Het laatste wetenschappelijke artikel van een NASA-wetenschapper, deze maand postuum gepubliceerd, onthult nieuwe inzichten in een van de meest complexe uitdagingen van het klimaat op aarde:het begrijpen en voorspellen van toekomstige atmosferische niveaus van broeikasgassen en de rol van de oceaan en het land bij het bepalen van die niveaus.

Een paper gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences werd geleid door Piers J. Sellers, voormalig directeur van de Earth Sciences Division bij NASA's Goddard Space Flight Center, die in december 2016 stierf. Sellers was een aardwetenschapper bij NASA Goddard en later een astronaut die op drie spaceshuttle-missies vloog.

De paper bevat een belangrijke overkoepelende boodschap:de huidige internationale vloot van satellieten maakt echte verbeteringen in het nauwkeurig meten van broeikasgassen vanuit de ruimte, maar in de toekomst zal een meer geavanceerd observatiesysteem nodig zijn om het veranderende klimaat op aarde te begrijpen en te voorspellen op het nauwkeurigheidsniveau dat de samenleving nodig heeft.

Verkopers schreven het artikel samen met collega's van NASA's Jet Propulsion Laboratory en de University of Oklahoma. Het werk aan het papier begon in 2015, en Sellers bleef werken met zijn medewerkers tot ongeveer zes weken voordat hij stierf. Ze gingen door met het onderzoek en het schrijven van het artikel tot de publicatie deze week.

Het artikel richt zich op het onderwerp dat centraal stond in de onderzoekscarrière van Sellers:de biosfeer van de aarde en de interacties met het klimaat van de planeet. In de jaren tachtig hielp hij pionieren met computermodellering van de vegetatie op aarde. In de nieuwe krant Verkopers en co-auteurs onderzochten "terugkoppelingen van de koolstofcyclus en het klimaat - de mogelijke reactie van natuurlijke systemen op klimaatverandering veroorzaakt door menselijke emissies - en hebben een visie uiteengezet over hoe deze reactie het beste op wereldwijde schaal vanuit de ruimte kan worden gemeten.

De uitwisseling van koolstof tussen het land, oceaan en lucht spelen een grote rol bij het bepalen van de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer, die grotendeels het toekomstige klimaat op aarde zullen bepalen. Maar, er spelen complexe interacties. Terwijl de door de mens veroorzaakte uitstoot van broeikasgassen zich opstapelt in de atmosfeer, landecosystemen en de oceaan compenseren nog steeds ongeveer 50 procent van al die emissies. Naarmate het klimaat warmer wordt, weten wetenschappers niet zeker of bossen en de oceaan ongeveer de helft van de emissies zullen blijven absorberen - als een koolstofput - of dat deze compensatie lager wordt, of als de putten koolstofbronnen worden.

Paper co-auteur David Schimel, een wetenschapper bij JPL en een oude wetenschappelijke medewerker van Sellers', zei de krant hoe hij, Verkopers en de andere co-auteurs zagen dit wetenschappelijke probleem als een van de kritische onderzoeksdoelen voor NASA-aardwetenschap.

"We zagen allemaal het begrijpen van de toekomst van koolstofcyclusfeedback als een van de grote uitdagingen van de wetenschap op het gebied van klimaatverandering, ' zei Schimel.

Het begrip van wetenschappers over hoe de levende systemen van de aarde omgaan met stijgende atmosferische niveaus van broeikasgassen is de afgelopen decennia enorm veranderd, zei co-auteur Berrien Moore III, van de Universiteit van Oklahoma. Moore is sinds de jaren tachtig wetenschappelijk medewerker van Sellers en Schimel. Dat zei hij toen, wetenschappers dachten dat de oceaan ongeveer de helft van de jaarlijkse CO2-uitstoot absorbeerde, terwijl planten op het land een minimale rol speelden. Wetenschappers begrijpen nu dat de oceaan en het land samen ongeveer de helft van alle emissies absorberen, waarbij de rol van het aardse systeem sterk wordt beïnvloed door grootschalige weerpatronen zoals El Niño en La Niña. Moore is ook de hoofdonderzoeker van een NASA-missie genaamd GeoCarb, gepland voor lancering in 2022, die de broeikasgassen over een groot deel van het westelijk halfrond vanuit een geostationaire baan zal volgen.

NASA lanceerde in 2014 het Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), en met de vooruitgang van meet- en computermodelleringstechnieken, wetenschappers krijgen een beter begrip van hoe koolstof door het land beweegt, oceaan en atmosfeer. Dit nieuwe artikel bouwt voort op eerder onderzoek en richt zich op een merkwaardige reeks gebeurtenissen in 2015. Terwijl de menselijke uitstoot van kooldioxide in dat jaar voor het eerst in decennia afnam, de groeisnelheid in atmosferische concentraties van kooldioxide nam eigenlijk tegelijkertijd toe.

Dit was een verder bewijs van wat wetenschappers al jaren aan het puzzelen waren:dat een complexe combinatie van factoren, inclusief het weer, droogte, branden en meer, draagt ​​bij aan de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer.

Echter, met de nieuwe combinatie van OCO-2-waarnemingen en ruimtegebaseerde metingen van plantenfluorescentie (in wezen een maatstaf voor fotosynthese), onderzoekers zijn begonnen met het maken van nauwkeurigere schattingen van waar koolstof werd geabsorbeerd en vrijgegeven rond de planeet in 2015, toen een intense El Niño van kracht was, vergeleken met andere jaren.

De paper volgt een rapport van een workshop uit 2015 over de koolstofcyclus onder leiding van verkopers, Schimmel, en Moor. Schimel en Moore wezen er allebei op dat elk van de meer dan 40 deelnemers aan de workshop heeft bijgedragen aan een wetenschappelijk eindrapport van de bijeenkomst - een zeldzame gebeurtenis. Ze schreven dit toe, gedeeltelijk, tot de inspirerende rol die verkopers speelden bij het aanzetten tot denken en handelen.

"Als je iemand als Piers in de kamer hebt, er is een magnetisch effect, "Zei Moore. "Piers had zijn schouder aan het stuur, dus iedereen moest de schouders eronder zetten."

Schimel en Moore zeiden dat de workshoppaper een visie schetst voor wat er nodig is in een toekomstig ruimtegebaseerd observatiesysteem om te meten, begrijpen, en voorspel koolstofcyclusfeedback:actieve en passieve instrumenten, en satellieten, zowel in lage aarde- als geostationaire banen rond de wereld. In de komende jaren, NASA en ruimteagentschappen in Europa, Japan, en China, zullen allemaal nieuwe monitoringmissies voor broeikasgassen lanceren.

"Piers vond het absoluut essentieel om het goed te doen, " zei Schimel, "en essentieel om het de eerste keer min of meer goed te doen."

De auteurs hebben de publicatie van het artikel opgedragen aan verkopers, en in hun opdracht verwezen naar een citaat van Winston Churchill dat vaak wordt aangehaald door de in Engeland geboren wetenschapper. Ze schreven:"P.J.S. benaderde de uitdaging van koolstofwetenschap in de geest van een favoriet citaat van Churchill, 'Moeilijkheden overwonnen zijn kansen gewonnen, ' en hij wilde het koolstofklimaatprobleem oplossen door de moeilijkheden aan te pakken en de kansen te grijpen."