Ett amerikanskt spionsatellitfoto från juli 1966 av arktisk tundra på västra Taymyrhalvön och en kommersiell satellitbild från juli 2009 av samma plats visar en avsevärd expansion av vegetationen under 43-årsintervallet. Kredit:University of Virginia
Under det kalla kriget, USA och Sovjetunionen spionerade rutinmässigt på varandra med hjälp av höghöjdsspaningsflygplan och rymdsatelliter.
Efter Sovjetunionens upplösning, USA avklassade tiotusentals bilder erhållna från sina två stora spionsatellitprogram, Corona och Gambit. Många av dessa mycket detaljerade fotografier, tagen från 1960 till 1984, är av den massiva och relativt lite studerade västsibiriska tundran. Regeringen letade efter militära installationer och kärnvapenarsenaler, men det befanns mestadels outvecklat, vild terräng.
Det gick upp för miljöforskare vid University of Virginia att bilderna är ett förråd av information för att bättre förstå hur vegetationen i tundraregioner kan förändras som ett resultat av klimatförändringar och andra faktorer.
"Dessa spionbilder är en guldgruva som referenspunkt, ", sa miljövetenskapsprofessor Howie Epstein.
Han övervakade en studie som jämförde gamla spionfotografier från 1960 till 1980-talet med miljöbilder av samma terräng gjorda på senare år från kommersiella satellitsensorer. "Vi kan titta på exakt samma platser, i detalj, under flera decennier, " han sa.
Epstein och hans doktorand, Gerald Frost, som genomförde studien som en del av sin doktorsexamen. avhandling, spårade 11 platser i Sibirien genom ett halvt sekel av bilder, och kunde urskilja expansionen av höga buskar som al, vide, björk och dvärgtall. De fann att höga buskar och träd hade utökat sitt utbud i vissa områden med upp till 26 procent sedan 1960-talet, även om den övergripande expansionen var mindre dramatisk.
Forskaren Gerald Frost står framför ett gammalt ryskt pansarfordon som han och Epstein använde för att studera avlägsna områden i arktisk tundra. Kredit:University of Virginia
"Vi vet från jordobserverande satellitdata att Arktis generellt sett har blivit grönare i 35 år eller så, ", sa Epstein. "Men den sibiriska tundran hade inte observerats så noga förrän relativt nyligen. Vi vet nu att det har pågått mycket grönt där, för, med höga buskar och träig vegetation. Vegetationen har blivit både högre och expanderande i utrymme och räckvidd."
Detta kan möjligen och sannolikt hänföras till klimatförändringar, sa han – specifikt, en generaliserad uppvärmning av tundraklimatet – men det är också mer komplext än så.
När buskarna ökar sin utbredning, den skapar sin egen värmande effekt genom att absorbera värme, snarare än att reflektera värmen som snö gör, leder till ytterligare uppvärmning och vidmakthåller effekten. Detta förändrar också fördelningen av landskapssnö, balansen mellan växt- och djurarter i de uppvärmda områdena, och det normala förhållandet mellan växter och växtätare. När artfördelningen förändras, det ändrar också mängden kol som cirkulerar i luften, växtlighet och jord, vilket i sin tur påverkar klimatet.
Epstein och Frost – nu vetenskapsman på ABR Inc., ett miljöforsknings- och serviceföretag i Fairbanks, Alaska – har också genomfört markstudier i några av samma områden som de har observerat via satellitbilder. En del av deras fältarbete är i ett avlägset område nära Kharp i den nordvästra centrala delen av Ryssland. Under flera somrar, de kunde säkra turer på ett gammalt bepansrat fordon över tundran till exakta platser som de hade undersökt på fotografier, låta dem "grunda sanningen, "i själva verket, vad de hade sett i satellitbilderna.
"Vi fann att buskar använde cirkulära kala fläckar på marken, naturligt orsakad av frysning och upptining, att expandera över landskapet, " sa Epstein. "Genom att använda dessa kala fläckar för expansion, buskarna utnyttjade bristen på konkurrens från andra arter. Buskarna växer snabbt och har tuffa rötter."
Men medan vegetationen uppenbarligen har expanderat i tundran under de senaste decennierna, som dokumenterats av de gamla spionbilderna och de nya kommersiella uppgifterna, Epstein sa att "grönningen" på vissa ställen nu kan vända.
"Vi börjar hitta en brunfärgning av tundran under de senaste åren, " sade han. "Utvecklingen av tillväxten kan vara att vända. Vi är inte säkra ännu varför, men det är tydligt att vegetationsdynamiken är mer komplex över tundran än vad man tidigare trott. Vi har fortfarande mycket arbete att göra för att förstå arktiska förändringar och hur detta påverkar och påverkas av förändringar i det globala klimatet."
