Himalaya. Karakoram. Hindoe Kush. De namen van de hoge bergketens van Azië roepen avontuur op voor degenen die ver weg wonen, maar voor meer dan een miljard mensen, dit zijn de namen van hun meest betrouwbare waterbron.

Sneeuw en gletsjers in deze bergen bevatten het grootste volume zoet water buiten de poolijskappen van de aarde, leidende hydrologen om deze regio de Derde Pool te noemen. Een zevende van de wereldbevolking is afhankelijk van rivieren die uit deze bergen stromen voor water om te drinken en om gewassen te irrigeren.

Snelle veranderingen in het klimaat in de regio, echter, zijn van invloed op het smelten van gletsjers en het smelten van sneeuw. Mensen in de regio passen hun landgebruik al aan als reactie op de veranderende watervoorziening, en de ecologie van de regio verandert. Toekomstige veranderingen zullen waarschijnlijk de voedsel- en waterzekerheid in India beïnvloeden, Pakistan, China en andere landen.

NASA houdt veranderingen zoals deze wereldwijd in de gaten om de toekomst van de watercyclus van onze planeet beter te begrijpen. In deze regio waar er extreme uitdagingen zijn bij het verzamelen van waarnemingen op de grond, NASA's satelliet en andere hulpbronnen kunnen aanzienlijke voordelen opleveren voor klimaatwetenschap en lokale besluitvormers die belast zijn met het beheren van een toch al schaarse hulpbron.

Het meest uitgebreide onderzoek ooit gemaakt van sneeuw, ijs en water in deze bergen en hoe ze veranderen is nu aan de gang. NASA's High Mountain Asia-team (HiMAT), onder leiding van Anthony Arendt van de Universiteit van Washington in Seattle, zit in zijn derde jaar. Het project bestaat uit 13 gecoördineerde onderzoeksgroepen die drie decennia aan gegevens over deze regio bestuderen in drie brede gebieden:weer en klimaat; ijs en sneeuw; en stroomafwaartse gevaren en effecten.

Alle drie deze vakgebieden veranderen, beginnend met klimaat Opwarmende lucht en veranderingen in moessonpatronen beïnvloeden de regionale watercyclus:hoeveel sneeuw en regen valt, en hoe en wanneer het sneeuwdek en de gletsjers smelten. Veranderingen in de watercyclus verhogen of verlagen het risico op lokale gevaren zoals aardverschuivingen en overstromingen, en hebben een brede impact op de watertoewijzing en gewassen die kunnen worden verbouwd.

Onmogelijke wetenschap mogelijk maken

Voor het grootste deel van de menselijke geschiedenis, een gedetailleerde wetenschappelijke studie van deze bergen was onmogelijk. De bergen zijn te hoog en steil, en het weer te gevaarlijk. Het satelliettijdperk heeft ons de eerste mogelijkheid gegeven om sneeuw- en ijsbedekking veilig te observeren en te meten op plaatsen waar nog nooit een mens een voet heeft gezet.

"De explosieve groei van satelliettechnologie is ongelooflijk geweest voor deze regio, " zei Jeffrey Kargel, een senior wetenschapper aan het Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, en leider van een HiMAT-team dat gletsjermeren bestudeert. "We kunnen nu dingen doen die we tien jaar geleden niet konden doen - en tien jaar geleden deden we dingen die we daarvoor niet konden doen." Kargel prees ook de vooruitgang in computertechnologie die veel meer onderzoekers in staat heeft gesteld om grote inspanningen op het gebied van gegevensverwerking te ondernemen, die nodig zijn om de weersvoorspelling over een dergelijke complexe topografie te verbeteren.

