Rappresentazione artistica dell'Osservatorio del carbonio in orbita della NASA (OCO)-2, una delle cinque nuove missioni di scienze della Terra della NASA previste per il lancio nel 2014, e uno dei tre gestiti da JPL. Con l'anidride carbonica atmosferica ora alla sua più alta concentrazione nella storia registrata, la necessità di precisare, globale, le misurazioni spaziali di questo gas serra chiave non sono mai state più urgenti. Poiché i livelli di anidride carbonica sono aumentati, così anche le incertezze su di loro - non abbiamo ancora un quadro chiaro di come queste emissioni sono ripartite tra gli oceani della Terra, terra e atmosfera, o come le foreste della Terra, le piante e l'oceano risponderanno a livelli crescenti di anidride carbonica in futuro. OCO-2 affronterà queste domande critiche per aiutarci a valutare meglio la salute del nostro pianeta in via di riscaldamento. Credito:NASA/JPL-Caltech
È un enigma scientifico con enormi implicazioni per il nostro futuro:come reagirà il nostro pianeta ai crescenti livelli di anidride carbonica nell'atmosfera?
Questa domanda apparentemente semplice è particolarmente complicata perché il carbonio, un elemento essenziale per la vita sulla Terra, non rimane in un posto o assume una sola forma. Il carbonio nelle sue molteplici forme, sia da fonti naturali che causate dall'uomo, si muove dentro e tra l'atmosfera, l'oceano e la terra mentre respira il nostro pianeta vivente. Tracciare e inventariare il carbonio e svelare i numerosi e intricati processi che lo portano a trasformarsi in tutto il pianeta è una sfida epica.
Ed è qui che entra in gioco la NASA.
L'agenzia è pioniera nell'uso di sensori spaziali e aerei per osservare e quantificare il carbonio nell'atmosfera e in tutta la terra e l'oceano, lavorando con molti partner statunitensi e internazionali.
Per più di due decenni, La NASA ha utilizzato il punto di osservazione dello spazio per affrontare il puzzle del carbonio un pezzo alla volta. L'agenzia ha investito centinaia di milioni di dollari negli strumenti necessari per portare a termine il lavoro, dalla costruzione e lancio di veicoli spaziali e dallo sviluppo di nuovi strumenti e set di dati integrati al finanziamento della ricerca di base, lavoro sul campo e modellazione al computer. E quell'investimento continua ancora oggi.
Diversi veicoli spaziali della NASA, compresi alcuni costruiti e gestiti dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, attualmente raccolgono osservazioni globali utilizzate per tracciare diverse forme di carbonio che gli scienziati utilizzano nel vasto campo chiamato scienza del ciclo del carbonio, che include i gas serra come l'anidride carbonica e il metano.
La visione globale della NASA della vita vegetale nell'oceano e sulla terra gioca un ruolo fondamentale nella comprensione del carbonio da fonti sia naturali che causate dall'uomo mentre si muove all'interno e all'interno dell'atmosfera, l'oceano e la terra mentre respira il nostro pianeta vivente. Credito:NASA
La più recente missione di osservazione del carbonio della NASA in orbita, lanciato nel 2014, è il JPL Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), che sta facendo senza precedenti, misurazioni globali accurate dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera e fornendo informazioni uniche sui processi naturali che controllano lo scambio di carbonio tra terra e aria e tra atmosfera e oceano. I dati di OCO-2 hanno permesso agli scienziati di studiare in dettaglio come i cambiamenti nelle precipitazioni alterano la quantità di carbonio immagazzinata o rilasciata dalla vegetazione e come i cambiamenti nella temperatura dell'oceano influenzino la capacità dell'acqua oceanica di assorbire l'anidride carbonica.
La NASA supporta una varietà di programmi di ricerca relativi al carbonio per un totale di circa $ 100 milioni all'anno che approfondiscono i processi fisici e biologici che controllano i modi in cui l'ambiente in evoluzione del nostro pianeta influenza ed è influenzato dalla vita sulla Terra.
