Himalaya. Karakoram. Hindu Kush. Namnen på Asiens höga bergskedjor frammanar äventyr för dem som bor långt borta, men för mer än en miljard människor, det här är namnen på deras mest pålitliga vattenkälla.

Snö och glaciärer i dessa berg innehåller den största volymen sötvatten utanför jordens polarisar, ledande hydrologer som smeknamnet denna region den tredje polen. En sjundedel av världens befolkning är beroende av floder som rinner från dessa berg för vatten att dricka och för bevattning av grödor.

Snabba förändringar i regionens klimat, dock, påverkar glaciärsmältningen och snösmältningen. Människor i regionen ändrar redan sina metoder för markanvändning som svar på den förändrade vattenförsörjningen, och regionens ekologi förändras. Framtida förändringar kommer sannolikt att påverka mat- och vattentryggheten i Indien, Pakistan, Kina och andra nationer.

NASA håller ett rymdbaserat öga på förändringar som dessa över hela världen för att bättre förstå framtiden för vår planets vattencykel. I denna region där det finns extrema utmaningar med att samla in observationer på marken, NASA:s satellit och andra resurser kan ge betydande fördelar för klimatvetenskapen och lokala beslutsfattare som har till uppgift att hantera en redan knapp resurs.

Den mest omfattande undersökning som någonsin gjorts av snö, is och vatten i dessa berg och hur de förändras pågår nu. NASA:s High Mountain Asia Team (HiMAT), ledd av Anthony Arendt från University of Washington i Seattle, är inne på sitt tredje år. Projektet består av 13 samordnade forskargrupper som studerar tre decennier av data om denna region inom tre breda områden:väder och klimat; is och snö; och nedströms faror och effekter.

Alla dessa tre ämnesområden förändras, börjar med klimatet. Uppvärmande luft och förändringar i monsunmönster påverkar det regionala vattnets kretslopp – hur mycket snö och regn som faller, och hur och när snöpackningen och glaciärerna smälter. Förändringar i vattnets kretslopp ökar eller minskar risken för lokala faror som jordskred och översvämningar, och har breda effekter på vattentilldelning och grödor som kan odlas.

Att göra omöjlig vetenskap möjlig

Under större delen av mänsklighetens historia, en detaljerad vetenskaplig studie av dessa berg var omöjlig. Bergen är för höga och branta, och vädret för farligt. Satellitepoken har gett oss den första möjligheten att observera och mäta snö- och istäcke säkert på platser där ingen människa någonsin har satt sin fot.

"Den explosiva tillväxten av satellitteknik har varit otrolig för denna region, " sa Jeffrey Kargel, en senior vetenskapsman vid Planetary Science Institute i Tucson, Arizona, och ledare för ett HiMAT-team som studerar glaciärsjöar. "Vi kan göra saker nu som vi inte kunde göra för tio år sedan - och för tio år sedan gjorde vi saker vi inte kunde göra innan dess." Kargel krediterade också framsteg inom datorteknik som har gjort det möjligt för mycket fler forskare att genomföra stora databehandlingsinsatser, som krävs för att förbättra väderprognoser över en så komplex topografi.

Arendts HiMAT-team har till uppgift att integrera de många, olika typer av satellitobservationer och befintliga numeriska modeller för att skapa en auktoritativ uppskattning av vattenbudgeten för denna region och en uppsättning produkter som lokala beslutsfattare kan använda för att planera för en förändrad vattenförsörjning. Ett antal datamängder från HiMAT-team har redan laddats upp till NASA:s Distributed Active Archive Center vid National Snow and Ice Data Center. Kollektivt, serien av nya produkter kallas Glacier and Snow Melt (GMELT) Toolbox.

Faror med skräpdam och andra effekter

Det är lite brådskande att färdigställa verktygslådan, eftersom förändringar i smältmönster tycks öka regionens faror – av vilka några bara finns i den här typen av terräng, som skräpdamm "misslyckande" på glaciärsjöar och böljande glaciärer som blockerar tillgången till bergsbyar och betesmarker. Under de senaste decennierna, städer och infrastruktur som vägar och broar har utplånats av dessa händelser.

Kargels team studerar katastrofala översvämningar från glaciärsjöar. Dessa sjöar börjar som smältpölar på glaciärernas ytor, men under rätt förhållanden kan de fortsätta att smälta ända till marknivå, samlas bakom en osäker hög med is och skräp som ursprungligen var glaciärens främre ände. En jordbävning, stenfall eller helt enkelt den ökande vikten av vatten kan bryta sönder skräpdammen och skapa en översvämning.

Sjöar som denna var nästan okända för 50 eller 60 år sedan, men eftersom de flesta höga asiatiska glaciärerna har krympt och dragit sig tillbaka, glaciala sjöar har förökat sig och växer. Den största som Kargel har mätt, Lower Barun i Nepal, är 673 fot (205 meter) djup med en volym på nästan 30 miljarder gallon (112 miljoner kubikmeter), eller cirka 45, 000 simbassänger i olympisk storlek fulla. HiMAT-teamet har kartlagt varje glaciärsjö större än cirka 1, 100 fot (330 meter) i diameter under tre olika tidsperioder - omkring 1985, 2001 och 2015 — för att studera hur sjöarna har utvecklats.

