Kintančios mūsų gyvenimo planetos spalvos

The Choice is Ours (2016) Official Full Version (Birželis 2019).

Anonim

NASA palydovai gali matyti mūsų gyvenamą Žemę kvėpuoti.

Šiaurės pusrutulyje ekosistemos atsibunda pavasarį, išgaunant anglies dvideginį ir deguonies išsiplėtimą, nes jie auga lapais, o Žemės stebėjimo palydovų parkas seka neseniai žalią augaliją.

Tuo tarpu vandenynuose mikroskopiniai augalai dreifuoja per saulėtekius paviršinius vandenis ir žydi į milijardus anglies dioksido absorbuojančių organizmų ir šviesos nustatymo prietaisai palydovuose rodo jų spalvų sūkurius.

Šis rudenis žymi 20 metų, nes NASA nuolat stebėjo ne tik mūsų planetos fizines savybes, bet ir tai, kas daro Žemę unikalią iš tūkstančių kitų pasaulių, kuriuos mes atradome: "Life".

Satelitai jau 70-tieji metai išmatavo kosminį ir vandenynų gyvenimą. Tačiau 1997 m., Kai pradėjo veikti kosminės erdvės agentūra, kuri buvo nepertraukiamas pasaulinis žemės ir okeano gyvenimo vaizdas, ne tik prasidėjo "Sea View Wide Field-view" jutiklis (SeaWiFS). Nauja animacija užfiksuoja visą šį 20 metų įrašą, kurį sukūrė keletas palydovų, o dešimtmečius trukęs gyvenimo vaizdas į Žemę sugriežtino keletą minučių.

"Tai yra neįtikėtinai evokatyvūs vizualizacijos mūsų gyvenimo planetoje", - sakė Džonas Carlas Feldmanas, okeanografas NASA Goddardo kosminio skrydžio centre, Greenbelt, Maryland. "Tai yra Žemė, tai yra kvėpavimas kiekvieną dieną, keičiant sezonus, reaguojant į Saulę, prie besikeičiančių vėjų, vandenynų srovių ir temperatūrų".

Kosmoso požiūris į gyvenimą leidžia mokslininkams stebėti pasėlių, miškų ir žuvininkystės sveikatą visame pasaulyje. Tačiau kosmoso agentūros mokslininkai taip pat atrado ilgalaikius pokyčius žemynuose ir vandenynų baseinuose. NASA pradeda savo trečią pasaulinį vandenynų ir žemės matavimų dešimtmetį, tačiau šie atradimai nurodo svarbius klausimus apie tai, kaip ekosistemos reaguos į besikeičiančius klimato pokyčius ir žmonių sąveiką su žeme.

Palydovai išmatavo, kad Arkties regionas tampa ekologiškesnis, nes krūmai išplečia savo sritis ir klestėja šiltesnėmis temperatūromis. Pastebimai iš kosmoso padeda nustatyti žemės ūkio produkciją visame pasaulyje ir yra naudojami ankstyvo įspėjimo apie badą aptikimui. Okeaniniai vandenys šilti, palydovai aptiko fitoplanktono populiacijų poslinkį penkių didžiųjų vandenynų baseinuose - "biologinių dykumų", kuriuose gyvena mažai gyvenimo, plitimą. Kadangi anglies dvideginio koncentracija atmosferoje ir toliau didėja ir šilta klimatas, NASA pasaulinis augalų gyvenimo supratimas vaidins lemiamą vaidmenį stebint anglį, kaip ji perkelia per Žemės sistemą.

Gyvenimas Žemėje, iš kosmoso

Prieš šešiasdešimt metų žmonės nebuvo įsitikinę, kad Žemės paviršius aiškiai matomas iš kosmoso. Daugelis manė, kad dulkių dalelės ir kiti aerozoliai atmosferoje išsklaidys šviesą, maskindami vandenynus ir žemynus, - sakė NASA Goddardo Biosferos mokslų laboratorijos viršininkas Jeffrey Masekas.

"Gemini" ir "Apollo" programos parodė kitaip. Astronautai naudojo specializuotus fotoaparatus, kad fotografuotų Žemę, parodančius mūsų gyvenimo planetos grožį ir sudėtingumą, ir padėjo iš karto pradėti kosminę kosminę kosminę medžiagą. 1972 m. Pirmoji "Landsat" misija pradėjo 45 metų vegetacijos ir žemės dangos įrašą.

