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Così si misura il carbonio nascosto negli alberi

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La seconda data release della missione della NASA GEDI a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, misura, con una precisione senza precedenti, la copertura vegetale del nostro pianeta per comprendere quanto carbonio sia contenuto nelle piante e quali siano, quindi, le conseguenze della deforestazione e degli incendi sulle emissioni e sul clima

Emissioni, biomassa, carbonio, metano, deforestazione: è questo il (parziale) vocabolario del cambiamento climatico, che sempre di più lega queste parole a cause o conseguenze dell’azione umana sul pianeta Terra.

Sono queste anche alcune parole che si trovano, ripetutamente, nei rapporti dell’IPCC (Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico) che riguardano gli obiettivi per il contenimento delle emissioni e della crisi climatica da qui a fine secolo. Obiettivi che, sempre più, sembrano sfuggire di mano.

Cominciamo parlando di qualcosa di molto pratico, allora.
Un grande classico: la deforestazione.

È un problema di cui si parla da decenni, quello del disboscamento, della perdita delle aree verdi, della minaccia che incombe sui “polmoni” del mondo. Ultimamente, poi, a questo si uniscono anche moltissime iniziative per la piantumazione o per ampliare le aree verdi, specialmente quelle urbane.

La domanda, a questo punto, è: come mai mantenere o aumentare la biomassa sul pianeta è così importante?

La prima risposta è che foreste e zone verdi sono un enorme serbatoio di carbonio. Lo prelevano dall’atmosfera per nutrirsi e crescere e, di conseguenza, lo liberano quando sono interessati da incendi o quando vengono rimossi.

Secondo le stime, circa la metà della biomassa vegetale è composta da carbonio. Quanto sia, esattamente, il carbonio immagazzinato nei vegetali su tutta la superficie terrestre però, gli scienziati non lo sanno.

È questo uno degli obiettivi della missione Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI), di cui è stata recentemente pubblicata una nuova release di dati.

Posizione dello strumento GEDI a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (nel riquadro giallo). Crediti: NASA

Questa informazione, oltre a poter essere utile per valutare eventuali soluzioni e contromisure al processo climatico in corso, è fondamentale per comprendere quanto carbonio verrà immesso nell’atmosfera a causa di incendi (nelle zone a rischio) e deforestazione (in atto o prevista).

La missione NASA

Una prima risposta, lo dicevamo, è arrivata in questi giorni dalla missione della NASA.

GEDI è uno strumento lidar che produce osservazioni dettagliate e tridimensionali della superficie terrestre, che ha misurato con precisione l’altezza delle chiome delle foreste, la loro struttura verticale e l’elevazione della superficie, fornendo una panoramica completa della distribuzione delle aree boschive, forestali e verdi sul pianeta.

Grazie a questi dati, i ricercatori possono monitorare il cambiamento delle foreste e comprendere meglio il ruolo che esse hanno nel mitigare il cambiamento climatico e, di conseguenza, l’impatto che rimuovere queste regioni avrebbe sul ciclo globale del carbonio e dell’acqua, sulla biodiversità e sugli habitat naturali.

Esempio di forma d’onda ricostruita dal lidar di GEDI sulla vegetazione, sulla base della quantità di energia riflessa da foglie, rami e cespugli alle diverse altezze. Crediti: NASA

GEDI si trova a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ed è uno strumento lidar ad alta risoluzione progettato specificamente per misurare la vegetazione.

Funziona facendo rimbalzare rapidamente impulsi laser sugli alberi e sugli arbusti sottostanti per creare mappe 3D dettagliate delle foreste e delle formazioni terrestri. Quel che risulta è una griglia di misurazioni con una risoluzione di 1 km quadrato. Nei suoi primi tre anni in orbita, ha catturato miliardi di misurazioni tra 51.6 gradi di latitudine Nord e Sud (approssimativamente le latitudini di Londra e delle isole Falkland, rispettivamente).

GEDI utilizza tre laser divisi in quattro fasci che sparano 242 volte al secondo coprendo – mediante un dithering continuo – 8 tracce parallele poste a 600 metri di distanza, con impronte di 25 metri ogni 60 metri. Sono 968 impronte al secondo.

I fasci laser si riflettono prima sulle superfici più alte e poco dopo su quelle più basse, registrando un minuscolo ritardo rilevabile dal sensore di GEDI che monitora l’intensità della riflessione nel tempo e calcola una forma d’onda che documenta la densità riflettente dell’impronta a varie altezze, disegnando di fatto la superficie sottostante.

Le forme d’onda lidar così ottenute quantificano la distribuzione verticale della vegetazione registrando la quantità di energia laser riflessa dal materiale vegetale (steli, rami e foglie) a diverse altezze dal suolo. Da queste forme d’onda, possono essere estratti quattro tipi di informazioni sulla struttura:

  • topografia della superficie,
  • metrica dell’altezza della chioma,
  • metrica della copertura della chioma
  • metrica della struttura verticale.

Gli scienziati, infine, sono in grado di elaborare l’insieme di queste forme d’onda estraendo delle vere e proprie mappe in cui è possibile localizzare rapidamente le regioni di interesse e studiare la struttura delle foreste e il contenuto di carbonio con precisione molto maggiore precisione che in passato.

La nuova data release – come detto, la seconda per la precisione – contiene una combinazione di dati GEDI assieme a quelli provenienti da altri lidar aerei e terrestri per costruire una mappa globale della biomassa che rivela la quantità di vegetazione contenuta in un’area. La novità, rispetto alla precedente, sta nel miglioramento della geolocalizzazione, dell’algoritmo e, soprattutto, nella quantità di dati campionati.

Non rimane che attendere che gli scienziati leggano queste mappe e comunichino – ai decisori politici soprattutto – i numeri in gioco, i rischi e le possibili contromisure.

 

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