"O Ártico está se aquecendo de forma dramática - duas a três vezes mais rápido do que regiões de latitude média - Faltam observações sustentadas e modelos climáticos precisos para saber com confiança, como o balanço de carbono entre os seres vivos respondem às mudanças climáticas e fenômenos relacionados no 21 século ", disse o cientista Charles Miller do Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Califórnia. "As mudanças no clima podem desencadear transformações que não são simplesmente reversível dentro de nossas vidas, podendo causar mudanças rápidas no sistema Terra que vai exigir adaptações por pessoas e ecossistemas."
Zonas de permafrost ocupa quase um quarto da área de terra exposta do Hemisfério Norte.Carbono da NASA no ártico Reservatórios Experiment vulnerabilidade está sondando profundamente nas terras congeladas acima do Círculo Polar Ártico, no Alasca para medir as emissões de gases de efeito estufa dióxido de carbono e metano de degelo do permafrost - sinais que podem conter a chave para o futuro do clima da Terra.
Voando baixo e lento acima do selvagem, primitivo terreno de North Slope, no Alasca, em um avião especialmente instrumentado NASA Miller examina a brancura interminável de tundra e congelado permafrost abaixo. No horizonte, uma linha longa e escura aparece. O avião se aproxima, eo objeto misterioso revela-se um enorme rebanho de caribus migração, que se estende por quilômetros. É uma visão Miller não vai esquecer tão cedo.
"Vendo os caribus marchando de arquivo único através da tundra coloca o que estamos fazendo aqui no Ártico em perspectiva", disse Miller, investigador principal do carbono no Ártico Reservatórios Vulnerabilidade Experiment (CINZELE), um campo liderado pela Nasa cinco anos campanha estudando como a mudança climática está afetando o ciclo de carbono do Ártico.
"O Ártico é fundamental para compreender o clima global", disse ele. "A mudança climática já está acontecendo no Ártico, mais rápido do que seus ecossistemas podem se adaptar. Olhando para o Ártico é como olhar para o canário na mina de carvão para o sistema Terra inteira."
A bordo da aeronave Sherpa NASA C-23 a partir de Wallops vôo Facility da NASA , Wallops Island , Virginia, Miller, CINZELE Gerente de Projeto Steve Dinardo da JPL e da equipe de ciência CINZELE estão investigando profundamente nas terras congeladas acima do Círculo Polar Ártico. A equipa está a medição das emissões de gases de efeito estufa dióxido de carbono e metano de degelo do permafrost - sinais que podem conter a chave para o futuro do clima da Terra.
Perenemente congelado (permafrost) solos subjacentes a maior parte do Ártico. A cada verão, as camadas superiores destes solos degelo. A camada descongelada varia em profundidade de cerca de 4 polegadas (10 centímetros) de mais frio regiões de tundra a vários metros, ou metros, nas florestas boreais do sul. Esta camada de solo ativa na superfície fornece a posição precária em que Ártico vegetação sobrevive. Extremamente frio, condições úmidas do Ártico evitar plantas e animais mortos de decomposição, por isso a cada ano uma outra camada é adicionada aos reservatórios de carbono orgânico seqüestrado logo abaixo da camada superficial do solo.
Durante centenas de milênios, permafrost ártico solos acumularam vastas quantidades de carbono orgânico - um número estimado de 1.400 a 1.850 petagramas dele (a petagram é £ 2200000000000, ou 1 bilhão de toneladas métricas). Isso é cerca de metade de todo o carbono orgânico estimado armazenado nos solos da Terra. Em comparação, cerca de 350 pentagramas de carbono foram emitidos a partir de tudo queima de combustíveis fósseis e as atividades humanas desde 1850. A maior parte deste carbono está localizado na topsoils degelo vulneráveis dentro de 10 pés (3 metros) da superfície.
Mas, como os cientistas estão aprendendo, permafrost - e seu carbono armazenado - pode não ser tão permanentes como o próprio nome indica. E isso tem-nos preocupado.
"Solos permafrost estão se aquecendo mais rápido do que a temperatura do ar do Ártico - tanto quanto 2,7-4,5 graus Fahrenheit (1,5 a 2,5 graus Celsius) apenas nos últimos 30 anos", disse Miller. "Como o calor da superfície da Terra penetra no permafrost, que ameaça mobilizar esses reservatórios de carbono orgânico e liberá-los na atmosfera como dióxido de carbono e metano, perturbando o equilíbrio de carbono do Ártico e agravando muito o aquecimento global."
