Puls planety. Tak wygląda zapis EKG Ziemi

Tekst Peter Miller

Widok z okna był dość ponury. Lecąc samolotem badawczym nad lasami kalifornijskich sekwoi olbrzymich, Greg Asner widział żniwo, jakie zebrała czteroletnia susza. Ale gdy odwrócił się od okna, aby zerknąć na wyświetlacz wideo w swoim latającym laboratorium, widok był jeszcze bardziej alarmujący. W niektórych miejscach las jaskrawo czerwieniał. – Wykazywał niepokojąco wysoki poziom stresu – powiedział Asner.

Cyfrowe obrazy pochodziły z nowego systemu skanującego 3D, który Asner, ekolog z Carnegie Institution for Science, zainstalował w swoim samolocie. Bliźniacze lasery skanera muskały drzewa, wybierając pojedyncze gałęzie z wysokości 2100 m. Bliźniacze spektrometry obrazowe rejestrowały setki długości fal odbitego światła słonecznego w zakresie od promieni widzialnych po podczerwień, pokazując szczegółowe podpisy chemiczne identyfikujące każde drzewo pod względem gatunku. Informowały nawet, ile wody drzewo wchłonęło, co jest głównym wskaźnikiem zdrowia. – To było swego rodzaju badanie krwi lasu – stwierdził Asner. Zgodnie z ustawieniem kolorów drzewa usychające z pragnienia biły po oczach czerwienią.

Choć obrazy te są niepokojące, stanowią potężne narzędzie do badania planety. – System produkuje mapy, które w ciągu jednego przelotu powiedzą nam więcej o ekosystemie, niż moglibyśmy uzyskać, pracując przez całe życie na ziemi – napisał później Asner. – A obserwatorium Carnegie Airborne Asnera to tylko forpoczta szerszego trendu.

Pół wieku po tym, jak pierwszy satelita pogodowy wysłał niewyraźne obrazy chmur kłębiących się nad północnym Atlantykiem, zaawansowane czujniki robią dla naukowców to, co medyczne skanery zrobiły dla lekarzy – zapewniają im stale udoskonalane narzędzia do monitorowania parametrów życiowych Ziemi. W 2014 i na początku 2015 r. NASA rozpoczęła pięć dużych misji mających na celu obserwację Ziemi (w tym dwa nowe instrumenty na stacji kosmicznej), zwiększając ich liczbę do 19. Agencje kosmiczne z Brazylii, Chin, Europy i innych miejsc także włączyły się w te działania. – Bez wątpienia mamy obecnie złoty wiek zdalnych czujników – mówi Michael Freilich, dyrektor ds. nauk o Ziemi NASA.

Niestety trzeba przyznać, że wiadomości docierające z tych oczu umieszczonych na niebie w większości nie są dobre. Pokazują one, że na świecie zachodzą gwałtowne zmiany, od topnienia lodowców i zmniejszania powierzchni lasów deszczowych po wzrost poziomu mórz. Ale w czasach, gdy ludzie wywierają bezprecedensową presję na Ziemię, najnowsze czujniki zapewniają bezprecedensową możliwość monitorowania tego wpływu. Może nie jest to lek na bolączki trapiące planetę, ale przynajmniej lepsza diagnoza. To samo w sobie daje nadzieję.

Woda to krew Ziemi i po raz pierwszy wysoko latające czujniki dają szansę śledzenia jej, gdy krąży między stadiami naturalnego cyklu: spada jako deszcz lub śnieg, wpływa do rzek, jest pompowana z warstw wodonośnych lub odparowuje z powrotem do atmosfery. Naukowcy wykorzystują obecnie swoją wiedzę, aby przewidywać susze, ostrzegać przed powodziami, chronić wodę pitną i poprawiać zbiory.

Kryzys wodny w Kalifornii zmienił terytorium tego stanu w laboratorium dla projektów wykorzystujących zdalnie sterowane czujniki. Przez minione trzy lata zespół z NASA pod kierunkiem Toma Paintera latał samolotem pełnym instrumentów badawczych nad Parkiem Narodowym Yosemite, aby mierzyć grubość pokrywy śnieżnej zasilającej zbiornik Hetch Hetchy, główne źródło wody dla San Francisco.

Do tej pory ilość śniegu na pobliskich szczytach szacowano w tradycyjny sposób – za pomocą kilku mierników i pieszych wypraw pomiarowych. Dane były wprowadzane do modelu statystycznego, który przewidywał wiosenne roztopy na podstawie historycznych wzorów. Ale ostatnio w Sierra Nevada padało tak mało śniegu, że dane historyczne nie stanowiły żadnej analogii. Dlatego Chris Graham, analityk w Hetch Hetchy, przyjął przedstawioną przez naukowców z NASA propozycję zmierzenia pokrywy śnieżnej z nieba.

Samolot Twin Otter Paintera był wyposażony w czujniki podobne do tych w samolocie Grega Asnera: lidar skanujący służący do pomiaru głębokości śniegu oraz spektrometr obrazowy do analizy jego właściwości. Lidar działa tak samo jak radar, ale wykorzystuje światło laserowe, określając odległość pomiędzy samolotem a śniegiem na podstawie czasu potrzebnego do powrotu odbitego światła. Porównując obszar pokryty śniegiem z topografią skanowaną w bezśnieżny dzień w lecie, Painter i jego zespół mogli dokładnie zmierzyć ilość śniegu znajdującą się w całym zlewisku zajmującym 1200 km2. W tym samym czasie spektrometr obrazowy mierzył wielkość płatków śniegu i ilość pyłu na powierzchni – oba te parametry wpływają na szybkość topnienia w wiosennym słońcu i szybkość tworzenia się wody roztopowej. – Nigdy wcześniej nie mieliśmy takich danych – stwierdził Graham.

Painter badał także malejące pokrywy śnieżne w Górach Skalistych – śnieg w nich zawarty dostarcza wody milionom ludzi na południowym zachodzie USA. Niedługo planuje zabrać swoją technologię w inne obszary górskie na świecie, gdzie pochodzące ze śniegu zasoby wodne są zagrożone, np. zlewiska Indusu i Gangesu w Himalajach. – Przed końcem dekady zmiany w pokrywie śnieżnej odczuje prawie 2 mld osób – mówi. – To jedna z największych w historii zmian klimatu.

To tylko fragment z listopadowego "National Geographic Polska" – już w kioskach!