I satelliti della NASA rivelano un mondo segnato dal fuoco:un mosaico globale di fiamme e fumo guidato dalle stagioni e dalle persone. Gli incendi estivi infuriano negli Stati Uniti occidentali e in Canada, Australia ed Europa. All'inizio della primavera, gli incendi agricoli ricoprono le regioni del granaio del sud-est asiatico come fanno durante la stagione secca nell'Africa centrale e meridionale e in Brasile.

Per anni, La NASA ha utilizzato il punto di osservazione dello spazio, combinato con campagne sul campo aeree e terrestri, per decifrare l'impatto degli incendi, dalla prima scintilla all'ultimo sbuffo di fumo fumante, e aiutare altre agenzie a proteggere la vita e la proprietà.

Ma gli effetti degli incendi persistono a lungo dopo la loro estinzione:possono sconvolgere gli ecosistemi, influenzare il clima e distruggere le comunità. Mentre la NASA tiene d'occhio gli incendi di oggi, affronta anche le domande generali che aiutano i vigili del fuoco a pianificare il futuro.

Quest'estate, La NASA sta intraprendendo diverse campagne sul campo in tutto il mondo per indagare su questioni di vecchia data che circondano il fuoco e il fumo. Gli aerei voleranno attraverso il fumo e le nuvole per migliorare la qualità dell'aria, previsioni del tempo e del clima, e indagare sulle foreste bruciate dal fuoco per catturare i cambiamenti dell'ecosistema che hanno un impatto globale.

"Le torri antincendio più alte"

La stagione degli incendi negli Stati Uniti dell'anno scorso è stata la più mortale e costosa nella storia della California. È diventata una tendenza:più lunga, stagioni più calde e secche causate dai cambiamenti climatici combinati con una vegetazione sovrabbondante dovuta alle pratiche aggressive di soppressione degli incendi nell'ultimo secolo hanno provocato 16 dei 20 incendi più grandi nella storia dello stato che si sono verificati negli ultimi 20 anni. In queste condizioni, la diagnosi precoce è la chiave per i soccorritori per formulare strategie per la gestione di incendi boschivi di dimensioni e gravità crescenti e per effettuare evacuazioni. Gli strumenti sui satelliti della NASA in orbita attorno alla Terra spesso forniscono l'istantanea iniziale della posizione e della progressione di un incendio.

"Noi siamo, in sostanza, le torri antincendio più alte, "ha detto Doug Morton, capo del laboratorio di scienze della biosfera presso il Goddard Spaceflight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Trasferimento in tempo reale di quei dati satellitari nelle mani dei gestori forestali, gestori di aree protette e vigili del fuoco sulle posizioni dei nuovi incendi:è qui che il ruolo iniziale della NASA è di fondamentale importanza".

Le osservazioni a terra e in volo tracciano l'attività diurna del fuoco. Per seguire gli incendi di notte, il servizio forestale degli Stati Uniti utilizza due velivoli dotati di sensori termici sviluppati dalla NASA e sistemi di elaborazione dati automatizzati a bordo che forniscono mappe di rilevamento degli incendi tramite segnale cellulare al centro di comando degli incidenti (il centro nevralgico per le operazioni antincendio tra le agenzie governative che rispondono) in una questione di pochi minuti.

"Stiamo parlando del comando degli incidenti che ottiene informazioni cruciali in 5-20 minuti rispetto a diverse ore con la tecnologia precedente, " disse Vince Ambrosia, uno scienziato di telerilevamento di incendi boschivi presso il Centro di ricerca Ames della NASA a Moffett Field, California. "Quei numeri parlano da soli sul valore della critica, informazioni tempestive».

Oltre al monitoraggio degli incendi attivi, La NASA sta anche lavorando per migliorare la previsione degli incendi. Anticipare la prossima mossa di un incendio si basa sulla conciliazione del complesso scambio tra topografia, vegetazione e clima. Un'area di interesse è lo sviluppo di modelli che tengono conto del contenuto di umidità nelle fonti di combustibile come essiccato, alberi caduti che sono più inclini a prendere fuoco e diffonderlo. Un altro è il rilevamento a distanza di combustibili per scale:erbe alte, cespugli e rami di alberi che possono portare le fiamme dal terreno ai rami degli alberi più alti per creare fuochi di corona a rapida diffusione. Gli scienziati della NASA stanno lavorando per sviluppare mappe del carburante per scale sia per la previsione attiva degli incendi che per la mitigazione degli incendi utilizzando i dati dallo spazio.