Het HiMAT-team van Arendt is belast met het integreren van de vele, verschillende soorten satellietwaarnemingen en bestaande numerieke modellen om een ​​gezaghebbende schatting te maken van het waterbudget van deze regio en een reeks producten die lokale beleidsmakers kunnen gebruiken bij het plannen van een veranderende watervoorziening. Een aantal datasets van HiMAT-teams zijn al geüpload naar NASA's Distributed Active Archive Center in het National Snow and Ice Data Center. collectief, de reeks nieuwe producten heet de Glacier and Snow Melt (GMELT) Toolbox.

Puin Dam Gevaren en andere effecten

Er is enige urgentie bij het invullen van de gereedschapskist, omdat veranderingen in smeltpatronen de gevaren van de regio lijken te vergroten - waarvan sommige alleen in dit soort terrein te vinden zijn, zoals puindam "mislukt" op gletsjermeren en stijgende gletsjers die de toegang tot bergdorpen en weilanden blokkeren. In de afgelopen decennia is steden en infrastructuur zoals wegen en bruggen zijn weggevaagd door deze gebeurtenissen.

Het team van Kargel bestudeert catastrofale overstromingen van gletsjermeren. Deze meren beginnen als smeltpoelen op het oppervlak van gletsjers, maar onder de juiste omstandigheden kunnen ze blijven smelten tot op de grond, achter een hachelijke stapel ijs en puin die oorspronkelijk de voorkant van de gletsjer was. Een aardbeving, steenslag of gewoon het toenemende gewicht van water kan de puindam doorbreken en een plotselinge overstroming veroorzaken.

Dit soort meren waren 50 of 60 jaar geleden bijna onbekend, maar aangezien de meeste Aziatische gletsjers in het hooggebergte kleiner zijn geworden en zich terugtrekken, gletsjermeren hebben zich vermenigvuldigd en groeien. De grootste die Kargel heeft gemeten, Lagere Barun in Nepal, is 673 voet (205 meter) diep met een volume van bijna 30 miljard gallons (112 miljoen kubieke meter), of ongeveer 45, 000 olympische zwembaden vol. Het HiMAT-team heeft elk gletsjermeer groter dan ongeveer 1 in kaart gebracht. 100 voet (330 meter) in diameter gedurende drie verschillende tijdsperioden - ongeveer 1985, 2001 en 2015 - om te bestuderen hoe de meren zijn geëvolueerd.

Naarmate de grootte en het aantal gletsjermeren toenemen, dat geldt ook voor de bedreiging die ze vormen voor de lokale bevolking en infrastructuur. Dalia Kirschbaum van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, leidt een groep die satellietgegevens gebruikt om te voorspellen welke gebieden het meest vatbaar zijn voor aardverschuivingen in het hooggebergte van Azië, die vervolgens de plaatsing van nieuwe infrastructuur van de regio kan informeren.

Donkerder sneeuw, Sneller smelten van sneeuw

Een cruciale factor in de toekomstige snelheid van het smelten van sneeuw en ijs is de rol van stof, roet en vervuiling die zich afzetten op de bevroren oppervlakken. Ongerepte witte sneeuw reflecteert meer dan 90% van de binnenkomende zonnestraling terug in de atmosfeer. Maar wanneer sneeuw wordt bedekt door donkerder gekleurde deeltjes roet of stof, deze coating neemt meer warmte op en de sneeuw smelt sneller. Onderzoek heeft aangetoond dat de reden dat de kleine ijstijd in Europa eindigde, was de coating van roet die door de industriële revolutie op de Alpen was afgezet. In Azië, de afgelopen 35 jaar is de hoeveelheid roet op de bergsneeuw aanzienlijk toegenomen. Of deze Aziatische bergketens op dezelfde manier zullen reageren als de Alpen eeuwen geleden deden, is een belangrijke vraag.

