De taak om de koolstofcyclus van de aarde en de koolstofdioxide-emissies van de mensheid te bewaken, wordt in toenemende mate van bovenaf ondersteund, dankzij de terabytes aan gegevens die van satellieten naar de aarde stromen.

Vijf artikelen gepubliceerd in Wetenschap leveren vandaag gegevens van NASA's Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) missie. Ze tonen de koolstofcyclus van de aarde in ongekend detail, inclusief de gevolgen van branden in Zuidoost-Azië, de groeipercentages van de Amazonebossen, en de recordbrekende stijging van kooldioxide in de atmosfeer tijdens de El Niño 2015-16.

Een ander satellietonderzoek dat twee weken geleden werd vrijgegeven, onthulde een snel verlies van biomassa in de tropen, waaruit blijkt dat we de grootste bronnen van terrestrische koolstofemissies over het hoofd hebben gezien. Hoewel we ons misschien zorgen maken over het opruimen van land, uit tropische bossen gaat twee keer zoveel biomassa verloren door afbraakprocessen zoals oogsten.

De volgende stap in ons begrip van de koolstofdynamiek van de aarde is het bouwen van sensoren, satellieten en computermodellen die menselijke activiteit kunnen onderscheiden van natuurlijke processen.

Kunnen satellieten door mensen veroorzaakte emissies zien?

Het idee om satellieten te gebruiken om onze inspanningen bij te houden om de uitstoot van fossiele brandstoffen te verminderen, is aanlokkelijk. Huidige satellieten kunnen het niet, maar de volgende generatie is gericht op het ondersteunen van de monitoring op het niveau van landen, regio's en steden.

Huidige satellietsensoren kunnen CO₂-niveaus in de atmosfeer meten, maar kan niet zeggen of het komt van de natuurlijke uitwisseling van koolstof met het land en de oceanen, of door menselijke activiteiten zoals het verbranden van fossiele brandstoffen, cementproductie, en ontbossing.

Hetzelfde, satellieten kunnen geen onderscheid maken tussen natuurlijke en menselijke veranderingen in bladbedekking (groenheid), of het vermogen van vegetatie om CO₂ op te nemen.

Maar naarmate de ruimtelijke resolutie van satellieten toeneemt, dit zal veranderen. OCO-2 kan objecten zien die zo klein zijn als 3 vierkante kilometer, terwijl de vorige speciaal gebouwde satelliet GOSAT beperkt is tot het observeren van objecten die niet kleiner zijn dan ongeveer 50 vierkante kilometer.

Naarmate de resolutie verbetert, zullen we de verhoogde CO₂-concentraties beter kunnen waarnemen dan emissiehotspots zoals grote steden, bosbrandgebieden in Afrika en Australië, of zelfs individuele energiecentrales en industriële lekken.

Door deze waarnemingstechnieken te combineren met computermodellen van de atmosfeer, oceanen en land, we zullen in staat zijn om de impact van de mensheid te scheiden van natuurlijke processen.

Bijvoorbeeld, we weten al lang dat de atmosferische CO₂-concentratie sneller stijgt tijdens een El Nino-gebeurtenis, en dat dit vooral te wijten is aan veranderingen op het land. Alleen met het vogelperspectief van de OCO-2-satelliet konden we zien dat elk van de tropische continenten zo verschillend reageerde tijdens de recente grote El Niño:de uitstoot van branden nam toe in Zuidoost-Azië, de koolstofopname door bossen in het Amazonegebied nam af, en de bodemademhaling in tropisch Afrika nam toe.

evenzo, we kunnen nu de processen onderzoeken achter de buitengewone vergroening van de aarde in de afgelopen decennia naarmate de CO₂-niveaus zijn gestegen. Tot 50% van het begroeide land is nu groener dan 30 jaar geleden. Het toenemende door de mens aangedreven CO2-bemestingseffect op vegetatie werd als de dominante factor beschouwd.

We hebben nu satellieten die dit proces kunnen bestuderen met ruimtelijke resoluties van tientallen meters – wat betekent dat we ook processen in de gaten kunnen houden die deze vergroening ongedaan maken, zoals ontbossing.

Wat is er in petto

Het komende decennium zullen er nog meer ruimtesensoren en modelleringstools worden ontwikkeld om ons te helpen de koolstofcyclus in de gaten te houden.

GOSAT-2 zal de huidige GOSAT vervangen, biedt aanzienlijk verbeterde resolutie en gevoeligere metingen van CO₂ en methaan (CH₄), een ander belangrijk broeikasgas.

In de tussentijd, de GeoCarb-satelliet zal in een stationaire baan boven Amerika worden gelanceerd om CO₂ te meten, CH₄ (grotendeels uit wetlands in de tropen), en koolmonoxide (uit verbranding van biomassa). Het houdt eventuele grote lekken uit de gasindustrie in de gaten.

De BIOMASS- en FLEX-satellietmissies zullen betere wereldwijde schattingen opleveren van boshoogte en koolstofdichtheid, en van de fotosynthetische capaciteit van planten, respectievelijk.

Aan boord van het internationale ruimtestation, een instrument genaamd GEDI, zal ook de vegetatiehoogte en -structuur schatten, en in combinatie met ECOSTRESS zullen veranderingen in bovengrondse biomassa worden beoordeeld, koolstofvoorraden en productiviteit.

In Australië, we ontwikkelen een atmosferisch modelleringssysteem en een dynamisch vegetatiemodel dat de nieuwste generatie satelliet- en grondobservaties kan opnemen om koolstofbronnen en -putten over het hele continent in kaart te brengen.

Via het Terrestrial Ecosystem Research Network (TERN), we bereiden ons voor om ten volle te profiteren van deze nieuwe missies, en helpen bij het valideren van veel van deze ruimteschattingen op de Supersites van TERN en andere belangrijke bemonsteringspercelen.

Met de schat aan informatie die wordt gegenereerd door ruimtesensoren, evenals aardobservaties en computermodellen, we gaan een tijdperk in waarin we een ongekend vermogen zullen hebben om de impact van mensen op onze atmosfeer te volgen, landen en oceanen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.