Rischio di incendio di seconda mano:fumo

Chiunque viva sottovento a causa di un incendio sa che le comunità non devono trovarsi sul percorso diretto di un incendio per sentirne gli effetti. Il fumo può viaggiare per migliaia di miglia, ricoprendo paesi e città con sostanze chimiche nocive e particelle fini che causano difficoltà respiratorie e altri problemi di salute.

Le previsioni regolari sul fumo per gli Stati Uniti che utilizzano i dati satellitari sono prodotte dal National Weather Service della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Le previsioni sul fumo sono fondamentali per i responsabili sanitari locali per la pianificazione della chiusura delle scuole e di altre chiusure, e per dare alle comunità il tempo di acquistare maschere per il viso e trovare un riparo adeguato.

Questo mese, NOAA e NASA iniziano un'importante campagna sul campo per migliorare i suoi modelli di previsione terrestri e satellitari, osservando più da vicino il fumo. La campagna congiunta Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality (FIREX-AQ) impiegherà una flotta di velivoli scientifici dotati di strumentazione per analizzare la chimica del fumo a varie altitudini dal punto di combustione a centinaia e forse migliaia di miglia sottovento. La prima tappa della missione, che inizia a fine luglio, si concentrerà sugli incendi negli Stati Uniti occidentali; il secondo, in agosto, soddisferà gli incendi agricoli nel sud-est degli Stati Uniti.

"Non tutto il fumo è uguale, "ha detto Barry Lefer, responsabile del programma di composizione troposferica presso la sede della NASA a Washington. "Pino, erbe, alberi decidui, arbusti:la loro chimica è diversa, quindi, quando bruciano, ciascuna di quelle specie di fumo reagisce in modo diverso con il tempo e l'atmosfera. Vogliamo osservare queste interazioni e come cambiano mentre viaggiano sottovento. Questo darà più sfumature ai nostri modelli e migliorerà le previsioni".

alterando le nuvole, Clima, e meteo

Le interazioni di fumo e nuvole hanno un profondo impatto sul tempo e sul clima. Come altri aerosol, le particelle di fumo possono agire come semi di nuvole; il vapore acqueo può fondersi intorno a loro per formare goccioline d'acqua delle nuvole. Il fumo influenza anche la quantità di luce solare che le nuvole riflettono nell'atmosfera. La quantificazione di questi meccanismi è fondamentale per migliorare i modelli di previsione del clima globale.

Eppure le interazioni aerosol-nube sono notoriamente difficili da osservare sul campo, disse Hal Maring, responsabile del programma di scienze delle radiazioni presso la sede della NASA. "Alcune nuvole hanno una vita molto breve mentre altre ne hanno di molto lunghe, e sono tutti situati in parti radicalmente diverse dei cieli. Dare uno sguardo quantitativo a questi processi è un compito arduo".

Un'altra importante campagna sponsorizzata dalla NASA quest'estate e l'autunno, questa volta nelle Filippine, affronterà questa sfida scientifica. Ad agosto la NASA, l'Osservatorio di Manila e il Laboratorio di ricerca navale (NRL), in collaborazione con il governo filippino, convergeranno sui cieli che circondano il Paese con numerosi velivoli strumentati, insieme alla nave da ricerca oceanica Sally Ride, per prendere un resoconto dettagliato di più di un mese delle interazioni aerosol-nube. Un decennio in preparazione, la nuvola, Aerosol, e la missione Monsoon Processes Philippines Experiment (CAMP2Ex) effettuerà misurazioni per aiutare a migliorare il monitoraggio e le previsioni meteorologiche e climatiche a lungo termine.

