Ob in Pflanzen oder Tieren, Treibhausgasen oder Rauch, Kohlenstoffatome existieren in verschiedenen Verbindungen, während sie sich durch eine Vielzahl von Wegen innerhalb des Erdsystems bewegen. Deshalb die NASA Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem (PACE)-Mission– geplanter Start im Januar 2024 – wurde entwickelt, um vom Weltraum aus auf die Erde zu blicken, um diese vielen Formen von Kohlenstoff auf eine Weise zu sehen, wie es kein anderer Satellit zuvor getan hat, indem Farben gemessen wurden, die noch nicht aus dem Weltraum gesehen wurden.
„PACE steht auf den Schultern einiger Giganten, aber frühere und aktuelle Satelliten sind in der Anzahl der Farben des Regenbogens, die sie tatsächlich sehen können, begrenzt“, sagte Jeremy Werdell, Projektwissenschaftler für die PACE-Mission am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt. Maryland.
Obwohl eines der Hauptziele der Mission darin besteht, die Farben auf der Meeresoberfläche zu messen, befinden sich in den 420 Meilen (676,5 Kilometer) zwischen PACE im Orbit und dem Meeresspiegel Teile des komplexen Kohlenstoffnetzes, das der Satellit auch überwachen kann .
Die Verbindung zwischen großen Waldbränden und der anschließenden Explosion der Phytoplanktonproduktion ist ein Beispiel für die Ereignisse, die die bevorstehende Plankton, Aerosols, Clouds, and Ocean Ecosystem (PACE)-Mission der NASA bei der Untersuchung unterstützen wird. Die Instrumentenreihe von PACE wird es Wissenschaftlern ermöglichen, sich ein klareres Bild von Kohlenstoff zu machen, da er Landnutzung und Brände, atmosphärische Aerosole und Meeresgemeinschaften miteinander verbindet. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Atmosphäre
Vom Standort von PACE im Weltraum aus könnte eine der am nächsten zu erkennenden Formen von Kohlenstoff die dünnen Rauch- und Aschewolken sein, die von Bränden in die Atmosphäre aufsteigen. Kohlenstoff ist ein wichtiger Baustein für vieles Leben auf der Erde, einschließlich des Pflanzenlebens. Bei der Verbrennung verwandeln sich die kohlenstoffbasierten Moleküle der Vegetation in andere Verbindungen, von denen einige als Asche in diesen Federn enden.
Die Instrumente auf PACE werden in der Lage sein, diese Rauchwolken sowie andere atmosphärische Aerosolpartikel zu überwachen und ihre Eigenschaften zu messen, einschließlich der relativen Rauchmenge an verschiedenen Orten. Kombinationen dieser Messungen, die von den beiden Polarimeter-Instrumenten SPEXone und dem Hyper-Angular Rainbow Polarimeter-2 (HARP2) von PACE durchgeführt wurden, und die detaillierten Farbmessungen des Rauchs, die vom Ocean Color Instrument (OCI) durchgeführt wurden, werden den Wissenschaftlern ebenfalls dabei helfen, zu identifizieren, was war verbrannt.
„Jedes Instrument bringt etwas anderes mit“, sagte Andy Sayer, wissenschaftlicher Leiter des PACE-Projekts für Atmosphären bei der NASA Goddard. „Wenn man sie jedoch alle zusammenfasst, erhält man die meisten Informationen.“ Sayer ist außerdem leitender Forschungswissenschaftler an der University of Maryland Baltimore County.
Diese Messungen helfen Wissenschaftlern, mehr über das Gleichgewicht zwischen der einfallenden Energie von der Sonne, der von der Erde ausgehenden Energie und wo sie möglicherweise von Dingen in der Atmosphäre wie diesen Rauchfahnen absorbiert wird, zu verstehen. Selbst auf lokaler Ebene kann PACE Informationen darüber liefern, wie sich Rauch auf die Luftqualität auswirkt und sich auf Gemeinden auswirkt, die sich möglicherweise in der Nähe von Bränden befinden.
Land
Durch den Blick durch die Rauchpartikel und andere Aerosole kann uns PACE auch Auskunft über die Gesundheit von Landpflanzen und -bäumen geben. Selbst nach einem verheerenden Lauffeuer beginnt frisches Grün zu wachsen und zu gedeihen. Mit mehr Spektralbändern und Farben, die vom kommenden Satelliten zu sehen sind, werden Wissenschaftler verstehen können, welche Arten von Pflanzen sich im Laufe der Jahre von Bränden erholen.