Verschillende HiMAT-teams zijn gefocust op dit probleem. Si-Chee Tsay van NASA Goddard gebruikt satellietgegevens om de eigenschappen van sneeuw beter te begrijpen, ijs, en stof- en roetdeeltjes in deze regio. Zijn groep werkt ook samen met regionale onderzoekers in Nepal om sensoren op grondniveau te installeren op gletsjers op de Mount Everest, Annapurna en Dhaulagiri, onder andere sites. Met deze sensoren kunnen onderzoekers de nauwkeurigheid controleren van satellietmetingen die op dezelfde locaties zijn verkregen.

Tom Schilder van de Universiteit van Californië, Los Angeles, leidt een team dat gebruikmaakt van satellietgegevens van NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) en de NOAA/NASA Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) in het community Weather Research and Forecasting-model om eerdere en mogelijke toekomstige variaties in sneeuwbedekking en andere factoren te kwantificeren als roet en stof veranderen. Een andere ploeg, onder leiding van Sarah Kapnick van NOAA, houdt rekening met stof en roet in mondiale klimaatmodellen, om het begrip van zowel historische als voorspelde toekomstige regionale veranderingen te verbeteren.

De hoogste bergen ter wereld zorgen voor unieke uitdagingen bij weersvoorspellingen. Een team onder leiding van Summer Rupper van de Universiteit van Utah in Salt Lake City heeft een van deze uitdagingen aangepakt door een model te ontwikkelen dat onderscheid maakt tussen ijs en sneeuw die tijdens het moessonseizoen in de regio zijn afgezet en die welke afkomstig zijn van winterstormen, zodat wetenschappers kunnen bestuderen waar en wanneer het hele jaar door sneeuw zal vallen.

Vroege conclusies

In het laatste jaar van de HiMAT-enquête, Arendt zei, het onderzoek komt samen en de wetenschappelijke artikelen van de teams zijn op weg naar publicatie. Een van de meer alarmerende conclusies is dat de gletsjers in 2100 35 tot 75% kleiner in volume zullen zijn als gevolg van snel smelten. Een paper gepubliceerd op 19 juni in wetenschappelijke vooruitgang door HiMAT-teamleden ondersteunt deze conclusie met een analyse van 40 jaar satellietgegevens over gletsjers in het Himalaya-gebergte. (De eerste jaren van gegevens die onderzoekers voor dit onderzoek gebruikten, zijn afkomstig van vrijgegeven spionagesatellieten.) Niet alleen verliezen alle gletsjers in het Himalayagebergte ijs, de gemiddelde snelheid van ijsverlies verdubbelde tussen de eerste 25 jaar van satellietgegevens, 1975-2000, en de meest recente 16 jaar, 2000-2016.

Of regen en sneeuwval ook veranderen, en of veranderingen de effecten van ijsverlies zouden verergeren of verminderen, zijn nog niet duidelijk. Neerslag varieert al aanzienlijk van het ene bereik tot het andere in deze regio, afhankelijk van de moesson en de stroom van winterstormen in het gebied. Bijvoorbeeld, de neerslag neemt momenteel toe in de Karakoram Range, waar gletsjers stabiel zijn of oprukken, maar in elk ander gebied in deze regio, bijna alle gletsjers trekken zich terug. Of die anomalie zal voortduren, groei sterker, of omgekeerd naarmate het klimaat blijft veranderen, is nog niet duidelijk. "De mondiale klimaatdynamiek zal bepalen waar stormen terechtkomen en hoe ze de bergen onderscheppen, "Zei Arendt. "Zelfs kleine veranderingen in het volgen van de stormen kunnen aanzienlijke variabiliteit veroorzaken."

Dit soort bevindingen zijn de reden waarom de HiMAT-teams hun GMELT-toolbox graag willen vervolledigen, merkte Arendt op. De nieuwe producten zullen besluitvormers de beste verzameling kennis bieden die momenteel kan worden gemaakt van hoe hooggebergte Azië de afgelopen decennia is veranderd, samen met een nieuwe reeks middelen om hen te helpen plannen hoe ze zich het beste kunnen voorbereiden op de toekomst van deze moeilijk te voorspellen regio.