Il continente marittimo:Indonesia, Borneo, Nuova Guinea, le Isole Filippine, la penisola malese e i mari circostanti sono stati a lungo un'area di indagine scientifica. Incendi agricoli e altri incendi della regione, insieme all'inquinamento atmosferico delle città, fornire una pronta fornitura di aerosol che influenzano i principali processi meteorologici; oltre ai monsoni torrenziali sull'arcipelago asiatico, la regione produce anche umidità che fornisce precipitazioni sull'Oceano Pacifico e può persino influenzare il clima negli Stati Uniti continentali.

"La regione è il laboratorio naturale perfetto, " ha affermato il meteorologo di ricerca NRL Jeff Reid, chi, insieme a Maring, è co-leader di CAMP2Ex. "La regione ha la giusta miscela di variabilità meteorologica e di aerosol. Numerosi studi di modellizzazione e telerilevamento satellitare hanno collegato la presenza di inquinamento e fumo che brucia biomassa ai cambiamenti nelle proprietà delle nuvole e delle tempeste, ma ci mancano le osservazioni dei meccanismi reali in atto. CAMP2Ex fornisce un crogiolo tanto necessario per i sistemi di osservazione satellitare e le previsioni dei modelli per monitorare e capire come interagiscono la composizione atmosferica e il tempo."

Alimentare uno squilibrio di carbonio

Il carbonio è un elemento costitutivo di tutta la vita sulla Terra; è anche un fattore chiave nel cambiamento climatico. A partire dall'età industriale, la combustione di combustibili fossili contenenti carbonio per il fabbisogno energetico ha rilasciato nell'atmosfera un eccesso di anidride carbonica e altri gas che intrappolano il calore. Anche gli incendi boschivi contribuiscono in quanto rilasciano anidride carbonica. Alle latitudini settentrionali c'è un'altra fonte di emissioni di carbonio che gli scienziati stanno studiando, sotto forma di terreno scongelante.

Nel 2014 gli incendi estivi nei Territori del Nordovest, Canada, ha rivendicato 7 milioni di acri di foresta boreale, un'area più grande del Massachusetts, rendendola una delle stagioni degli incendi più gravi nella storia del paese. Those fires emitted approximately 94 tera-grams of carbon, offsetting half of all the carbon removed from the atmosphere through annual tree growth across all of Canada's vast forests.

"We expect that carbon stocks will start to recover after this loss because vegetation will regrow and take carbon out of the atmosphere, which is a good thing, " said NASA Goddard Earth scientist Peter Griffith. "But it will take 75 to 100 years to make up for that carbon loss."

Fires are essential for many forests, as they return nutrients to the soil and encourage the growth of essential tree species, such as Black Spruce in Canada's boreal forests. But because the Arctic is warming twice as fast as the rest of the planet, resulting in longer, più caldo, drier summers, evidence suggests that more frequent, more intense fires—and the substantial carbon loss and ecosystem consequences that come with fire—are there for the long haul.

NASA's Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) is in the middle of a 10-year airborne field campaign to investigate the social and ecological impacts of the rapidly changing climate in Alaska and northwestern Canada. These include impacts to and from wildfires, changes to wildlife habitats and the thawing of permafrost:perennially frozen ground that contains ice, rocks and sand along with organic material. A warming Arctic is thawing permafrost, which allows decomposition to set it in, releasing more carbon dioxide and methane into the atmosphere. Fires speed up that process by burning away many inches of the insulating layer of unfrozen organic soil, exposing frozen soil to the warmer air.

For the last few years, ABoVE has been flying aircraft equipped with radar and lidar instrumentation to the Northwest Territories to monitor permafrost loss in burned areas. The data reveal that the ground in burned areas is sinking faster year by year as the ground thaws, Griffith said. The airborne data taken over carefully measured ground locations will help to connect those changes at sites to what NASA researchers observe across North America from landcover and ice-measuring satellites.

As the scorched boreal forests recover, the once dominating conifers—tree species that retain their leaves year-round—are being replaced by deciduous trees, which can have follow-on ecosystem effects that scientists are still trying to understand. "It's clear that birds and animals, as well as people who live in or around these forests and who depend on wildlife for food, will have to adapt, " Griffith said. "The climate changes and other environmental changes that are impacting northern ecosystems and the people who live there are happening because of decisions that are being made far, far away. We are all truly connected."