„In einer Zeit, in der wir einen beispiellosen Klimawandel erleben, müssen wir in der Lage sein zu verstehen, wie die globale Vegetation auf ihre Umwelt reagiert“, sagte Fred Huemmrich, Research Associate Professor an der University of Maryland, Baltimore County, und Mitglied der Wissenschafts- und Anwendungsteam von PACE.
PACE wird in der Lage sein, die verschiedenen Farbschattierungen in der Vegetation zu überwachen, und die Pflanzenfarbe kann ein Indikator für die Gesundheit sein. So wie Zimmerpflanzen anfangen zu vergilben, wenn sie nicht genug gegossen wurden, ändert die Pflanzenwelt auf der ganzen Welt ihre Farbe, wenn sie Stress erfährt. Gesunde Pflanzen nehmen Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid als Teil der Photosynthese auf, während ungesunde Pflanzen, die die Photosynthese nicht abschließen können, das Kohlendioxid in der Atmosphäre herumwandern lassen. Da Kohlendioxid ein Treibhausgas ist, spielen diese Messungen auch eine wichtige Rolle, um den Klimawandel genauer zu verstehen.
Durch die Messung eines vollständigen Farbspektrums wird PACE winzige Pigmentänderungen erkennen, um zu erkennen, wie Pflanzen auf Stressoren reagieren, und Wissenschaftlern dabei helfen, herauszufinden, ob sie den umgebenden Kohlenstoff nutzen oder nicht. Bisher wurden diese Farben hauptsächlich in Feldstudien bestimmter Bereiche betrachtet. Auf Stressoren wie Dürren wurde anhand von Wetterdaten geschlossen, aber die Abdeckung großer Flächen war schwierig.
„Zum ersten Mal werden wir wirklich in der Lage sein, Veränderungen in der Gesundheit von Pflanzen auf der ganzen Welt zu beobachten“, sagte Huemmrich. „Es wird unser Verständnis darüber, wie Ökosysteme funktionieren und wie sie auf Stress reagieren, dramatisch verbessern.“
Ozean
Von Pflanzen an Land bis zu Organismen im Ozean wird PACE die Wasserflächen auf der Erde betrachten, um Phytoplankton – das P in seinem Namen – zu messen. Mit seiner Fähigkeit, ein breites Farbspektrum zu messen, wird PACE nun nicht nur in der Lage sein, mehr über die Meeresoberfläche zu sehen, sondern Wissenschaftlern auch dabei helfen, zwischen Phytoplanktonarten zu unterscheiden.
„Es ist, als würdest du ein Gemälde mit wirklich groben Pinseln malen, und jetzt hast du dünne, feine Pinsel, die helfen, so viel mehr im Detail zu erklären“, sagte Ivona Cetinić, Ozeanographin im Ocean Ecology Lab bei NASA Goddard.
Phytoplankton, kleine Organismen, die auf der Meeresoberfläche leben, spielen eine entscheidende Rolle in der Nahrungskette und im globalen Kohlenstoffkreislauf. Jede Art von Phytoplankton bietet einen anderen Weg in diesem ausgedehnten Netz von Wegen, die Kohlenstoff nehmen kann, alle abhängig von den Eigenschaften des Planktons. Ein Weg kann dazu führen, dass der Kohlenstoff Nahrung für eine größere Art wird, während ein anderer dazu führen kann, dass Kohlenstoff zu Abfall wird und tiefer in den Ozean sinkt.
Wissenschaftler, die Feldarbeiten durchführten, haben herausgefunden, dass Arten von Phytoplankton in der Farbe leicht variieren, und haben dieses Phytoplankton in kleinen Maßstäben identifiziert. Die Fähigkeit von PACE, ein vollständiges Farbspektrum zu messen, wird Wissenschaftlern helfen, den Unterschied zwischen Phytoplankton auf globaler Ebene zu erkennen, indem sie mehr dieser Farben sehen, wodurch das Verständnis der Kohlenstoffwege und -mengen vertieft wird.
Obwohl eines der Hauptziele von PACE darin besteht, den Ozean zu sehen, blickt seine Sichtlinie auch über die Atmosphäre und das Land. Mit diesen ausgedehnten Beobachtungen und den enormen Mengen an gesammelten Daten bietet PACE die Möglichkeit zu sehen, auf welche Weise Atmosphäre, Land und Ozean miteinander verbunden sind, einschließlich des komplexen Netzes von Kohlenstoffpfaden.
„Ich bin voller Energie für diese Gelegenheit zur Entdeckung, die dieses Observatorium bietet“, sagte Werdell. „Ich habe die volle Erwartung, dass die Welt mit diesen Daten großartige Dinge anstellen wird.“