έδαφος στα φυτά

Το έργο "Cosmic Sense" παρατάθηκε για άλλα τρία χρόνια τον Μάιο του 2022. Ο περιβαλλοντολόγος καθηγητής Sascha Oswald από το Πανεπιστήμιο του Πότσνταμ και εκπρόσωπος του έργου διατυπώνει έναν από τους στόχους ως εξής: «Θέλαμε να διακρίνουμε καλύτερα διαφορετικές δεξαμενές νερού στο έδαφος και στα φυτά μεταξύ τους και να αντλήσουμε μοτίβα από διάφορες επικαλυπτόμενες μετρήσεις».

Από τη μία πλευρά, αυτές μπορεί να είναι μετρήσεις νετρονίων από ένα αερόπλοιο που αιωρείται πάνω από τη γη ή από ιπτάμενα drones. Από την άλλη, η συστηματική σύγκριση με τα δεδομένα μέτρησης που λαμβάνονται από δορυφόρους θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες γνώσεις. Ίσως ακόμη και να είναι δυνατή η λήψη ακριβών πληροφοριών σχετικά με την ποσότητα του νερού σε ένα συγκεκριμένο πεδίο με μετρήσεις μόνο από την τροχιά της Γης.

Στις Άλπεις, οι ερευνητές έχουν εγκαταστήσει μια συσκευή μέτρησης νετρονίων. Προορίζεται για τη μέτρηση του πάχους του χιονιού

Ωστόσο, οι μετρήσεις νετρονίων θα μπορούσαν να παράσχουν σημαντικές πληροφορίες όχι μόνο για τη γεωργία, αλλά και για την προστασία από πλημμύρες. Μια αντίστοιχη παρακολούθηση υγρασίας θα μπορούσε να δείξει πριν από ένα αναμενόμενο έντονο βροχόπτωση, όπου τα εδάφη είναι ήδη τόσο εμποτισμένα που περαιτέρω βροχή δεν μπορεί πλέον να διαβρωθεί εκεί. Στη συνέχεια, πρόκειται για τομείς ειδικού κινδύνου.

Στο μέλλον, η μέθοδος μέτρησης θα δοκιμαστεί επίσης στις Άλπεις προκειμένου να μετρηθεί το πάχος των στρωμάτων χιονιού. Για το σκοπό αυτό, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ έχουν πλέον συμμετάσχει επίσης στο πρόγραμμα.

Πηγή:https://www.welt.de