De bovenste 2 inch van de bovengrond op alle landmassa's van de aarde bevat een oneindig kleine fractie van het water van de planeet - minder dan een duizendste van een procent. Maar vanwege zijn positie op het grensvlak tussen het land en de atmosfeer, die kleine hoeveelheid speelt een cruciale rol in alles, van landbouw tot weer en klimaat, en zelfs de verspreiding van ziekten.

Het gedrag en de dynamiek van dit vochtreservoir waren erg moeilijk te kwantificeren en te analyseren, echter, omdat metingen traag en arbeidsintensief zijn geweest.

Die situatie veranderde met de lancering in 2015 van een NASA-satelliet genaamd SMAP (Soil Moisture Active Passive), ontworpen om wereldwijd uitgebreide en frequente metingen van het vocht in die bovenste laag grond te bieden. Het eerste jaar van waarnemingsgegevens van SMAP is nu geanalyseerd en biedt een aantal belangrijke verrassingen die zullen helpen bij het modelleren van klimaat, weersvoorspelling, en monitoring van de landbouw over de hele wereld.

Deze nieuwe resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen , in een paper van SMAP Science Teamleider Dara Entekhabi, recent MIT afgestudeerd Kaighin McColl PhD '16, en vier anderen. Entekhabi is een professor in het Ralph M. Parsons Laboratory for Environmental Science and Engineering in het Department of Civil and Environmental Engineering van het MIT.

De SMAP-waarnemingen bieden een ongekend niveau van gedetailleerde, wereldwijde informatie over de hoeveelheid water in die bovenste 5 centimeter grond, wereldwijd elke twee tot drie dagen verzameld. Entekhabi zegt dat dit belangrijk is omdat deze dunne laag een belangrijk onderdeel is van de wereldwijde watercyclus over de continenten, en ook een sleutelfactor in de wereldwijde energie- en koolstofcycli.

Neerslag op het land, en de verdamping van dat vocht uit het land, "transporteert grote hoeveelheden energie" tussen de continenten en de atmosfeer, Entekhabi zegt, en het klimaat op aarde zou drastisch anders zijn zonder dit element. de oceanen, met 97 procent van het water op aarde, een belangrijke rol spelen bij het opslaan en afgeven van warmte, maar over land wordt die rol vervuld door het vocht in de bovenste laag van de grond, zij het via verschillende mechanismen. Dat vocht "is een klein, klein deel van het waterbudget, maar het zit in een zeer kritieke zone aan de oppervlakte van het land, en speelt een onevenredig cruciale rol in de kringloop van water, " zegt hij. "Het speelt een belangrijke rol bij het matigen van het klimaat, op seizoensgebonden en jaarlijkse tijdschema's."

Deze cycli beter begrijpen, dankzij de nieuwe gegevens, kan helpen om weersvoorspellingen nauwkeuriger te maken over langere tijdschalen, wat een belangrijke zegen zou kunnen zijn voor de landbouw. Verschillende federale agentschappen zijn al begonnen met het gebruik van de SMAP-gegevens, Entekhabi zegt, bijvoorbeeld, om de voorspellingen van droogte en overstromingen nauwkeuriger te maken.

"De satelliet levert een buitengewone kwaliteit van bodemvochtinformatie aan het oppervlak die deze analyse mogelijk maakt, " zegt hij. De primaire missie van de satelliet van drie jaar is ongeveer halverwege, hij zegt, maar het team werkt aan het aanvragen van een uitgebreide missie die wel tien jaar kan duren.

Een van de grote verrassingen van de nieuwe gegevens is dat dit bovenste niveau van de bodem een ​​"geheugen" bewaart voor weersafwijkingen, meer dan op grond van de theorie en eerder was voorspeld, schaarsere metingen. Geheugen verwijst naar de persistentie van effecten van ongewoon hoge of lage hoeveelheden regen. In tegenstelling tot de verwachtingen van de meeste onderzoekers, het blijkt dat deze effecten enkele dagen aanhouden, in plaats van slechts een paar uur. Gemiddeld, ongeveer een zevende van de hoeveelheid regen die valt, is nog steeds aanwezig in die bovenste laag grond drie dagen nadat deze is gevallen - en deze persistentie is het grootst in de droogste gebieden.

De gegevens laten ook een significant terugkoppelingseffect zien dat de effecten van zowel droogte als overstromingen kan versterken. zegt Entekhabi. Wanneer vocht uit natte grond verdampt, het koelt de grond in het proces, maar als de grond te droog wordt, neemt de afkoeling af, wat kan leiden tot warmer weer en hittegolven die de droogte verlengen en verdiepen. Dergelijke effecten "was gespeculeerd, " hij zegt, "maar was niet direct waargenomen."

De lopende SMAP-missie biedt ook educatieve mogelijkheden die helpen bij het verifiëren en kalibreren van de satellietgegevens. Met minimale apparatuur, studenten kunnen deelnemen aan hands-on lessen in dataverzameling, met behulp van meetmethoden die als de gouden standaard worden beschouwd. Bijvoorbeeld, ze kunnen een grondmonster in een vast volume verzamelen, zoals een blikje tonijn, en weeg het voor en na het drogen. Het verschil tussen de twee gewichten geeft een nauwkeurige maat voor het vochtgehalte van de bodem in dat volume, die kan worden vergeleken met de vochtigheidsmeting van de satelliet.

Zelfs jonge studenten "kunnen 'gouden standaard'-metingen uitvoeren, en alles wat je nodig hebt is een keukenweegschaal en een oven, ', zegt Entekhabi. 'Maar het is erg arbeidsintensief. Daarom hebben we met scholen over de hele wereld samengewerkt om deze metingen te doen."