Os satélites da NASA podem ver nossa Terra viva respirar.

No hemisfério norte, ecossistemas acordam na primavera, absorvendo dióxido de carbono e exalando oxigênio à medida que brotam folhas - e uma frota de satélites observadores da Terra rastreia a expansão da vegetação recém-verde.

Enquanto isso, nos oceanos, plantas microscópicas vagueiam pelas águas superficiais iluminadas pelo sol e florescem em bilhões de organismos que absorvem dióxido de carbono - e instrumentos de detecção de luz em satélites mapeiam os redemoinhos de sua cor.

Esta queda marca 20 anos desde que a NASA observou continuamente não apenas as propriedades físicas do nosso planeta, mas a única coisa que torna a Terra única entre os milhares de outros mundos que descobrimos:Vida.

Os satélites mediram a vida terrestre e oceânica do espaço já na década de 1970. Mas não foi até o lançamento do Sensor de amplo campo de visão de visão do mar (SeaWiFS) em 1997 que a agência espacial iniciou o que agora é um contínuo, visão global da vida terrestre e oceânica. Uma nova animação captura a totalidade deste recorde de 20 anos, possibilitado por vários satélites, comprimindo uma visão de décadas da vida na Terra em poucos minutos cativantes.

"Estas são visualizações incrivelmente evocativas de nosso planeta vivo, "disse Gene Carl Feldman, oceanógrafo do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Essa é a Terra, é respirar todos os dias, mudando com as estações, respondendo ao Sol, aos ventos que mudam, correntes e temperaturas oceânicas. "

A visão da vida baseada no espaço permite que os cientistas monitorem a colheita, floresta e saúde pesqueira em todo o mundo. Mas os cientistas da agência espacial também descobriram mudanças de longo prazo em continentes e bacias oceânicas. À medida que a NASA inicia sua terceira década de medições globais de oceanos e terras, essas descobertas apontam para questões importantes sobre como os ecossistemas responderão às mudanças climáticas e às mudanças em larga escala na interação humana com a terra.

Os satélites mediram que o Ártico está ficando mais verde, conforme os arbustos expandem seu alcance e prosperam em temperaturas mais quentes. As observações do espaço ajudam a determinar a produção agrícola global, e são usados ​​na detecção de alerta precoce de fome. À medida que as águas do oceano aquecem, os satélites detectaram uma mudança nas populações de fitoplâncton nas cinco grandes bacias oceânicas do planeta - a expansão dos "desertos biológicos" onde pouca vida prospera. E como as concentrações de dióxido de carbono na atmosfera continuam a aumentar e aquecer o clima, A compreensão global da NASA sobre a vida vegetal terá um papel crítico no monitoramento do carbono à medida que ele se move pelo sistema terrestre.

Vida na Terra, do espaço

Sessenta anos atrás, as pessoas não tinham certeza de que a superfície da Terra pudesse ser vista claramente do espaço. Muitos pensaram que as partículas de poeira e outros aerossóis na atmosfera espalhariam a luz, mascarando os oceanos e continentes, disse Jeffrey Masek, chefe do Laboratório de Ciências Biosféricas da NASA Goddard.

Os programas Gemini e Apollo demonstraram o contrário. Os astronautas usaram câmeras especializadas para tirar fotos da Terra que mostram a beleza e a complexidade do nosso planeta vivo, e ajudou a iniciar a era da pesquisa em ciências da Terra a partir do espaço. Em 1972, a primeira missão Landsat iniciou seu registro de 45 anos de vegetação e cobertura do solo.

"À medida que o arquivo do satélite se expande, você vê mais e mais dinâmicas surgindo, "Masek disse." Agora somos capazes de olhar para as tendências de longo prazo. "

As pastagens do Senegal, por exemplo, passar por mudanças sazonais drásticas. Gramíneas e arbustos florescem durante a estação chuvosa de junho a novembro, depois seque quando a chuva parar. Com os primeiros dados de satélite meteorológico nas décadas de 1970 e 80, O cientista de Goddard da NASA, Compton Tucker, foi capaz de ver o verde e a morte do espaço, medir a clorofila nas plantas abaixo. Ele desenvolveu uma maneira de comparar dados de satélite de dois comprimentos de onda, que fornece uma medida quantitativa dessa verdura, chamada Índice de Vegetação por Diferença Normalizada.

