L'ultimo articolo scientifico di uno scienziato della NASA, pubblicato postumo questo mese, rivela nuove intuizioni su una delle sfide più complesse del clima terrestre:comprendere e prevedere i futuri livelli atmosferici di gas serra e il ruolo dell'oceano e della terra nel determinare tali livelli.

Un articolo pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze era guidata da Piers J. Sellers, ex direttore della Divisione di Scienze della Terra presso il Goddard Space Flight Center della NASA, morto nel dicembre 2016. Sellers era uno scienziato terrestre presso la NASA Goddard e in seguito un astronauta che ha volato in tre missioni dello space shuttle.

Il documento include un messaggio globale significativo:l'attuale flotta internazionale di satelliti sta apportando miglioramenti reali nella misurazione accurata dei gas serra dallo spazio, ma in futuro sarà necessario un sistema di osservazione più sofisticato per comprendere e prevedere i cambiamenti climatici della Terra al livello di accuratezza richiesto dalla società.

Sellers ha scritto il documento insieme ai colleghi del Jet Propulsion Laboratory della NASA e dell'Università dell'Oklahoma. I lavori sulla carta sono iniziati nel 2015, e Sellers ha continuato a lavorare con i suoi collaboratori fino a circa sei settimane prima di morire. Hanno continuato la ricerca e la scrittura del documento fino alla sua pubblicazione questa settimana.

L'articolo si concentra sull'argomento che è stato al centro della carriera di ricerca di Sellers:la biosfera terrestre e le sue interazioni con il clima del pianeta. Negli anni '80 ha contribuito alla modellazione computerizzata della vegetazione terrestre. Nel nuovo giornale, Venditori e coautori hanno studiato "i feedback sul ciclo del carbonio-clima - la potenziale risposta dei sistemi naturali ai cambiamenti climatici causati dalle emissioni umane - e hanno delineato una visione su come misurare al meglio questa risposta su scala globale dallo spazio.

Lo scambio di carbonio tra il suolo, l'oceano e l'aria svolgono un ruolo enorme nel determinare la quantità di gas serra nell'atmosfera, che determinerà in gran parte il clima futuro della Terra. Ma, ci sono interazioni complesse in gioco. Mentre le emissioni di gas serra causate dall'uomo si accumulano nell'atmosfera, gli ecosistemi terrestri e gli oceani compensano ancora circa il 50 percento di tutte quelle emissioni. Mentre il clima si riscalda, gli scienziati non sono sicuri se le foreste e l'oceano continueranno ad assorbire circa la metà delle emissioni, agendo come un pozzo di carbonio, o se questa compensazione diminuirà, o se i pozzi diventano fonti di carbonio.

Il coautore della carta David Schimel, uno scienziato al JPL e collaboratore scientifico di lunga data di Sellers', ha detto che il giornale ha catturato come lui, Sellers e gli altri coautori hanno visto questo problema scientifico come uno degli obiettivi di ricerca critici per la scienza della Terra della NASA.

"Abbiamo visto tutti la comprensione del futuro dei feedback del ciclo del carbonio come una delle grandi sfide della scienza del cambiamento climatico, " ha detto Schimel.

La comprensione da parte degli scienziati di come i sistemi viventi della Terra interagiscono con l'aumento dei livelli atmosferici di gas serra è cambiata enormemente negli ultimi decenni, ha detto il co-autore Berrien Moore III, dell'Università dell'Oklahoma. Moore è collaboratore scientifico di Sellers e Schimel dagli anni '80. Lo disse allora, gli scienziati pensavano che l'oceano assorbisse circa la metà delle emissioni annuali di carbonio, mentre le piante a terra hanno svolto un ruolo minimo. Gli scienziati ora capiscono che l'oceano e la terra insieme assorbono circa la metà di tutte le emissioni, con il ruolo del sistema terrestre fortemente influenzato da modelli meteorologici su larga scala come El Niño e La Niña. Moore è anche il principale investigatore di una missione della NASA chiamata GeoCarb, previsto per il lancio nel 2022, che monitorerà i gas serra su gran parte dell'emisfero occidentale da un'orbita geostazionaria.

La NASA ha lanciato l'Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) nel 2014, e con il progresso delle tecniche di misurazione e modellazione al computer, gli scienziati stanno acquisendo una migliore comprensione di come il carbonio si muove attraverso la terra, oceano e atmosfera. Questo nuovo documento si basa su ricerche precedenti e si concentra su una curiosa catena di eventi nel 2015. Mentre le emissioni umane di anidride carbonica si sono stabilizzate per la prima volta da decenni durante quell'anno, il tasso di crescita delle concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica in realtà è aumentato allo stesso tempo.

Questa era un'ulteriore prova di ciò che gli scienziati stavano mettendo insieme da anni:che una complessa combinazione di fattori, compreso il tempo, siccità, fuochi e altro, contribuisce ai livelli di gas serra nell'atmosfera.

Però, con la nuova combinazione di osservazioni OCO-2 e misurazioni spaziali della fluorescenza delle piante (essenzialmente una misura della fotosintesi), i ricercatori hanno iniziato a produrre stime più accurate di dove il carbonio è stato assorbito e rilasciato in tutto il pianeta durante il 2015, quando era in atto un intenso El Niño, rispetto ad altri anni.

Il documento segue un rapporto di un seminario del 2015 sul ciclo del carbonio condotto da Sellers, Schimel, e Moore. Schimel e Moore hanno entrambi sottolineato che ognuno degli oltre 40 partecipanti al workshop ha contribuito a un rapporto scientifico finale dell'incontro, un evento raro. Hanno attribuito questo, in parte, al ruolo ispiratore svolto dai venditori nello stimolare il pensiero e l'azione.

"Quando hai qualcuno come Piers nella stanza, c'è un effetto magnetico, " disse Moore. "Piers aveva la spalla al volante, quindi tutti dovevano avere le spalle al volante".

Schimel e Moore hanno affermato che il documento del seminario delinea una visione di ciò che è necessario in un futuro sistema di osservazione spaziale per misurare, comprendere, e prevedere i feedback del ciclo del carbonio:strumenti attivi e passivi, e satelliti sia in orbita terrestre bassa che geostazionaria in tutto il mondo. Negli anni a venire, NASA e agenzie spaziali in Europa, Giappone, e Cina, lanceranno tutte nuove missioni di monitoraggio dei gas serra.

"Piers ha pensato che fosse assolutamente essenziale farlo bene, "disse Schimel, "ed è essenziale per più o meno farlo bene la prima volta."

Gli autori hanno dedicato la pubblicazione del paper a Sellers, e nella loro dedica facevano riferimento a una citazione di Winston Churchill spesso citata dallo scienziato di origine britannica. Hanno scritto:"PJS ha affrontato la sfida della scienza del carbonio nello spirito di una citazione preferita di Churchill, "Le difficoltà superate sono opportunità vinte, ' e mirava a risolvere il problema del clima del carbonio affrontando le difficoltà e cogliendo le opportunità".