Modelos climáticos atuais não respondem de forma adequada para o impacto das alterações climáticas sobre o permafrost e como sua degradação pode afetar o clima regional e global. Os cientistas querem saber quanto permafrost carbono pode ser vulnerável a liberar como aquece o clima da Terra, e quão rápido ele pode ser liberado.
Digite CINZELE. Agora em seu terceiro ano, o programa de investigação da NASA Terra Ventures está expandindo nossa compreensão de como a água do Ártico e os ciclos de carbono estão ligados ao clima, bem como o que fogos de efeitos e degelo do permafrost do Ártico estão tendo sobre as emissões de carbono. CINZELE está testando hipóteses que Ártico reservatórios de carbono são vulneráveis ao aquecimento global, ao entregar as primeiras medições diretas e mapas regionais detalhadas Ártico dióxido de carbono e fontes de metano e demonstração de novas sensoriamento remoto e recursos de modelagem. Cerca de duas dezenas de cientistas de 12 instituições estão participando.
O CINZELE equipe voou vôos de teste em 2011 e os voos de ciência em 2012. Em abril e maio, eles completaram os dois de sete campanhas mensais planejados pela primeira vez em 2013, e eles estão voando sua campanha junho.
Cada campanha voo com uma semana em todo o Ártico do Alasca é projetado para capturar as variações sazonais no ciclo do carbono Ártico: degelo da primavera, em abril / maio, o pico da safra de verão, em junho / julho, e voltar a congelar queda anual e primeira neve em Setembro / Outubro. A partir de uma base em Fairbanks, no Alasca, o C-23 voa até oito horas por dia para sites na Encosta Norte do Alasca, interior e Yukon River Valley sobre tundra, permafrost, florestas boreais, turfeiras e pântanos.
O C-23 não vai ganhar nenhum concurso de beleza - seus pilotos se referem a ele como "um caminhão de UPS com um nariz ruim." No interior, é extremamente barulhento - os pilotos e tripulantes usar fones de ouvido com cancelamento de ruído para se comunicar. "Quando você tira os fones de ouvido, é como estar em uma corrida de NASCAR", Miller brincou.
Mas o que o C-23 não tem em beleza e tranquilidade, torna-se para a confiabilidade e sua capacidade de voar "na lama", por assim dizer. Na maioria das vezes, ele voa a cerca de 500 pés (152 metros) acima do nível do solo, com subidas periódicas para altitudes mais elevadas para coletar dados de fundo. Missões mais no ar que medem dióxido de carbono e metano não voar tão baixo. "CINZELE mostra que você precisa para voar muito perto da superfície no Ártico para capturar as trocas interessantes de carbono que ocorre entre a superfície ea atmosfera da Terra", disse Miller.
A bordo do avião, instrumentos sofisticados "cheirar" a atmosfera de gases de efeito estufa. Eles incluem um espectrômetro muito sensível, que analisa a luz solar refletida da superfície da Terra para medir o dióxido de carbono na atmosfera, o metano e monóxido de carbono. Este instrumento é um simulador de ar para da NASA Observatório Orbital de Carbono -2 (OCO-2) missão a ser lançado em 2014. Outros instrumentos de analisar amostras de ar do lado de fora do avião para os mesmos produtos químicos. Dados de navegação de aeronaves e dados meteorológicos básicos também são coletados. Os dados iniciais são entregues a cientistas dentro de 12 horas. As amostras de ar são enviados para a Universidade do Instituto de Colorado para pesquisa ártica e Alpine Laboratório de Isótopos Estáveis e Laboratório de radiocarbono em Boulder para análises para determinar as fontes do carbono e se vieram de degelo do permafrost.
Grande parte do CINZELE ciência virá voando pelo menos três anos, diz Miller. "Estamos mostrando o poder de usar, confiáveis prop aviões de baixo custo para fazer medições repetidas, freqüentes ao longo do tempo a olhar para as mudanças de mês para mês e de ano para ano".
