I satelliti OCO-2, OCO-3 e altri nuovi satelliti ci stanno offrendo nuovi strumenti per capire come, dove e quanta anidride carbonica le attività umane emettono nell’atmosfera e come tali emissioni interagiscono con i cicli naturali della Terra.

Tramonto sull’Oceano Indiano visto dagli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). L’immagine presenta una vista frontale o degli arti dell’atmosfera terrestre vista dall’orbita. La curvatura della Terra è visibile lungo la linea dell’orizzonte, o arto, che si estende attraverso l’immagine dal centro a sinistra in basso a destra. Sopra la superficie oscura della Terra, una brillante sequenza di colori indica approssimativamente diversi strati dell’atmosfera. Credito: NASA

Vi abbiamo già parlato del perché anche costituendo solo lo 0,04 % dell’atmosfera, l’anidride carbonica ha una grande influenza sul clima terrestre (Leggi qui L’influenza della CO2 sul clima terrestre) in questo articolo, che può essere considerato come la seconda parte di quello, vi parleremo di come attraverso vari satelliti come OCO-2 e OCO-3 della Nasa, riusciamo ad avere informazioni accurate sulla quantità di anidride carbonica che viene emessa dall’attività umana.

Le società più avanzate possono essere più fragili di quanto lo sia l’atmosfera

L’atmosfera terrestre è resistente a molti dei cambiamenti che l’uomo ha imposto. Ma, afferma lo scienziato atmosferico David Crisp del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, ciò non significa necessariamente che lo sia la nostra società.

Ha dichiarato Crisp, leader del team scientifico per il satellite Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) della NASA e il suo strumento successore, OCO-3, che è stato lanciato il 4 maggio 2019: “La resilienza dell’atmosfera terrestre è stata dimostrata nella storia del clima del nostro pianeta. Gli esseri umani hanno aumentato l’abbondanza di anidride carbonica del 45 percento dall’inizio dell’era industriale. Ciò sta apportando grandi cambiamenti nel nostro ambiente, ma allo stesso tempo, non porterà a un effetto serra in fuga o qualcosa del genere. Quindi, la nostra atmosfera sopravviverà, ma, come suggerito dal professore dell’UCLA e dall’autore vincitore del premio Pulitzer, Jared Diamond, anche le società più avanzate possono essere più fragili di quanto lo sia l’atmosfera.”

Lo strumento OCO-3 della NASA si trova sul grande tavolo di vibrazione (noto come “shaker”) nel Environmental Test Lab del Jet Propulsion Laboratory della NASA. Le coperte termiche sono state successivamente aggiunte allo strumento presso il Kennedy Space Center della NASA, dove una capsula Space-X Dragon che trasportava OCO-3 lanciata su un razzo Falcon 9 alla stazione spaziale il 4 maggio 2019. Credit: NASA / JPL-Caltech

I cambiamenti nella nostra atmosfera associati ai gas reattivi (gas che subiscono reazioni chimiche) come l’ozono e le sostanze chimiche che formano l’ozono come gli ossidi di azoto, hanno una durata relativamente breve. Tuttavia l’anidride carbonica è una “specie” diversa. Una volta aggiunta nell’atmosfera, rimane in sospeso, per molto tempo: tra 300 e 1.000 anni. Pertanto, quando gli umani “cambiano” l’atmosfera emettendo anidride carbonica, questi cambiamenti dureranno nel tempo di molte vite umane.

Ciclo biogeochimico

L’atmosfera terrestre è associata a molti tipi di cicli, come il ciclo del carbonio e il ciclo dell’acqua. Crisp afferma che mentre la nostra atmosfera è molto stabile, quei cicli non lo sono.

Ha affermato Crisp: “La capacità dell’umanità di prosperare dipende da questi cicli e processi. Grazie alle osservazioni dettagliate del nostro pianeta dallo spazio, negli ultimi 30 anni abbiamo visto alcuni cambiamenti che sono abbastanza allarmanti: cambiamenti nei modelli di precipitazione, dove e come crescono le piante, nel ghiaccio marino e terrestre, in interi ecosistemi come foreste tropicali pluviali. Questi cambiamenti dovrebbero attirare la nostra attenzione.”

Ha aggiunto: “Si potrebbe dire che, poiché l’atmosfera è così sottile, l’attività di 7,7 miliardi di esseri umani può effettivamente apportare cambiamenti significativi all’intero sistema. La composizione dell’atmosfera terrestre è stata certamente modificata. La metà dell’aumento delle concentrazioni atmosferiche di biossido di carbonio negli ultimi 300 anni si è verificata dal 1980, e un quarto di essa dal 2000. Le concentrazioni di metano sono aumentate di 2,5 volte dall’inizio dell’era industriale. Quindi i cambiamenti stanno arrivando più velocemente e stanno diventando più significativi. ”

Concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera

La concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera terrestre è attualmente a quasi 412 parti per milione (ppm) e in aumento. Ciò rappresenta un aumento del 48 percento dall’inizio dell’era industriale, quando la concentrazione era vicino a 280 ppm, e un aumento dell’11 percento dal 2000, quando era vicino a 370 ppm. Crisp sottolinea che gli scienziati sanno che gli aumenti dell’anidride carbonica sono causati principalmente dalle attività umane perché il carbonio prodotto dalla combustione di combustibili fossili ha un diverso rapporto di atomi di carbonio da pesante a leggero, quindi lascia una distinta “impronta digitale” che gli strumenti possono misurare. Un relativo declino della quantità di isotopi pesanti di carbonio-13 nell’atmosfera indica fonti di combustibili fossili. La combustione di combustibili fossili riduce anche l’ossigeno e riduce il rapporto tra ossigeno e azoto nell’atmosfera.

