Satellietgegevens met hoge resolutie van NASA's Orbiting Carbon Observatory-2 onthullen de subtiele manieren waarop koolstof alles op aarde verbindt - de oceaan, land, atmosfeer, terrestrische ecosystemen en menselijke activiteiten. Wetenschappers die de eerste 2 1/2 jaar aan OCO-2-gegevens gebruiken, hebben vandaag een speciale verzameling van vijf artikelen in het tijdschrift gepubliceerd Wetenschap dat toont de breedte van dit onderzoek aan.

Naast het laten zien hoe droogte en hitte in tropische bossen de wereldwijde koolstofdioxideniveaus beïnvloedden tijdens de El Niño 2015-16, andere resultaten van deze artikelen richten zich op de afgifte en absorptie van koolstof in de oceaan, stedelijke emissies en een nieuwe manier om fotosynthese te bestuderen. Een laatste paper door OCO-2 plaatsvervangend projectwetenschapper Annmarie Eldering van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, en collega's geeft een overzicht van de stand van de OCO-2-wetenschap.

Emissies van afzonderlijke steden en vulkanen zichtbaar vanuit de ruimte

Meer dan 70 procent van de CO2-uitstoot door menselijke activiteiten komt uit steden, maar omdat het gas zich snel in de atmosfeer vermengt, stedelijke emissies zijn moeilijk te isoleren en te analyseren. Florian Schwandner van JPL en collega's gebruikten OCO-2-waarnemingen om te detecteren hoe de kooldioxide-emissies in afzonderlijke steden variëren - de eerste keer dat dit is gedaan met gegevens die in slechts een paar minuten vanuit de ruimte zijn verzameld. Boven Los Angeles en omgeving, ze waren in staat om verschillen te detecteren die zo klein waren als 1 procent van de totale atmosferische kooldioxideconcentraties in de luchtkolom onder de satelliet.

De OCO-2-metingen in Los Angeles waren gedetailleerd genoeg om verschillen in concentraties binnen de stad als gevolg van gelokaliseerde bronnen vast te stellen. Ze volgden ook de afnemende kooldioxideconcentraties terwijl het ruimtevaartuig van de drukke stad naar de buitenwijken en naar de dunbevolkte woestijn in het noorden ging.

Dankzij de baan van OCO-2 kon het ook significante koolstofdioxidesignalen waarnemen van geïsoleerde pluimen van drie vulkanen op het eiland Vanuatu in de Stille Oceaan. Een baan direct benedenwinds van de berg Yasur, die sinds ten minste de 18e eeuw voortdurend uitbarst, leverde een smalle reeks koolstofdioxide op die ongeveer 3,4 delen per miljoen hoger was dan het achtergrondniveau - consistent met een uitstoot van 41,6 kiloton koolstofdioxide per dag. Dit is een waardevolle kwantificering van vulkanische emissies, die klein zijn in vergelijking met de gemiddelde menselijke uitstoot van ongeveer 100, 000 kiloton per dag.

El Niño onderdrukte de uitstoot van koolstof in de tropische oceaan

Abhishek Chatterjee van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en collega's bestudeerden hoe de grote El Niño van 2015-16 de kooldioxide boven de tropische Stille Oceaan beïnvloedde.

Dit oceaangebied is meestal een bron van koolstofdioxide voor de atmosfeer. Als onderdeel van de wereldwijde oceaancirculatie, koud, kooldioxiderijk water borrelt in deze regio naar de oppervlakte, en de extra kooldioxide-uitgassen naar de atmosfeer. Omdat El Niño-gebeurtenissen deze opwelling onderdrukken, wetenschappers hebben vermoed dat het de uitstoot van kooldioxide in de oceaan vermindert en daarom een ​​vertraging veroorzaakt in de groeisnelheid van de atmosferische kooldioxideconcentraties. Echter, tot OCO-2, er zijn onvoldoende atmosferische waarnemingen geweest boven de afgelegen tropische Stille Oceaan om deze theorie te bevestigen.

OCO-2-gegevens laten zien dat in de eerste paar maanden van de El Niño van 2015-16, de hoeveelheid kooldioxide die vrijkwam uit de tropische Stille Oceaan naar de atmosfeer daalde met 26 tot 54 procent. Dat vertaalt zich in een kortetermijnreductie van 0,4 tot 0,5 delen per miljoen in atmosferische concentratie, of bijna 0,1 procent van het totale koolstofdioxide in de atmosfeer.

Een verandering van een tiende van een procent in koolstofdioxide klinkt misschien verwaarloosbaar, maar het vond plaats boven een gebied in de Stille Oceaan, ongeveer zo groot als het hele continent Australië. Deze vermindering van de uitstoot van kooldioxide gedurende een paar maanden was sterk genoeg om te worden waargenomen door OCO-2 en het Tropical Pacific Observing System of boeien van de National Oceanic and Atmospheric Administration. die direct de kooldioxideconcentraties aan het oppervlak van de oceaan meten. De recordstijging van koolstofdioxide in de atmosfeer die plaatsvond in 2015 en 2016 zou nog groter zijn geweest zonder deze afname van de uitstoot van de tropische Stille Oceaan.

Met OCO-2, wetenschappers kunnen deze kleine veranderingen voor het eerst waarnemen, een eerste stap naar het begrijpen van de gevoeligheid van de koolstofcyclus voor klimaatvariaties op een schaal van jaren tot decennia.

Een nieuwe manier om fotosynthese te meten

Naast koolstofdioxide, OCO-2's spectrometers met hoge resolutie kunnen door de zon geïnduceerde fluorescentie waarnemen, of SIF. Deze straling, uitgestoten door chlorofylmoleculen in planten, geeft aan dat er fotosynthese plaatsvindt. SIF biedt waardevol inzicht in de wereldwijde fotosynthese omdat het de fotosynthese vastlegt tijdens het groeiseizoen en ook de vertraging ervan, bijvoorbeeld, over altijd groene bossen in de winter, wanneer bomen chlorofyl behouden maar stoppen met het opnemen van koolstofdioxide uit de atmosfeer.

Ying Sun van de Cornell-universiteit in Ithaca, New York, en collega's rapporteren over de unieke SIF-metingen van OCO-2, die een veel hogere ruimtelijke resolutie bieden dan enig vorig systeem. De verbeterde resolutie stelde de wetenschappers in staat om de allereerste validatie van SIF uit te voeren op basis van gelijktijdige observaties in de lucht.

OCO-2's kleinere "voetafdruk" op aarde stelde de onderzoekers in staat om de satellietmetingen directer te vergelijken met metingen op de grond van kooldioxidestromen tussen planten en de lucht. Ze vonden een consistent verband tussen SIF en de opname van koolstofdioxide in planten in verschillende soorten ecosystemen. Deze bevinding geeft de richting aan voor diepgaande studies die de relatie tussen SIF en wereldwijde fotosynthese verder kunnen verhelderen.