“Ficamos surpresos quando vimos as primeiras imagens. Elas foram incríveis porque mostraram como a vegetação muda anualmente, Ano após ano, "Tucker disse, observando que outros também ficaram surpresos quando o estudo foi publicado em 1985. "Quando produzimos este artigo, pessoas nos acusaram de 'pintar por números, 'ou dados falsificados. Mas pela primeira vez, você poderia estudar a vegetação do espaço com base em sua capacidade fotossintética. "

Quando a temperatura estiver certa, e água e luz solar estão disponíveis, as plantas fotossintetizam e produzem material vegetativo. As folhas absorvem fortemente a luz azul e vermelha, mas refletem a luz infravermelha próxima de volta para o espaço. Ao comparar a proporção da luz vermelha com a luz infravermelha próxima, Tucker e seus colegas puderam quantificar a vegetação que cobre a terra.

Expandindo essas observações para o resto do globo, os cientistas puderam rastrear o impacto nas plantas das estações chuvosa e seca em outras partes da África, veja as flores da primavera na América do Norte, e os efeitos colaterais dos incêndios florestais em todo o mundo.

Mas a terra é apenas parte da história. Na base da teia alimentar do oceano está o fitoplâncton - minúsculos organismos que, como plantas terrestres, transformar água e dióxido de carbono em açúcar e oxigênio, auxiliado pela combinação certa de nutrientes e luz solar.

Os satélites que podem monitorar as mudanças sutis na cor do oceano ajudaram os cientistas a rastrear mudanças nas populações de fitoplâncton em todo o mundo. A primeira imagem da cor do oceano veio do Coastal Zone Color Scanner, um instrumento de prova de conceito lançado em 1979. Observações contínuas da cor do oceano começaram com o lançamento do SeaWIFS no final de 1997. O satélite estava bem a tempo de capturar as condições de El Niño para La Niña em 1998, revelando a rapidez e dramaticamente o fitoplâncton responde às mudanças nas condições do oceano.

"Todo o Pacífico Oriental, da costa da América do Sul até a data limite, fez a transição do que era o equivalente a um deserto biológico para uma próspera floresta tropical. E vimos acontecer em tempo real, "Feldman disse." Para mim, essa foi a primeira demonstração do poder desse tipo de observação, para ver como o oceano responde a uma das perturbações ambientais mais significativas que pode experimentar, ao longo de apenas algumas semanas. Também mostrou que o oceano e toda a vida dentro dele são incrivelmente resistentes - se tivermos uma chance. "

Rastreamento de mudança de satélites

Com 20 anos de dados de satélite rastreando a vida vegetal do oceano em escala global, os cientistas estão investigando como os habitats e ecossistemas estão respondendo às mudanças nas condições ambientais.

Estudos recentes da vida oceânica mostraram que uma tendência de longo prazo de aumento da temperatura da superfície do mar está causando a expansão das regiões oceânicas conhecidas como "desertos biológicos". Essas regiões de baixo crescimento do fitoplâncton ocorrem no centro de grandes, correntes lentas chamadas giros.

"À medida que as águas superficiais aquecem, cria uma fronteira mais forte entre as profundezas, frio, águas ricas em nutrientes e luz solar, geralmente águas superficiais pobres em nutrientes, "Feldman disse. Isso impede que os nutrientes cheguem ao fitoplâncton na superfície, e pode ter consequências significativas para a pesca e o ecossistema marinho.

No Oceano Ártico, uma explosão de fitoplâncton indica mudança. À medida que o gelo do mar sazonal derrete, o aquecimento das águas e mais luz solar irão desencadear de repente, floração de fitoplâncton maciça que alimenta pássaros, leões marinhos e peixes recém-nascidos. Mas com o aquecimento da temperatura atmosférica, esse florescimento agora está acontecendo várias semanas antes - antes que os animais estejam prontos para aproveitá-lo.

"Não é só a quantidade de comida, é a localização e o momento que são tão críticos, "Feldman disse." A flor da primavera está chegando mais cedo, e isso vai impactar o ecossistema de maneiras que ainda não entendemos. "

O clima está esquentando mais rápido nas regiões árticas, e os impactos na terra também são visíveis do espaço. A tundra do oeste do Alasca, Quebec e outros lugares estão ficando mais verdes à medida que os arbustos estendem seu alcance para o norte.

As florestas vizinhas do norte também estão mudando. Grandes incêndios em 2004 e 2015 destruíram milhões de hectares de florestas no Alasca, incluindo florestas de abetos, observou Chris Potter, um cientista pesquisador do Ames Research Center da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia.