"Kai palydovo archyvas plečiasi, matote vis didesnę dinamiką", - sakė Masekas. "Dabar galime pažvelgti į ilgalaikes tendencijas."

Pavyzdžiui, Senegalo pievos patiria drastiškų sezoninių pokyčių. Lietaus sezono metu nuo birželio iki lapkričio prasideda žolės ir krūmai, tada išdžiūvus, kai lietus sustoja. 1970-ųjų ir 80-ųjų "NASA Goddard" mokslininkas Compton Tucker su ankstyvu oru palydovų duomenimis galėjo pamatyti, kad ekologiškumas ir atstatymas iš kosmoso, matuoti chlorofilą žemiau esančiuose augaluose. Jis sukūrė būdą, kaip palyginti palydovinius duomenis iš dviejų bangos ilgių, o tai kiekybiškai įvertina šį žalumą, vadinamą normalizuoto skirtumo vegetacijos indeksu.

"Mes buvome nustebinti, kai pamatėme pirmą vaizdą. Jie buvo nuostabūs, nes parodė, kaip augmenija kasmet keičiasi kiekvienais metais", - sakė Tuckeris, pažymėdamas, kad kiti taip pat buvo nustebinti, kai tyrimas prasidėjo 1985 metais. "Kai tai pagamino popierius, žmonės apkaltino mus "dažyti numeriais" ar suklupti duomenis. Tačiau pirmą kartą galite tyrinėti augmeniją iš kosmoso, remdamiesi jų fotosintezės savybėmis. "

Kai temperatūra yra teisinga, yra vandens ir saulės spindulių, augalai fotosintezuojasi ir gamina augalinę medžiagą. Lapai stipriai sugeria mėlyną ir raudoną šviesą, tačiau atspindi šviesą beveik infraraudonųjų spindulių atgal į kosmosą. Palyginus raudonos ir artimosios infraraudonosios spinduliuotės šviesos santykį, Tuckeris ir jo kolegos galėjo kiekybiškai įvertinti žemės paviršių.

Plėstant šias pastabas likusiai pasaulio dalyje, mokslininkai galėjo stebėti lietingų ir sausų sezonų poveikį augalams kitose Afrikos šalyse, pamatyti pavasario žydėjimą Šiaurės Amerikoje ir laukinių ugniagesių pasekmes miškuose visame pasaulyje.

Tačiau žemė yra tik dalis istorijos. Okeaninio maisto bazės pagrindu yra fitoplanktono mažos organizmai, kurie, kaip ir žemės augalai, paverčia vandenį ir anglies dioksidą į cukrų ir deguonį, palaikydami tinkamą maistinių medžiagų ir saulės spindulių derinį.

Palydovai, kurie gali stebėti subtilius vandenyno spalvos pokyčius, padėjo mokslininkams stebėti fitoplanktono populiacijų pokyčius visame pasaulyje. Pirmasis vandenyno spalvos vaizdas buvo gautas iš "Coastal Zone Color Scanner", kuris buvo 1979 m. Sukurtas koncepcijos įrodymas. Nuolatiniai vandenynų spalviniai stebėjimai prasidėjo 1997 m. Pabaigoje paleisti "SeaWIFS". Palydovas buvo tik laiko, kad užfiksuotų perėjimą iš El Niño į La Niña sąlygas 1998 m., Parodydamas, kaip greitai ir dramatiškai fitoplanktonas reaguoja į besikeičiančias vandenyno sąlygas.

"Visa Ramiojo vandenyno rytinė pakrantė nuo Pietų Amerikos pakrantės iki pat datos buvo pakeista iš biologinės dykumos ekvivalento į klestintį lietaus mišką. Mes stebėjome, kad tai įvyks realiu laiku, - sakė Feldmanas. "Man tai buvo pirmasis šios rūšies stebėjimo galios demonstravimas, kad pamatytume, kaip vandenynas reaguoja į vieną iš svarbiausių aplinkos trikdymų, kurį jis gali patirti per kelias savaites. Tai taip pat parodė, kad vandenynas ir visas jo gyvenimas yra nepaprastai atsparus, jei jam suteikiama pusė šansų. "

Stebėjimo pakeitimas iš palydovų

Pasauliniu mastu 20 metų duomenimis apie palydovų stebėjimą vandenynų augalais mokslininkai tiria, kaip buveinės ir ekosistemos reaguoja į besikeičiančias aplinkos sąlygas.