Ricerca finanziata dalla NASA nell'ecologia terrestre, Per esempio, studia come i cambiamenti nella struttura e nella funzione dell'ecosistema influenzino i cicli regionali e globali del carbonio. La NASA sta finanziando una campagna pluriennale sul campo in Alaska e nel nord-ovest del Canada chiamata ABoVE (l'esperimento di vulnerabilità artico-boreale) che sta studiando come i cambiamenti nel permafrost artico e negli ecosistemi in un clima in via di riscaldamento determinano cambiamenti nell'equilibrio del carbonio che si sposta tra l'atmosfera e terra. Diversi scienziati del JPL fanno parte del team di ABoVE.
Gli sforzi di ricerca in corso in biologia oceanica e biogeochimica si concentrano sulla comprensione e la previsione del biologico, cambiamenti ecologici e biogeochimici nell'alto oceano. Poiché gli ecosistemi oceanici svolgono un ruolo importante nel ciclo del carbonio terrestre, è essenziale comprendere e quantificare meglio i meccanismi del flusso di carbonio e la loro interazione con gli ecosistemi locali.
Questo agosto, La NASA si imbarca in una spedizione oceanografica nel nord-est del Pacifico chiamata EXPORTS (lo studio sui processi di esportazione nell'oceano dal telerilevamento) che aiuterà gli scienziati a sviluppare la capacità di prevedere meglio come si muove il carbonio nell'oceano, che potrebbe cambiare al variare del clima della Terra. La National Science Foundation è co-sponsor della spedizione.
Proprio come la ricerca di base sul ciclo del carbonio terrestre continua a essere un'attività solida alla NASA, lo stesso vale per lo sviluppo di nuovi strumenti spaziali per il monitoraggio del carbonio. Molti sono ora in fase di lancio e in fase di sviluppo.
Una campagna pluriennale della NASA sul campo in Alaska e nel nord-ovest del Canada sta studiando come i cambiamenti negli ecosistemi artici come le foreste boreali in un clima di riscaldamento provochino cambiamenti nell'equilibrio del carbonio che si sposta tra l'atmosfera e la terra. Credito:NASA
L'ECOSTRESS (l'Ecosystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station), gestito dal JPL, previsto per il lancio questa estate sulla Stazione Spaziale Internazionale, effettuerà le prime misurazioni in assoluto dell'uso dell'acqua delle piante e dello stress della vegetazione sulla terra. Questi dati dovrebbero fornire informazioni chiave su come le piante collegano il ciclo globale del carbonio della Terra con il suo ciclo dell'acqua.
Entro la fine dell'anno ECOSTRESS sarà affiancato sulla stazione spaziale da GEDI, l'indagine sulla dinamica dell'ecosistema globale. GEDI utilizzerà un laser spaziale per misurare con precisione l'altezza della chioma della vegetazione nelle regioni boscose del mondo per aiutare a stimare quanto carbonio è rinchiuso nelle foreste e come tale quantità cambia nel tempo.
All'inizio del 2019, Lo strumento OCO-3 del JPL è programmato per essere lanciato sulla stazione spaziale per completare le osservazioni di OCO-2 e consentire agli scienziati di sondare il ciclo giornaliero dei processi di scambio di anidride carbonica su gran parte della Terra.
E ancora nelle prime fasi di sviluppo è la missione Geostationary Carbon Cycle Observatory (GeoCarb), previsto per il lancio nei primi anni del 2020. GeoCarb, che include la partecipazione del JPL, aprirà la strada alla quantificazione e al monitoraggio degli stock di carbonio del Nord, Centro e Sud America dall'orbita geostazionaria. Lo strumento della NASA, da lanciare su un satellite per comunicazioni commerciali, raccoglierà 10 milioni di osservazioni al giorno di anidride carbonica, metano e monossido di carbonio.
Si prevede che la stampa a tutto campo della NASA sulla scienza del ciclo del carbonio e lo sviluppo di nuovi strumenti di monitoraggio del carbonio rimarranno una priorità assoluta negli anni a venire.
