Dados de satélite de alta resolução do Orbiting Carbon Observatory-2 da NASA estão revelando as formas sutis que o carbono liga tudo na Terra - o oceano, terra, atmosfera, ecossistemas terrestres e atividades humanas. Cientistas usando os primeiros 2 anos e meio de dados OCO-2 publicaram uma coleção especial de cinco artigos hoje no jornal Ciência que demonstra a amplitude desta pesquisa.

Além de mostrar como a seca e o calor nas florestas tropicais afetaram os níveis globais de dióxido de carbono durante o El Niño de 2015-16, outros resultados desses artigos se concentram na liberação e absorção de carbono oceânico, emissões urbanas e uma nova forma de estudar a fotossíntese. Um artigo final de OCO-2 Vice-Cientista do Projeto Annmarie Eldering do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, e colegas dá uma visão geral do estado da ciência OCO-2.

Emissões de cidades e vulcões individuais visíveis do espaço

Mais de 70 por cento das emissões de dióxido de carbono das atividades humanas vêm das cidades, mas porque o gás se mistura rapidamente com a atmosfera, As emissões urbanas são difíceis de isolar e analisar. Florian Schwandner do JPL e seus colegas usaram observações OCO-2 para detectar como as emissões de dióxido de carbono variam em torno de cidades individuais - a primeira vez que isso foi feito com dados coletados em apenas alguns minutos do espaço. Sobre Los Angeles e arredores, eles foram capazes de detectar diferenças tão pequenas quanto 1 por cento das concentrações atmosféricas totais de dióxido de carbono na coluna de ar abaixo do satélite.

As medições OCO-2 em Los Angeles foram detalhadas o suficiente para capturar as diferenças nas concentrações dentro da cidade resultantes de fontes localizadas. Eles também rastrearam as concentrações decrescentes de dióxido de carbono à medida que a espaçonave passava da cidade lotada para os subúrbios e para o deserto pouco povoado ao norte.

A órbita do OCO-2 também permitiu observar sinais significativos de dióxido de carbono de plumas isoladas de três vulcões na nação insular de Vanuatu, no Pacífico. Uma órbita diretamente a favor do vento do Monte Yasur, que está em erupção persistentemente desde pelo menos 1700, produziu uma estreita cadeia de dióxido de carbono que era cerca de 3,4 partes por milhão mais alta do que os níveis de fundo - consistente com emissões de 41,6 quilotons de dióxido de carbono por dia. Esta é uma quantificação valiosa das emissões vulcânicas, que são pequenos em comparação com a média de emissões humanas de cerca de 100, 000 quilotons por dia.

El Niño suprimiu a liberação de carbono do oceano tropical

Abhishek Chatterjee do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e colegas estudaram como o grande El Niño de 2015-16 afetou o dióxido de carbono no Oceano Pacífico tropical.

Essa região oceânica costuma ser uma fonte de dióxido de carbono para a atmosfera. Como parte da circulação global do oceano, frio, água rica em dióxido de carbono chega à superfície nesta região, e os gases extras de dióxido de carbono para a atmosfera. Como os eventos do El Niño suprimem essa ressurgência, os cientistas conjeturaram que ele reduz as emissões de dióxido de carbono do oceano e, portanto, causa uma desaceleração na taxa de crescimento das concentrações atmosféricas de dióxido de carbono. Contudo, até OCO-2, não houve observações atmosféricas adequadas sobre o remoto Pacífico tropical para confirmar esta teoria.

Os dados OCO-2 mostram que nos primeiros meses do El Niño de 2015-16, a taxa de dióxido de carbono liberado do Pacífico tropical para a atmosfera diminuiu de 26% a 54%. Isso se traduz em uma redução de curto prazo de 0,4 a 0,5 partes por milhão na concentração atmosférica, ou perto de 0,1 por cento do dióxido de carbono atmosférico total.

Uma mudança de um décimo de um por cento no dióxido de carbono pode parecer insignificante, mas ocorreu em uma região do Oceano Pacífico do tamanho de todo o continente da Austrália. Esta redução nas emissões de dióxido de carbono por alguns meses foi forte o suficiente para ser observada pelo OCO-2 e pelo Sistema de Observação do Pacífico Tropical da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica, que medem diretamente as concentrações de dióxido de carbono na superfície do oceano. O aumento recorde de dióxido de carbono atmosférico ocorrido em 2015 e 2016 teria sido ainda maior sem essa redução nas emissões tropicais do Oceano Pacífico.

Com OCO-2, os cientistas podem observar essas pequenas mudanças pela primeira vez, um primeiro passo para compreender a sensibilidade do ciclo do carbono às variações climáticas em uma escala de anos a décadas.

Uma nova maneira de medir a fotossíntese

Além do dióxido de carbono, Os espectrômetros de alta resolução do OCO-2 podem observar a fluorescência induzida pelo sol, ou SIF. Esta radiação, emitida pelas moléculas de clorofila nas plantas, indica que a fotossíntese está ocorrendo. SIF fornece informações valiosas sobre a fotossíntese global porque captura a fotossíntese durante a estação de crescimento e também sua desaceleração, por exemplo, sobre florestas perenes no inverno, quando as árvores mantêm a clorofila, mas param de absorver dióxido de carbono da atmosfera.

Ying Sun da Universidade Cornell em Ithaca, Nova york, e colegas relatam as medições SIF exclusivas do OCO-2, que fornecem uma resolução espacial muito maior do que qualquer sistema anterior. A resolução aprimorada permitiu que os cientistas realizassem a primeira validação do SIF a partir de observações aéreas simultâneas.

A imagem menor do OCO-2 "pegada" na Terra permitiu aos pesquisadores fazer uma comparação mais direta das medições de satélite com medições baseadas no solo dos fluxos de dióxido de carbono entre as plantas e o ar. Eles encontraram uma relação consistente entre SIF e absorção de dióxido de carbono em plantas em diferentes tipos de ecossistemas. Esta descoberta define a direção para estudos aprofundados que podem iluminar ainda mais a relação entre SIF e fotossíntese global.