"Esses incêndios foram incríveis na quantidade de área de floresta que queimaram e no calor que queimaram, "Potter disse." Quando a temperatura do ar atinge 90 graus Fahrenheit no final de maio lá em cima, e todos esses relâmpagos ocorreram, a floresta queimou extensivamente - perto de rios, perto de aldeias - e nada poderia impedi-lo. "

Os satélites ajudam os cientistas a mapear incêndios rotineiramente, desmatamento e outras mudanças, e analisar seu impacto no ciclo do carbono, Potter disse. Fogos gigantes liberam muitas toneladas de dióxido de carbono na atmosfera, tanto das árvores carbonizadas e musgo, mas também, especialmente nas latitudes do norte, dos solos. Potter e seus colegas foram às áreas queimadas do Alasca Central este ano para medir o permafrost subjacente - a espessa camada de musgo havia queimado, expor os solos previamente congelados.

"É como retirar a camada isolante de um refrigerador, "ele disse." O gelo derrete por baixo e torna-se uma bagunça lamacenta. "

Os tipos de floresta também podem mudar, seja depois de incêndios florestais, infestações de insetos ou outros distúrbios. As florestas de abetos do Alasca estão sendo substituídas por bétulas. Potter e seus colegas também estão de olho nas florestas da Califórnia queimadas em incêndios recentes, onde a preocupação é que os pinheiros sejam substituídos por carvalhos.

“Quando a seca se acentua com essas altas temperaturas recordes, nada de bom parece vir disso para o tipo de floresta existente, "disse ele." Acho que estamos vendo evidências claras de que o clima está causando mudanças na cobertura da terra. "

De olho nas plantações

A mudança de temperaturas e padrões de precipitação também influenciam as colheitas, sejam eles cultivados na Califórnia ou na África. A medida de "verdura" que os cientistas usam para medir florestas e pastagens também pode ser usada para a agricultura, para monitorar a saúde dos campos ao longo da estação de cultivo.

Pesquisadores e formuladores de políticas perceberam esse potencial cedo. Uma das primeiras aplicações dos dados Landsat na década de 1970 foi prever a produção de grãos na Rússia e compreender melhor os mercados de commodities. Em 1985, analistas de segurança alimentar da USAID abordaram a NASA para incorporar imagens de satélite em sua Rede de Sistemas de Alerta Antecipado contra Fome, para identificar regiões onde a produção de alimentos foi limitada pela seca. Essa parceria continua até hoje. Com estimativas de precipitação, medições de vegetação, bem como a recente adição de informações sobre a umidade do solo, Os cientistas da NASA podem ajudar organizações como a USAID a direcionar ajuda de emergência.

Com dados aprimorados do Landsat, os instrumentos MODIS nas espaçonaves Terra e Aqua da NASA e outros satélites, e combinando dados de vários sensores, os pesquisadores agora podem acompanhar o crescimento das safras em campos individuais, Disse Tucker.

"Isso move as coisas para os tamanhos de campo para provavelmente 80 por cento dos campos globalmente - este é um grande avanço, "Disse Tucker.

A visão do espaço não apenas ajuda a monitorar as colheitas, mas também pode ajudar a melhorar as práticas agrícolas. Uma vinícola na Califórnia, por exemplo, usa pixels individuais de dados Landsat para determinar quando irrigar e quanta água usar.

O próximo passo para os cientistas da NASA é realmente olhar para o processo de fotossíntese do espaço. Quando as plantas passam por esse processo químico, parte da energia absorvida fluorescente fracamente de volta, observa Joanna Joiner, um cientista pesquisador Goddard da NASA. Com satélites que detectam sinais nos comprimentos de onda muito específicos desta fluorescência, e uma técnica de análise afinada que bloqueia os sinais de fundo, Joiner e seus colegas podem ver onde e quando as plantas começam a converter a luz solar em açúcares.

"Foi uma espécie de revelação que sim, você pode medi-lo, ", Disse Joiner. Um estudo anterior analisou o Cinturão do Milho dos EUA e descobriu que fica fluorescente" como um louco, "disse ela." Essas plantas têm algumas das taxas de fluorescência mais altas da Terra em seu pico. "

Joiner e Tucker estão usando os dados de fluorescência e os índices de vegetação para obter o máximo de informações possíveis sobre o crescimento das plantas em escalas regional e global:"Uma das grandes questões que ainda permanecem é quanto carbono as plantas estão absorvendo, por que isso varia de ano para ano, e quais áreas estão contribuindo para essa variabilidade, "Joiner disse

Sejam colheitas, florestas ou florações de fitoplâncton, Cientistas da NASA estão rastreando a vida na Terra. Assim como os satélites ajudam os pesquisadores a estudar a atmosfera, chuva e outras características físicas do planeta, a visão cada vez melhor de cima permitirá que estudem a vida interconectada do planeta, Feldman disse.

"Esta é a capacidade que nos permitirá entender como a biologia da Terra responde a um planeta em mudança, " ele disse.