Konstnärens återgivning av NASA:s Orbiting Carbon Observatory (OCO)-2, ett av fem nya NASA geovetenskapsuppdrag som ska lanseras 2014, och en av tre som förvaltas av JPL. Med atmosfärisk koldioxid nu i sin högsta koncentration i registrerad historia, behovet av att precisera, global, rymdbaserade mätningar av denna viktiga växthusgas har aldrig varit mer brådskande. I takt med att koldioxidnivåerna har ökat, så har vi också osäkerheter om dem -- vi har ännu inte en klar bild av hur dessa utsläpp är uppdelade mellan jordens hav, mark och atmosfär, eller hur jordens skogar, växter och hav kommer att reagera på ökande halter av koldioxid i framtiden. OCO-2 kommer att ta itu med dessa kritiska frågor för att hjälpa oss att bättre bedöma hälsan på vår värmande planet. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Det är en vetenskaplig gåta med enorma konsekvenser för vår framtid:Hur kommer vår planet att reagera på de ökande nivåerna av koldioxid i atmosfären?
Den till synes enkla frågan är särskilt knepig eftersom kol – en viktig byggsten för livet på jorden – inte stannar på ett ställe eller tar bara en form. Kol i dess många former, både från naturliga och mänskliga källor, rör sig i och bland atmosfären, havet och landet när vår levande planet andas. Att spåra och inventera kol och reda ut de många invecklade processerna som får det att förvandlas över planeten är en episk utmaning.
Och det är där NASA kommer in.
Byrån är en banbrytare när det gäller att använda rymdbaserade och luftburna sensorer för att observera och kvantifiera kol i atmosfären och i hela landet och havet, arbeta med många amerikanska och internationella partners.
I mer än två decennier, NASA har använt rymdens utsiktspunkt för att ta itu med kolpusslet en bit i taget. Byrån har investerat hundratals miljoner dollar i de verktyg som behövs för att få jobbet gjort, från att bygga och lansera rymdfarkoster och utveckla nya instrument och integrerade datauppsättningar till att finansiera grundforskning, fältarbete och datormodellering. Och den satsningen fortsätter idag.
Flera rymdfarkoster från NASA, inklusive några byggda och förvaltade av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, samlar för närvarande globala observationer som används för att spåra olika former av kol som forskare använder inom det breda fältet som kallas kolcykelvetenskap, som inkluderar växthusgaser som koldioxid och metan.
NASA:s globala syn på växtlivet i havet och på land spelar en avgörande roll för att förstå kol från både naturliga och mänskliga orsakade källor när det rör sig inom och bland atmosfären, havet och landet när vår levande planet andas. Kredit:NASA
NASA:s senaste kolobservationsuppdrag i omloppsbana, lanserades 2014, är det JPL-byggda Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), som gör oöverträffad, exakta globala mätningar av koldioxidnivåer i atmosfären och ger unik information om de naturliga processer som styr kolutbytet mellan land och luft och mellan atmosfären och havet. OCO-2-data har gjort det möjligt för forskare att studera i detalj hur förändringar i nederbörd förändrar mängden kol som lagras eller frigörs av vegetation och hur förändringar i havstemperaturen påverkar havsvattnets förmåga att absorbera koldioxid.
NASA stöder en mängd kolrelaterade forskningsprogram på totalt cirka 100 miljoner dollar per år som fördjupar sig i de fysiska och biologiska processerna som styr hur vår planets föränderliga miljö påverkar – och påverkas av – livet på jorden.
NASA-finansierad forskning inom terrestrisk ekologi, till exempel, studerar hur förändringar i ekosystemstruktur och funktion påverkar de regionala och globala kolkretsloppen. NASA finansierar en flerårig fältkampanj i Alaska och nordvästra Kanada kallad ABoVE (the Arctic-Boreal Vulnerability Experiment) som undersöker hur förändringar i arktisk permafrost och ekosystem i ett värmande klimat leder till förändringar i kolbalansen som rör sig mellan atmosfären och land. Flera JPL-forskare ingår i ABoVE-teamet.
Forskningsinsatser som pågår inom havsbiologi och biogeokemi fokuserar på att förstå och förutsäga det biologiska, ekologiska och biogeokemiska förändringar i övre havet. Eftersom havets ekosystem spelar en stor roll i jordens kolcykel, det är viktigt att bättre förstå och kvantifiera mekanismerna för kolflödet och deras interaktion med lokala ekosystem.
I augusti, NASA ger sig ut på en oceanografisk expedition till nordöstra Stilla havet kallad EXPORTS (exportprocesserna i havet från fjärranalysstudien) som kommer att hjälpa forskare att utveckla förmågan att bättre förutsäga hur kol i havet rör sig, som kan förändras när jordens klimat förändras. National Science Foundation är medsponsor till expeditionen.
Precis som grundforskning om jordens kolcykel fortsätter att vara en robust aktivitet vid NASA, så är utvecklingen av nya rymdbaserade verktyg för koldioxidövervakning. Flera närmar sig nu lansering och under utveckling.
En flerårig NASA-fältkampanj i Alaska och nordvästra Kanada undersöker hur förändringar i arktiska ekosystem som boreala skogar i ett värmande klimat resulterar i förändringar i kolbalansen som rör sig mellan atmosfären och land. Kredit:NASA
Den JPL-hanterade ECOSTRESS (ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station), planerad att lanseras i sommar till den internationella rymdstationen, kommer att göra de första mätningarna någonsin av växtvattenanvändning och vegetationsstress på land. Dessa data förväntas ge viktiga insikter om hur växter kopplar samman jordens globala kolcykel med dess vattencykel.
Senare i år kommer ECOSTRESS att få sällskap på rymdstationen av GEDI, Global Ecosystem Dynamics Investigation. GEDI kommer att använda en rymdburen laser för att exakt mäta höjden på vegetationskronorna i skogsområden i världen för att hjälpa till att uppskatta hur mycket kol som är inlåst i skogarna och hur den mängden förändras över tiden.
I början av 2019, JPL:s OCO-3-instrument är planerat att lanseras till rymdstationen för att komplettera OCO-2-observationer och tillåta forskare att undersöka den dagliga cykeln av koldioxidutbytesprocesser över stora delar av jorden.
Och fortfarande i de tidiga utvecklingsstadierna är uppdraget Geostationary Carbon Cycle Observatory (GeoCarb), planeras att lanseras i början av 2020-talet. GeoCarb, som inkluderar JPL-deltagande, kommer att vara pionjär inom kvantifieringen och övervakningen av kolförråden i Nord, Central- och Sydamerika från geostationär omloppsbana. NASA-instrumentet, ska skjutas upp på en kommersiell kommunikationssatellit, kommer att samla in 10 miljoner observationer om dagen av koldioxid, metan och kolmonoxid.
NASA:s fullrättspress om kolcykelvetenskap och utvecklingen av nya koldioxidövervakningsverktyg förväntas förbli en högsta prioritet i många år framöver.
