Megabränderna 2014 i Kanadas nordvästra territorier brände 7 miljoner hektar skog, vilket gör det till en av de allvarligaste brandhändelserna i kanadensisk historia.

En ny studie visar att när dessa bränder brände ett område med boreala skogar på storleken av Maryland, de släppte ut hälften så mycket kol tillbaka till atmosfären som alla växter, buskar och träd i Kanada lagras vanligtvis under ett helt år.

Arktis värms upp snabbare än någon annan region på jorden, och som det gör, miljöforskare förväntar sig att stora bränder ökar i frekvens och intensitet. Men de har kämpat för att förstå dessa bränders effekt på ekosystemen och i slutändan koldioxidnivåerna i atmosfären. Koldioxid är en växthusgas, vilket betyder att det hjälper till att fånga värme i jordens lägre atmosfär. Mer koldioxid i atmosfären betyder mer instängd värme, får den globala temperaturen att stiga.

Megafires-papperet är en av två nyligen släppta studier baserade på data från NASA:s arktiska boreala sårbarhetsexperiment, eller ovanför, som hjälper forskare att bättre förstå och förutsäga både kort- och långsiktiga förändringar i ekosystemen i Alaska och norra Kanada.

Författarna till tidningen megafires konstruerade modeller för att hjälpa dem förstå vad som gjorde 2014 års bränder så stora och vilken påverkan de hade på miljön. Författarna till den andra studien använde bilder från NASA och U.S. Geological Survey (USGS) Landsat-program för att inte bara observera förändringar i Alaskas miljö, men bestäm deras orsaker och potentiella framtida effekter. Tillsammans, studierna förbättrar forskarnas förståelse av boreala skogars senaste förflutna och kommer att hjälpa dem att förutsäga framtiden för dessa sårbara ekosystem, ett av ABoVE-projektets primära mål.

Modellera megabränder

För att kallas en "megaeld, "en löpeld måste bränna ett område som mäter mer än 25, 000 hektar, ett område något mindre än Long Island, New York. De massiva skogsbränderna 2014, i jämförelse, brände 7 miljoner tunnland boreal skog i Northwest Territories. Boreala skogar finns i de nordligaste regionerna i världen och innehåller främst gran, tall, björk, asp och andra vintergröna träd.

Författarna till megabränderna konstruerade två modeller för att bedöma koldioxidutsläpp från bränderna. Den första, baserat på fältmätningar, såsom trädslag och jorddränering i brända och obrända skogar, hjälpte dem att upptäcka vad som gjorde vissa områden mer sårbara för förbränning och stora koldioxidutsläpp än andra. Den andra modellen härledde hur mycket kol megabränderna släppte ut, baserat på landegenskaper som de upptäckte i satellitbilder från NASA:s Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, eller MODIS, instrument på satelliterna Aqua och Terra.

Enligt den andra modellen, 2014 års bränder släppte ut 94,3 teragram kol i atmosfären – cirka 103 miljoner ton.

"Vi fann att en megabrand kan släppa ut enorma mängder kol till atmosfären, " sa Xanthe Walker, en postdoktor vid Center for Ecosystem Science and Society vid Northern Arizona University och studiens huvudförfattare. "Våra resultat kommer att tillåta framtida forskning att modellera koldioxidutsläpp över större tidsmässiga och rumsliga skalor."

Historiskt sett boreala skogar i Kanada har varit både kol "sänkor" och "källor" beroende på brand- och insektsskador som inträffat vid en given tidpunkt. Om uppvärmningstrenderna fortsätter och bränderna blir ännu vanligare, de kan bli starkare kolkällor, som kan förstärka klimatuppvärmningen, sa Walker.

Att använda det förflutna för att förutsäga framtiden

En annan färsk ABoVE-finansierad studie leddes av USGS i samarbete med forskare från University of Minnesota och Northern Arizona University. Medan tidigare forskning redan hade bekräftat att betydande delar av Alaskas landskap upplever översvämningar, permafrostsmältning och andra förändringar - upp till 13 procent av staten, enligt denna studie, eller ett område som är större än Florida - laget skapade en modell för att analysera 30 års satellitbilder från Landsat -programmet och tillskriva orsaker till dessa förändringar.

Teamet fann att Alaskas stigande temperaturer driver förändringar i hur och var växter växer, speciellt mot slutet av växtsäsongen, och till och med få sjöar och dammar att växa sig större, bland andra förändringar.

"Observerade mark- och ytvattenförändringar har väsentligt påverkat naturliga och konstgjorda system i Alaska, sa Neal Pastick, en fysikalisk forskare vid USGS Earth Resources Observation and Science. "Till exempel, erosion och ökad efterfrågan på avdunstning har negativt påverkat människor och vegetationssamhällen, stimulera flyttplanering för hela byar och torka orsakad av stress, respektive."

Genom att använda en datauppsättning som sträckte sig över tre decennier kunde forskarna se hur Alaskas ekosystem reagerar på skador och stress också. Efter en skogsbrand, till exempel, det kan ta upp till 60 år för vintergröna träd som gran att växa igen och bli mogna. Sålänge, lövträd som asp och björk, som växer snabbare igen, öka reflektionsförmågan på markytan på vintern och öka mängden energi som används för att avdunsta vatten från trädkronan. Detta har en kylande effekt på temperaturen. Vidare, mindre lättantändliga lövskogar tenderar att minska brandaktiviteten.

"Studerar, på ett spatialt explicit sätt, buskar och trädexpansion, kustdynamik, och kollapsen av landområden när is i marken tinar (termokarsting) är något du bara kan göra med kombinationen av rymdbaserad fjärranalys och modellering, sa Peter Griffith, direktör för NASA:s Carbon Cycle &Ecosystems Office, som tillhandahåller logistik- och datahanteringsstöd till ABoVE. "Detta arbete är ett betydande bidrag eftersom det visar ett sätt att analysera detta."

Nästa steg för detta projekt, Griffith sa, är att använda modellen och resultaten för att skapa en systemmodell, som kan generera datarika, realistiska prognoser för denna snabbt föränderliga regions möjliga framtid.