Un grafico che mostra le concentrazioni in costante aumento di anidride carbonica nell’atmosfera (in parti per milione) osservate all’Osservatorio Mauna Loa del NOAA alle Hawaii nel corso di 60 anni. Le misure del gas serra sono iniziate nel 1959. Credito: NOAA

OCO-2

OCO-2, lanciato a luglio 2014, raccoglie le misurazioni globali del biossido di carbonio atmosferico con la risoluzione, la precisione e la copertura necessarie per capire come questo importante gas serra (il principale motore del cambiamento climatico prodotto dall’uomo) si muove attraverso il sistema terrestre su scala regionale e come cambia nel tempo. Dal suo punto di vista nello spazio, OCO-2 effettua circa 100.000 misurazioni di biossido di carbonio atmosferico ogni giorno.

Rappresentazione dell’artista dell’Orbiting Carbon Observatory (OCO) della NASA -2 in orbita sopra la Great Plains superiore degli Stati Uniti. Credito: NASA-JPL / Caltech

Crisp afferma che OCO-2 ha già fornito nuove informazioni sui processi che emettono anidride carbonica nell’atmosfera e quelli che l’assorbono.

Mappa delle “anomalie” dell’anidride carbonica più persistenti osservate da OCO-2 (ovvero dove l’anidride carbonica è sempre sistematicamente superiore o inferiore rispetto alle aree circostanti). Le anomalie positive sono molto probabilmente fonti di anidride carbonica, mentre le anomalie negative hanno più probabilità di essere pozzi o riserve di anidride carbonica. Credito: NASA / JPL-Caltech

Le regioni tropicali della Terra sono una fonte netta di anidride carbonica

Ha affermato: “Per quanto possiamo ricordare, abbiamo parlato delle foreste pluviali tropicali della Terra come dei “polmoni” del nostro pianeta. La maggior parte degli scienziati li ha considerati il ​​principale assorbitore e luogo di stoccaggio dell’anidride carbonica nel sistema terrestre, con le foreste boreali settentrionali della Terra che svolgono un ruolo secondario. Ma questo non è ciò che viene confermato dai nostri dati. Stiamo vedendo che le regioni tropicali della Terra sono una fonte netta di anidride carbonica nell’atmosfera, almeno dal 2009. Questo cambia la nostra comprensione delle cose. ”

Le misurazioni del biossido di carbonio atmosferico nei tropici sono costantemente più alte di qualsiasi cosa intorno a loro, e gli scienziati non sanno perché, ha detto Crisp. OCO-2 e il satellite della Japan Aerospace Exploration Agency Observing SATellite (GOSAT) stanno monitorando la crescita delle piante nei tropici osservando la fluorescenza indotta dal sole (SIF) dalla clorofilla nelle piante. SIF è un indicatore della velocità con cui le piante convertono la luce del sole e l’anidride carbonica dell’atmosfera in energia chimica.

La respirazione delle piante sta superando la loro capacità di assorbire l’anidride carbonica

Ha dichiarato Crisp: “Stiamo scoprendo che la respirazione delle piante sta superando la loro capacità di assorbire l’anidride carbonica. Questo sta accadendo in tutti i tropici. Quando abbiamo lanciato OCO-2 per la prima volta, i nostri primi due anni di operazioni in orbita si sono verificati durante un forte evento di El Niño, che ha avuto un forte impatto sulle emissioni globali di biossido di carbonio. Ora abbiamo più di cinque anni di dati e vediamo che i tropici sono sempre una fonte (di anidride carbonica), in ogni stagione. In effetti, l’unica volta che vediamo un assorbimento significativo di anidride carbonica nei tropici è in Africa nei mesi di giugno, luglio e agosto. Quindi questa è metà della storia.”

L’ultimo El Niño nel 2015-16 ha avuto un impatto sulla quantità di anidride carbonica che le regioni tropicali della Terra hanno rilasciato nell’atmosfera, portando al recente picco record della Terra nell’anidride carbonica atmosferica. Gli effetti di El Nino erano diversi in ciascuna regione. Credito: NASA-JPL / Caltech

Ha aggiunto: “Anche l’altra metà è piuttosto interessante. Stiamo vedendo le foreste pluviali settentrionali a media e alta latitudine diventare nel tempo assorbitori sempre migliori per l’anidride carbonica. Una possibile spiegazione di ciò è che la stagione di crescita si sta allungando. Le piante che non erano abituate a crescere bene alle alte latitudini stanno migliorando. Lo stiamo vedendo nel nostro set di dati. Vediamo che le alte latitudini meridionali del Sud America – il cosiddetto cono del Sud America – sono anche forti assorbitori di carbonio. Non sappiamo se sia sempre stato così e le nostre precedenti conoscenze fossero incomplete o sbagliate, o se i cambiamenti climatici abbiano aumentato l’intensità della stagione di crescita. Quindi abbiamo stabilito una nuova linea di base e sembra essere un po’ un cambio di paradigma.”

