Arbetet med att övervaka jordens kolkretslopp och mänsklighetens koldioxidutsläpp stöds alltmer uppifrån, tack vare de terabyte av data som strömmar ner till jorden från satelliter.

Fem tidningar publicerade i Vetenskap tillhandahåller idag data från NASA:s Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) uppdrag. De visar jordens kolcykel i oöverträffad detalj, inklusive effekterna av bränder i Sydostasien, tillväxttakten för Amazonas skogar, och den rekordstora ökningen av koldioxid i atmosfären under El Niño 2015-16.

En annan satellitstudie som släpptes för två veckor sedan avslöjade snabb biomassaförlust över tropikerna, visar att vi har förbisett de största källorna till markbundna koldioxidutsläpp. Även om vi kan oroa oss för markrensning, dubbelt så mycket biomassa går förlorad från tropiska skogar genom nedbrytningsprocesser som avverkning.

Nästa steg i vår förståelse av jordens koldynamik kommer att vara att bygga sensorer, satelliter och datormodeller som kan skilja mänsklig aktivitet från naturliga processer.

Kan satelliter se mänskliga utsläpp?

Tanken på att använda satelliter för att hålla reda på våra ansträngningar att minska utsläppen av fossila bränslen är lockande. Nuvarande satelliter kan inte göra det, men nästa generation strävar efter att stödja övervakningen på ländernas nivå, regioner och städer.

Nuvarande satellitsensorer kan mäta CO₂-nivåer i atmosfären, men kan inte säga om det kommer från det naturliga utbytet av kol med marken och haven, eller från mänskliga aktiviteter som förbränning av fossila bränslen, cementproduktion, och avskogning.

Likaså, satelliter kan inte skilja mellan naturliga och mänskliga förändringar i bladyta (grönhet), eller vegetationens förmåga att absorbera CO₂.

Men när den rumsliga upplösningen för satelliter ökar, detta kommer att förändras. OCO-2 kan se funktioner så små som 3 kvadratkilometer medan den tidigare specialbyggda satelliten GOSAT är begränsad till att observera funktioner som inte är mindre än cirka 50 kvadratkilometer.

När upplösningen förbättras, vi kommer att bättre kunna observera de förhöjda CO₂-koncentrationerna över utsläppszoner som stora städer, skogsbränder i Afrika och Australien, eller till och med enskilda kraftverk och industriläckor.

Genom att kombinera dessa avkänningstekniker med datormodeller av atmosfären, hav och land, vi kommer att kunna skilja ut mänsklighetens påverkan från naturliga processer.

Till exempel, vi har länge vetat att atmosfärens CO₂-koncentration stiger snabbare under en El Nino-händelse, och att detta främst beror på förändringar på land. Det var bara med fågelperspektivet från OCO-2-satelliten kunde vi se att var och en av de tropiska kontinenterna reagerade så olika under den senaste stora El Niño:brandutsläppen ökade i Sydostasien, kolupptaget i skogarna i Amazonas minskade, och markandningen i tropiska Afrika ökade.

Liknande, vi kan nu undersöka processerna bakom jordens extraordinära grönare under de senaste decennierna när CO₂-nivåerna har stigit. Upp till 50 % av den vegeterade marken är nu grönare än för 30 år sedan. Den ökande människodrivna CO2-gödslingseffekten på vegetationen uppskattades vara den dominerande drivkraften.

Vi har nu satelliter som kan studera denna process vid rumsliga upplösningar på tiotals meter – vilket innebär att vi också kan hålla koll på processer som ångrar denna grönare, som avskogning.

Vad finns i beredskap

Det kommande decenniet kommer att utvecklas av ännu fler rymdsensorer och modelleringsverktyg för att hjälpa oss att hålla koll på kolets kretslopp.

GOSAT-2 kommer att ersätta nuvarande GOSAT, erbjuder avsevärt förbättrad upplösning och känsligare mätningar av CO₂ och metan (CH₄), en annan viktig växthusgas.

Under tiden, GeoCarb-satelliten kommer att skjutas upp i en stationär bana över Amerika för att mäta CO₂, CH₄ (främst från våtmarker i tropikerna), och kolmonoxid (från biomassaförbränning). Den kommer att hålla utkik efter eventuella stora läckor från gasindustrin.

BIOMASS- och FLEX-satellituppdragen kommer att ge bättre globala uppskattningar av skogens höjd och koldensitet, och växternas fotosynteskapacitet, respektive.

Ombord på den internationella rymdstationen, ett instrument som heter GEDI, kommer också att uppskatta vegetationshöjd och struktur, och i kombination med ECOSTRESS kommer att bedöma förändringar i biomassa ovan jord, kollager och produktivitet.

I Australien, vi utvecklar ett atmosfäriskt modelleringssystem och en dynamisk vegetationsmodell som kan inta den senaste generationen av satellit- och markbaserade observationer för att kartlägga kolkällor och sänkor över hela kontinenten.

Genom Terrestrial Ecosystem Research Network (TERN), vi förbereder oss för att dra full nytta av dessa nya uppdrag, och hjälper till att validera många av dessa rymdburna uppskattningar på TERN:s Supersites och andra nyckelsamplingsplots.

Med den mängd information som ska genereras av rymdsensorer, såväl som jordbaserade observationer och datormodeller, vi går in i en era när vi kommer att ha en oöverträffad förmåga att spåra människors inverkan på vår atmosfär, land och hav.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.