Observações terrestres complementar os dados das aeronaves e são usados para calibrar e validar eles. Os locais de solo servem como pontos de ancoragem para esculpir faixas de voos. Dados terrestres incluem amostras de ar de torres altas e medições de umidade e temperatura do solo, para determinar se o solo está congelado, descongelado ou inundados.
É importante caracterizar com precisão os solos e estado das superfícies de terra. Há uma forte correlação entre as características do solo e liberação de dióxido de carbono e metano.Historicamente, o frio, solos úmidos de ecossistemas do Ártico tem armazenado mais carbono do que eles lançaram. Se a mudança climática faz com que o Ártico para obter mais quente e seco, os cientistas esperam que a maior parte do carbono para ser lançado como o dióxido de carbono. Se ele fica mais quente e úmido, a maioria vai ser na forma de metano.
A distinção é crítica. Molécula por molécula, o metano é 22 vezes mais potente como gás do efeito estufa do que o dióxido de carbono em uma escala de tempo de 100 anos, e 105 vezes mais potente em uma escala de tempo de 20 anos. Se apenas um por cento da permifrost carbono libertado durante um período de tempo curto é o metano, terá o mesmo efeito de estufa como os 99 por cento que é libertado o dióxido de carbono. Caracterizando este metano em relação ao dióxido de carbono é um dos principais objectivos CINZELE.
Há outras correlações entre as características do solo do Ártico ea liberação de dióxido de carbono e metano. As variações no tempo de degelo da primavera e do comprimento da estação de crescimento tem um grande impacto na produtividade da vegetação e se regiões de altas latitudes do norte gerar ou armazenar carbono.
CINZELE também está estudando incêndios impactos sobre o ciclo do carbono do Ártico. Incêndios em florestas boreais ou tundras acelerar o degelo do permafrost e liberação de carbono. Registros de observação de incêndio detalhadas desde 1942 mostram o número médio anual de Alaska incêndios tem aumentado, e os incêndios com áreas de queimaduras maiores do que 100 mil hectares estão ocorrendo com mais freqüência, tendências cientistas esperam para acelerar em um aquecimento do Ártico. Medições de esculpir simultâneas de gases de efeito estufa ajudará a quantificar quanto de carbono é liberado para a atmosfera a partir de incêndios no Alaska - um elemento crucial e incerto do seu orçamento de carbono.
O CINZELE equipe científica está ocupado analisar dados de seu primeiro ano completo de vôos da ciência. O que eles estão achando, Miller disse, é ao mesmo tempo surpreendente e potencialmente preocupante.
"Algumas das concentrações de metano e de dióxido de carbono que medimos ter sido grande, e estamos vendo padrões muito diferentes do que os modelos sugerem", disse Miller. "Vimos grandes explosões episódicas, de escala regional de dióxido de carbono maior do que o normal e metano no interior do Alasca e em todo o North Slope durante o degelo da primavera, e que durou até depois da refreeze queda. Para citar outro exemplo, em julho de 2012 vimos os níveis de metano sobre pântanos no deserto Innoko que eram de 650 partes por bilhão superiores aos níveis de base normais. Isso é semelhante ao que você pode encontrar em uma grande cidade ".
Em última análise, os cientistas esperam que suas observações vão indicar se um permafrost ponto de viragem irreversível pode ser à mão. Embora os cientistas ainda não acreditam que o Ártico chegou a esse ponto de inflexão, ninguém sabe ao certo. "Esperamos CINZELE pode ser capaz de achar que 'smoking gun', se existir", disse Miller.
Outras instituições participantes CINZELE incluem City College of New York, a Universidade conjunta de Colorado / National Oceanic and Atmospheric Administration Instituto Cooperativo de Pesquisa em Ciências Ambientais, Boulder, Colorado, San Diego State University, University of California, Irvine, California Institute of Tecnologia, Pasadena, da Universidade de Harvard, Cambridge, Massachusetts, Universidade da Califórnia, Berkeley, Lawrence Berkeley National Laboratory, em Berkeley, na Califórnia, Universidade da Califórnia, Santa Barbara, a Terra do Laboratório NOAA Sistema Research, Boulder, Colorado, e da Universidade de Melbourne , Victoria, Austrália.
O Galaxy diário via http://science.nasa.gov/missions/carve/
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