Заключительная научная статья ученого НАСА, опубликованная посмертно в этом месяце, раскрывает новый взгляд на одну из самых сложных проблем климата Земли: понимание и прогнозирование будущих уровней парниковых газов в атмосфере и роль океана и суши в определении эти уровни.
Документ, опубликованный в Proceedings of the National Academy of Sciences, был подготовлен Пирсом Дж. Селлерсом, бывшим директором отдела наук о Земле в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, который умер в декабре 2016 года. в НАСА Годдард, а затем астронавт, совершивший три полета на космических шаттлах.
Документ включает важное всеобъемлющее сообщение: Текущий международный парк спутников делает реальные улучшения в точном измерении парниковых газов из космоса, но в будущем потребуется более сложная система наблюдений, чтобы понять и предсказать изменения Земли. климат на уровне точности, необходимом обществу.
Селлерс написал статью вместе с коллегами из Лаборатории реактивного движения НАСА и Университета Оклахомы. Работа над газетой началась в 2015 году, и Селлерс продолжал работать со своими сотрудниками примерно за шесть недель до своей смерти. Они продолжали исследование и написание статьи до ее публикации на этой неделе.
Доклад посвящен теме, которая была в центре исследовательской карьеры Селлерса: биосфера Земли и ее взаимодействие с климатом планеты. В 1980-х он помог пионером компьютерного моделирования земной растительности. В новой статье Селлерс и его соавторы исследовали «обратные связи между углеродным циклом и климатом» - потенциальную реакцию природных систем на изменение климата, вызванное антропогенными выбросами, - и изложили видение того, как лучше всего измерить эту реакцию в глобальном масштабе от пространство.
Обмен углеродом между землей, океаном и воздухом играет огромную роль в определении количества парниковых газов в атмосфере, которые во многом определят будущий климат Земли. Но в игре есть сложные взаимодействия. В то время как антропогенные выбросы парниковых газов накапливаются в атмосфере, наземные экосистемы и океан по-прежнему компенсируют около 50 процентов всех этих выбросов. По мере потепления климата ученые не уверены, будут ли леса и океаны продолжать поглощать примерно половину выбросов, выступая в качестве поглотителей углерода, или это смещение станет меньше, или поглотители станут источниками углерода.
Соавтор статьи Дэвид Шимел, ученый из Лаборатории реактивного движения и давний научный сотрудник Селлерса, сказал, что в статье показано, как он, Селлерс и другие соавторы рассматривали эту научную проблему как одну из важнейших целей исследования. для наук о Земле НАСА.
"Мы все считали понимание будущего обратной связи углеродного цикла одной из главных задач науки об изменении климата", - сказал Шимель.
Понимание учеными того, как живые системы Земли взаимодействуют с повышением уровня парниковых газов в атмосфере, сильно изменилось за последние десятилетия, говорит соавтор Берриен Мур III из Университета Оклахомы. Мур был научным сотрудником Селлерса и Шимеля с 1980-х годов. Он сказал, что тогда ученые считали, что океан поглощает около половины ежегодных выбросов углерода, а растения на суше играют минимальную роль. Ученые теперь понимают, что океан и суша вместе поглощают около половины всех выбросов, при этом на роль наземной системы сильно влияют крупномасштабные погодные условия, такие как Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Мур также является главным исследователем миссии НАСА под названием GeoCarb, которую планируется запустить в 2022 году и которая будет отслеживать выбросы парниковых газов на большей части территории Западного полушария с геостационарной орбиты..
НАСА запустило орбитальную углеродную обсерваторию-2 (OCO-2) в 2014 году, и с развитием методов измерения и компьютерного моделирования ученые лучше понимают, как углерод перемещается в земле, океане и атмосфере. Этот новый документ основан на предыдущих исследованиях и фокусируется на любопытной цепочке событий в 2015 году. Хотя выбросы углекислого газа человеком впервые за несколько десятилетий выровнялись в течение этого года, темпы роста атмосферных концентраций углекислого газа фактически резко возросли на том же уровне. время.
Это было еще одним доказательством того, что ученые собирали воедино в течение многих лет - что сложная комбинация факторов, включая погоду, засуху, пожары и многое другое, способствует повышению уровня парниковых газов в атмосфере.
Однако благодаря новой комбинации наблюдений OCO-2 и космических измерений флуоресценции растений (по сути, меры фотосинтеза) исследователи начали производить более точные оценки того, где углерод поглощался и высвобождался на планете во время 2015 год, когда действовал сильный Эль-Ниньо по сравнению с другими годами.
Документ следует за отчетом о семинаре 2015 года по углеродному циклу под руководством Селлерса, Шимеля и Мура. Шимель и Мур отметили, что каждый из более чем 40 участников семинара внес свой вклад в окончательный научный отчет о встрече, что является редким явлением. Отчасти они объяснили это той вдохновляющей ролью, которую Селлерс играл в стимулировании мыслей и действий.
«Когда в комнате есть кто-то вроде Пирса, возникает магнетический эффект», - сказал Мур. «Пирс стоял плечом к рулю, поэтому все должны были держать свои плечи к рулю».
Шимель и Мур сказали, что в документе семинара изложено видение того, что необходимо в будущей космической системе наблюдения для измерения, понимания и прогнозирования обратной связи углеродного цикла: активные и пассивные инструменты, а также спутники на низкой Земле. и геостационарные орбиты по всему миру. В ближайшие годы НАСА и космические агентства в Европе, Японии и Китае запустят новые миссии по мониторингу парниковых газов.
«Пирс считал, что абсолютно необходимо сделать все правильно, - сказал Шимель, - и важно более или менее сделать это правильно с первого раза».
Авторы посвятили публикацию газеты Селлерсу и в своем посвящении сослались на цитату Уинстона Черчилля, часто цитируемую ученым британского происхождения. Они писали: «П. Дж. С. подошел к проблеме науки об углероде в духе любимой цитаты Черчилля: «Преодоление трудностей - это выигранные возможности», и он стремился решить проблему углерода и климата, преодолевая трудности и используя возможности».