OCO-2, OCO-3 e altri nuovi satelliti

Crisp afferma che OCO-2, OCO-3 e altri nuovi satelliti ci stanno offrendo nuovi strumenti per capire come, dove e quanta anidride carbonica le attività umane emettono nell’atmosfera e come tali emissioni interagiscono con i cicli naturali della Terra. “Stiamo ottenendo un quadro più nitido di tali processi”, ha detto.

Anche gli impatti delle attività agricole sembrano cambiare, dice. Durante l’estate nell’alto Midwest degli Stati Uniti, gli scienziati stanno assistendo a un intenso assorbimento di anidride carbonica associato alle attività agricole. La stessa cosa viene osservata nell’Asia orientale e meridionale. Il forte assorbimento di anidride carbonica in tutta la Cina sta cancellando quasi una sottile striscia di emissioni di combustibili fossili lungo la costa, con la Cina centrale che ora funziona come assorbitore netto di anidride carbonica durante la stagione di crescita. Grazie allo sviluppo di modelli al computer grandi e sofisticati combinati con il vento e altre misurazioni, siamo in grado di quantificare per la prima volta queste modifiche.

Una serie di veicoli spaziali che effettueranno misurazioni coordinate

In risposta ai rapidi cambiamenti osservati nelle concentrazioni di anidride carbonica e al loro potenziale impatto sul nostro clima, 33 agenzie spaziali del mondo, tra cui partecipanti provenienti da Stati Uniti, Europa, Giappone e Cina, stanno ora lavorando insieme per sviluppare un monitoraggio globale dei gas serra sistema che potrebbe essere implementato già alla fine del 2020, ha aggiunto Crisp. Il sistema includerebbe una serie di veicoli spaziali che effettueranno misurazioni coordinate per monitorare questi cambiamenti. I componenti chiave del sistema includeranno le missioni OCO-2 e OCO-3, il giapponese GOSAT e GOSAT-2 e le missioni europee Copernicus. Il sistema sarebbe integrato dalla ricerca terrestre e aerea.

Crisp ha detto che lui e i suoi colleghi membri del team stanno studiando con impazienza i primi dati scientifici di OCO-3. Il nuovo strumento, installato all’esterno della stazione spaziale, amplierà e migliorerà il set di dati OCO-2 raccogliendo le prime osservazioni dall’alba al tramonto sulle variazioni dell’anidride carbonica dallo spazio sopra le regioni tropicali e di latitudine media, offrendo agli scienziati una migliore visione dei processi di emissione e assorbimento. Ciò è reso possibile dall’orbita unica della stazione spaziale, che trasporta OCO-3 su posizioni sul terreno in tempi leggermente diversi per ogni orbita.

La missione Copernicus

La missione Copernicus CO2, prevista per il lancio intorno al 2025, sarà la prima costellazione satellitare operativa di monitoraggio del biossido di carbonio. Crisp, che è membro del suo Mission Advisory Group, ha affermato che la costellazione includerà più satelliti con ampie strisce di osservazione che saranno in grado di mappare l’intera superficie terrestre a intervalli settimanali. Mentre la sua tecnica di misurazione di base si è evoluta dalle missioni GOSAT e OCO-2, c’è una differenza fondamentale: i satelliti precedenti sono sistemi di campionamento focalizzati sul miglioramento della comprensione del ciclo del carbonio naturale della Terra, mentre Copernicus sarà un sistema di imaging focalizzato sul monitoraggio delle emissioni prodotte dall’uomo. In effetti, sarà in grado di stimare le emissioni di ogni grande centrale elettrica in ogni città del mondo.

Conclusioni

Crisp afferma che col passare del tempo l’obiettivo è costruire un sistema operativo che monitorerà tutti gli aspetti dell’ambiente terrestre. I satelliti pionieristici come OCO-2, OCO-3, GOSAT e GOSAT-2 stanno aggiungendo misure di gas serra ai dati su temperatura, vapore acqueo, copertura nuvolosa, qualità dell’aria e altre proprietà atmosferiche che sono state raccolte per decenni.

Ha dichiarato Crisp: “Sappiamo che la nostra atmosfera sta cambiando e che questi cambiamenti possono influenzare la nostra civiltà. Ora disponiamo degli strumenti per monitorare la nostra atmosfera con molta attenzione in modo da poter fornire ai responsabili politici le migliori informazioni disponibili. Se hai investito in una strategia di riduzione del carbonio, come la conversione dal carbone al gas naturale o il passaggio da combustibili fossili a fonti rinnovabili, non ti piacerebbe sapere che ha funzionato? Puoi gestire solo ciò che puoi misurare.”

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