Naujausi vandenynų gyvenimo tyrimai parodė, kad ilgalaikė jūros temperatūrų pakilimo tendencija didina vandenynų regionus, vadinamus "biologinėmis dykumomis". Šie žemo fitoplanktono augimo regionai atsiranda didelių, lėtai judančių srovių, vadinamų gyres, centru.

"Kadangi paviršiniai vandenys šilta, tai sukuria stipresnę ribą tarp gilių, šaltų, maistinių medžiagų turtingų vandenų ir saulės spindulių, dažniausiai maistinių medžiagų neturinčių paviršinių vandenų", - sakė Feldmanas. Tai neleidžia maistinėms medžiagoms pasiekti fitoplanktono paviršiuje ir gali turėti didelių padarinių žuvininkystei ir jūrų ekosistemai.

Arkties vandenyne fitoplanktono sprogimas rodo pokyčius. Kai sezonas leis sulyginti jūrą, atšilimas ir daugiau saulės spindulių sukels staigų ir masyvų fitoplanktono žydėjimą, kuris maitina paukščius, jūrų liūtai ir naujai iškrėstas žuvis. Tačiau su atšilusia atmosferos temperatūra, šis žydėjimas dabar vyksta keletą savaičių anksčiau, kol gyvuliai yra vietoje, kad pasinaudotų ja.

"Tai ne tik maisto kiekis, bet ir vieta ir laikas, kurie yra tokie pat svarbūs", - sakė Feldmanas. "Pavasario žydėjimas ateina anksčiau, o tai turės įtakos ekosistemai taip, kaip mes dar nesuprantame".

Klimatas sparčiausiai atšilia Arkties regionuose, o poveikis žemei yra matomas ir iš kosmoso. Vakarų Aliaskos, Kvebeko ir kitur tundra yra ekologiškesnė, nes krūmai prailgina šiaurę.

Taip pat keičiasi kaimyniniai šiauriniai miškai. Masto gaisrai 2004 ir 2015 m. Išnaikino milijonus akrų miškus Aliaskoje, įskaitant eglių miškus, pastebėjo mokslininkas NASA Ameso tyrimų centre Kalifornijos Silicio slėnyje Chrisas Poteris.

"Šie gaisrai buvo nuostabūs miško ploto, kuriame jie sudegė, kiek ir jie karštai sudegino", - sakė Poteris. "Kai gegužės mėn. Pabaigoje oro temperatūra pasiekė 90 laipsnių Fahrenheitą, ir visi šie žaibo smūgiai įvyko, miškas sudegė labai plačiai - šalia upių, šalia kaimų, ir nieko to negalėjo sustabdyti".

"Palydovai" padeda mokslininkams reguliariai planuoti gaisrus, miškų naikinimą ir kitus pokyčius bei analizuoti jų poveikį anglies ciklas, sakė Poteris. Didžiuliai gaisrai atmosferoje išskiria daug tonų anglies dvideginio, tiek iš užkietintų medžių, tiek su samanomis, taip pat, ypač šiauriniuose platumose, iš dirvožemio. Poteris ir jo kolegos šiais metais nuvažiavo į deginamąsias Centrinės Aliaskos sritis, kad būtų galima išmatuoti pagrindinę amžinąją salę - storas samanotas sluoksnis sudegė, atskleidžiant anksčiau įšaldytus dirvožemius.

"Tai panašu, kad izoliacinį sluoksnį nuimkite nuo aušintuvo", - sakė jis. "Ledas ištirpsta po žeme ir tampa purva netvarka".

Taip pat gali pasikeisti miško tipai, nesvarbu, ar tai po laukinių ugnies, vabzdžių užkrėtimo ar kitokių sutrikimų. Ališkino eglių miškai pakeičiami beržais. Poteris ir jo kolegos taip pat žiūri į Kalifornijos miškus, sudegiusius pastaruosius gaisrus, kur susirūpinimą kelia tai, kad pušis pakeis ąžuolai.