När storleken och antalet glaciärsjöar ökar, det gör även hotet de utgör mot lokalbefolkningen och infrastrukturen. Dalia Kirschbaum från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, leder en grupp som använder satellitdata för att förutsäga vilka områden som är mest mottagliga för jordskred i Asiens höga berg, som sedan kan informera om placeringen av ny infrastruktur i regionen.

Mörkare snö, Snabbare snösmältning

En kritisk faktor för framtida snö- och issmältningshastigheter är dammets roll, sot och föroreningar som lägger sig på de frusna ytorna. Orörd vit snö reflekterar mer än 90 % av den inkommande solstrålningen tillbaka till atmosfären. Men när snö täcks av mörkare partiklar av sot eller damm, denna beläggning absorberar mer värme och snön smälter snabbare. Forskning har visat att anledningen till att den lilla istiden tog slut i Europa var beläggningen av sot som avsattes på Alperna av den industriella revolutionen. I Asien, de senaste 35 åren har sett betydande ökningar i mängden sot som lägger sig på fjällsnö. Huruvida dessa asiatiska områden kommer att reagera på samma sätt som Alperna gjorde för århundraden sedan är en viktig fråga.

Flera HiMAT-team är fokuserade på denna fråga. Si-Chee Tsay från NASA Goddard använder satellitdata för att få en bättre förståelse av snöns egenskaper, is, och damm och sotpartiklar i denna region. Hans grupp arbetar också i samarbete med regionala forskare i Nepal för att installera sensorer på marknivå på glaciärer som ligger på Mount Everest, Annapurna och Dhaulagiri, bland andra webbplatser. Dessa sensorer kommer att göra det möjligt för forskare att kontrollera noggrannheten hos satellitavläsningar som erhållits på samma platser.

Tom Painter vid University of California, Los Angeles, leder ett team som använder satellitdata från NASA:s Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) och NOAA/NASA Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) i gemenskapens Weather Research and Forecasting-modell för att kvantifiera tidigare och möjliga framtida variationer i snötäcke och andra faktorer när sot och damm förändras. Ett annat lag, ledd av Sarah Kapnick från NOAA, står för damm och sot inom globala klimatmodeller, för att förbättra förståelsen för både historiska och förutspådda framtida regionala förändringar.

De högsta bergen i världen ger unika utmaningar i väderprognoser. Ett team ledd av Summer Rupper vid University of Utah i Salt Lake City har tagit itu med en av dessa utmaningar genom att utveckla en modell som skiljer mellan is och snö som avsattes i regionen under monsunsäsongen och de som kom från vinterstormar, så att forskare kan studera var och när snö sannolikt kommer att falla under hela året.

Tidiga slutsatser

I HiMAT-undersökningens sista år, Arendt sa, forskningen samlas och teamens vetenskapliga artiklar är på väg mot publicering. En av de mer alarmerande slutsatserna är att glaciärerna kommer att vara 35 till 75 % mindre i volym år 2100 på grund av snabb smältning. En tidning publicerad den 19 juni i Vetenskapens framsteg av HiMAT-teammedlemmar stöder denna slutsats med en analys av 40 års satellitdata om glaciärer i Himalayaområdet. (De första åren av data som forskare använde för denna studie kommer från avklassificerade spionsatelliter.) Inte bara förlorar alla glaciärer i Himalayaområdet is, den genomsnittliga isförlusten fördubblades mellan de första 25 åren av satellitdata, 1975-2000, och de senaste 16 åren, 2000-2016.

Huruvida regn och snöfall också kommer att förändras, och om förändringar skulle förvärra eller mildra effekterna av isförlust, är ännu inte klara. Nederbörden varierar redan avsevärt från ett område till ett annat i denna region, beroende på monsunen och flödet av vinterstormar in i området. Till exempel, nederbörden ökar för närvarande i Karakoram-området, där glaciärer antingen är stabila eller på frammarsch, men i alla andra områden i denna region, nästan alla glaciärer drar sig tillbaka. Om den anomalien kommer att fortsätta, bli starkare, eller omvänd när klimatet fortsätter att förändras är ännu inte klart. "Global klimatdynamik kommer att diktera var stormar hamnar och hur de fångar upp bergen, ", sa Arendt. "Även små förändringar i spårningen av stormarna kan skapa betydande variationer."

Fynd som dessa är anledningen till att HiMAT-teamen är ivriga att färdigställa sin GMELT-verktygslåda, Arendt noterade. De nya produkterna kommer att erbjuda beslutsfattare den bästa sammanställningen av kunskap som för närvarande kan göras om hur höga berg Asien har förändrats under de senaste decennierna, tillsammans med en ny uppsättning resurser för att hjälpa dem att planera hur de bäst förbereder sig för framtiden i denna svårförutsägbara region.