I dati satellitari ad alta risoluzione dell'Orbiting Carbon Observatory-2 della NASA stanno rivelando i modi sottili in cui il carbonio collega tutto sulla Terra:l'oceano, terra, atmosfera, ecosistemi terrestri e attività umane. Gli scienziati che utilizzano i primi 2 anni e mezzo di dati OCO-2 hanno pubblicato oggi sulla rivista una raccolta speciale di cinque articoli Scienza che dimostra l'ampiezza di questa ricerca.

Oltre a mostrare come la siccità e il caldo nelle foreste tropicali abbiano influito sui livelli globali di anidride carbonica durante El Niño 2015-16, altri risultati di questi documenti si concentrano sul rilascio e assorbimento del carbonio oceanico, emissioni urbane e un nuovo modo di studiare la fotosintesi. Un documento finale del vice scienziata del progetto OCO-2 Annmarie Eldering del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, e colleghi offre una panoramica dello stato della scienza OCO-2.

Emissioni da singole città e vulcani visibili dallo spazio

Oltre il 70% delle emissioni di anidride carbonica delle attività umane proviene dalle città, ma poiché il gas si mescola rapidamente nell'atmosfera, le emissioni urbane sono difficili da isolare e analizzare. Florian Schwandner di JPL e colleghi hanno utilizzato le osservazioni di OCO-2 per rilevare come variano le emissioni di anidride carbonica intorno alle singole città, la prima volta che ciò è stato fatto con dati raccolti in pochi minuti dallo spazio. Sopra Los Angeles e l'area circostante, sono stati in grado di rilevare differenze fino all'1 percento delle concentrazioni atmosferiche totali di anidride carbonica all'interno della colonna d'aria sotto il satellite.

Le misurazioni dell'OCO-2 in tutta Los Angeles sono state sufficientemente dettagliate da catturare le differenze nelle concentrazioni all'interno della città risultanti da fonti localizzate. Hanno anche monitorato la diminuzione delle concentrazioni di anidride carbonica mentre la navicella spaziale passava dalla città affollata verso i sobborghi e verso il deserto scarsamente popolato a nord.

L'orbita di OCO-2 gli ha anche permesso di osservare segnali significativi di anidride carbonica da pennacchi isolati di tre vulcani sulla nazione insulare del Pacifico di Vanuatu. Un'orbita direttamente sottovento del monte Yasur, che erutta con insistenza almeno dal 1700, ha prodotto una stretta stringa di anidride carbonica che era di circa 3,4 parti per milione superiore ai livelli di fondo, coerente con le emissioni di 41,6 chilotoni di anidride carbonica al giorno. Questa è una preziosa quantificazione delle emissioni vulcaniche, che sono piccole rispetto alle emissioni umane medie di circa 100, 000 kilotoni al giorno.

El Niño ha soppresso il rilascio di carbonio dell'oceano tropicale

Abhishek Chatterjee del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e colleghi hanno studiato come il grande El Niño del 2015-16 ha influenzato l'anidride carbonica nell'Oceano Pacifico tropicale.

Questa regione oceanica è solitamente una fonte di anidride carbonica nell'atmosfera. Come parte della circolazione oceanica globale, freddo, l'acqua ricca di anidride carbonica sgorga in superficie in questa regione, e l'anidride carbonica in più viene rilasciata nell'atmosfera. Poiché gli eventi di El Niño sopprimono questa risalita, gli scienziati hanno ipotizzato che riduca le emissioni di anidride carbonica dell'oceano e quindi provochi un rallentamento del tasso di crescita delle concentrazioni di anidride carbonica atmosferica. Però, fino a OCO-2, non ci sono state osservazioni atmosferiche adeguate sul remoto Pacifico tropicale per confermare questa teoria.

I dati di OCO-2 mostrano che nei primi mesi di El Niño 2015-16, il tasso di anidride carbonica rilasciato dal Pacifico tropicale nell'atmosfera è diminuito dal 26 al 54%. Ciò si traduce in una riduzione a breve termine da 0,4 a 0,5 parti per milione della concentrazione atmosferica, o vicino allo 0,1 percento dell'anidride carbonica atmosferica totale.

Un cambiamento di un decimo dell'uno percento nell'anidride carbonica può sembrare trascurabile, ma avvenne in una regione dell'Oceano Pacifico grande circa quanto l'intero continente australiano. Questa riduzione delle emissioni di anidride carbonica per alcuni mesi è stata abbastanza forte da poter essere osservata da OCO-2 e dal sistema di boe di osservazione del Pacifico tropicale della National Oceanic and Atmospheric Administration, che misurano direttamente le concentrazioni di anidride carbonica sulla superficie dell'oceano. L'aumento record dell'anidride carbonica atmosferica che si è verificato nel 2015 e nel 2016 sarebbe stato ancora maggiore senza questa diminuzione delle emissioni dell'Oceano Pacifico tropicale.

Con OCO-2, gli scienziati possono osservare per la prima volta questi piccoli cambiamenti, un primo passo verso la comprensione della sensibilità del ciclo del carbonio alle variazioni climatiche su una scala che va da anni a decenni.

Un nuovo modo per misurare la fotosintesi

Oltre all'anidride carbonica, Gli spettrometri ad alta risoluzione di OCO-2 possono osservare la fluorescenza indotta dal sole, o SIF. Questa radiazione, emessa dalle molecole di clorofilla nelle piante, indica che la fotosintesi è in corso. SIF fornisce preziose informazioni sulla fotosintesi globale perché cattura la fotosintesi durante la stagione di crescita e anche il suo rallentamento, Per esempio, su foreste sempreverdi in inverno, quando gli alberi mantengono la clorofilla ma smettono di assorbire l'anidride carbonica dall'atmosfera.

Ying Sun della Cornell University di Ithaca, New York, e colleghi riferiscono sulle misurazioni SIF uniche di OCO-2, che forniscono una risoluzione spaziale molto più elevata rispetto a qualsiasi sistema precedente. La risoluzione migliorata ha consentito agli scienziati di eseguire la prima convalida in assoluto di SIF da osservazioni aeree simultanee.

L'"impronta" dell'immagine più piccola di OCO-2 sulla Terra ha permesso ai ricercatori di fare un confronto più diretto delle misurazioni satellitari con misurazioni a terra dei flussi di anidride carbonica tra le piante e l'aria. Hanno trovato una relazione coerente tra SIF e assorbimento di anidride carbonica nelle piante in diversi tipi di ecosistemi. Questa scoperta stabilisce la direzione per studi approfonditi che potrebbero ulteriormente illuminare la relazione tra SIF e fotosintesi globale.