"Kai sausra švelnina šias rekordas aukštas temperatūras, atrodo, kad nieko gero nėra esamo miško tipo", - sakė jis. "Manau, kad mes matome realius aiškius įrodymus, kad klimatas sukėlė žemės dangos pasikeitimą".

Laikydami akis ant pasėlių

Temperatūros pokyčiai ir krituliai taip pat įtakoja augalus, nesvarbu, ar jie auginami Kalifornijoje ar Afrikoje. "Žalioji" matavimas, kurį mokslininkai naudoja miškams ir pievoms įvertinti, taip pat gali būti naudojami žemės ūkiui, siekiant stebėti laukų sveikatą auginimo sezono metu.

Tyrėjai ir politikos formuotojai anksti suprato šį potencialą. 1970-aisiais viena iš pirmųjų Landsat duomenų panaudojimo buvo prognozuoti grūdų derlingumą Rusijoje ir geriau suprasti žaliavų rinkas. 1985 m. JAV maisto saugos analitikai kreipėsi į NASA, įtraukdami palydovinius vaizdus į savo "Bandomųjų ankstyvųjų įspėjimų sistemų tinklą", siekdami nustatyti regionus, kuriuose maisto produktai buvo apriboti sausra. Ši partnerystė tęsiasi ir šiandien. NASA mokslininkai, remdamiesi kritulių skaičiavimais, augalijos matavimais ir naujausiais dirvožemio drėgmės papildymo duomenimis, gali padėti tokioms organizacijoms kaip JAV AIDS tiesioginė pagalba.

Takeris sakė, kad patobulinti Landsat duomenys, MODIS prietaisai NASA Terra ir Aqua erdvėlaiviuose bei kituose palydovuose ir derinant daugelio jutiklių duomenis, dabar mokslininkai gali stebėti augalų augimą atskirose srityse.

"Tai perkelia dalykus žemyn iki lauko dydžių tikriausiai 80 procentų laukų visame pasaulyje - tai yra didžiulė pažanga", - sakė Tuckeris.

Vaizdas iš kosmoso ne tik padeda stebėti pasėlius, bet ir gali padėti tobulinti žemės ūkio praktiką. Pavyzdžiui, Kalifornijos vyno gamykla naudoja atskirus Landsat duomenų pikselius, kad nustatytų, kada drėkinti ir kiek vandens reikia naudoti.

Kitas žingsnis NASA mokslininkams iš tikrųjų žvelgia į fotosintezės procesą iš kosmoso. Kai augalai patenka į šį cheminį procesą, dalis absorbuotos energijos fluorescuoja gana atgal, teigia Joanna Joineris, NASA Goddard mokslinis bendradarbis. Su palydovais, kurie aptinka signalus labai specifiniuose šio fluorescencijos bangos ilgiuose ir tiksliai pritaikytą analizės metodą, kuris blokuoja fono signalus, "Joiner" ir jos kolegos gali pamatyti, kur ir kada augalai pradeda konvertuoti saulės spindesį į cukrų.

"Tai buvo tokio pobūdžio apreiškimas, kad taip, galite jį išmatuoti", - sakė "Joineris". Ankstyvasis tyrimas apžvelgė JAV kukurūzų juostą ir nustatė, kad fluorescuoja "kaip beprotiškas", - sakė ji. "Šie augalai turi aukščiausią fluorescencijos greitį Žemėje".

"Joiner" ir "Tucker" naudoja tiek fluorescencijos duomenis, tiek augmenijos indeksus, kad gautų kuo daugiau informacijos apie augalų augimą regionų ir pasaulio mastu: "Vienas iš didžiausių klausimų, kurie išlieka, yra tai, kiek anglies yra augalai, todėl jie skiriasi. nuo metų iki metų ir kokios sritys prisideda prie šio kintamumo ", - teigė Joineris

Nesvarbu, ar tai augalai, miškai, ar fitoplanktonas, "NASA" mokslininkai stebi gyvenimą Žemėje. Kaip palydovai padeda mokslininkams tyrinėti atmosferą, kritulių kiekį ir kitas fizines planetos charakteristikas, besitęsiantis vaizdas iš viršaus leis jiems ištirti tarpusavyje susijusią planetos gyvenimą, sakė Feldmanas.

"Tai yra gebėjimas, leidžiantis mums suprasti, kaip Žemės biologija reaguoja į besikeičiančią planetą", - sakė jis.

menu
menu