Les données satellitaires haute résolution de l'Observatoire du carbone en orbite-2 de la NASA révèlent les manières subtiles dont le carbone relie tout sur Terre - l'océan, terre, atmosphère, écosystèmes terrestres et activités humaines. Les scientifiques utilisant les deux premières années et demie des données OCO-2 ont publié aujourd'hui une collection spéciale de cinq articles dans la revue Science qui démontre l'ampleur de cette recherche.

En plus de montrer comment la sécheresse et la chaleur dans les forêts tropicales ont affecté les niveaux mondiaux de dioxyde de carbone pendant El Niño 2015-16, d'autres résultats de ces articles se concentrent sur la libération et l'absorption du carbone océanique, émissions urbaines et une nouvelle façon d'étudier la photosynthèse. Un article final de la scientifique adjointe du projet OCO-2, Annmarie Eldering, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, et ses collègues donnent un aperçu de l'état de la science OCO-2.

Émissions de villes individuelles et de volcans visibles depuis l'espace

Plus de 70 pour cent des émissions de dioxyde de carbone provenant des activités humaines proviennent des villes, mais parce que le gaz se mélange rapidement dans l'atmosphère, les émissions urbaines sont difficiles à isoler et à analyser. Florian Schwandner du JPL et ses collègues ont utilisé les observations OCO-2 pour détecter la variation des émissions de dioxyde de carbone autour des villes individuelles – la première fois que cela a été fait avec des données collectées en quelques minutes seulement depuis l'espace. Sur Los Angeles et ses environs, ils ont pu détecter des différences aussi petites que 1 pour cent des concentrations atmosphériques totales de dioxyde de carbone dans la colonne d'air sous le satellite.

Les mesures OCO-2 à Los Angeles étaient suffisamment détaillées pour capturer les différences de concentrations au sein de la ville résultant de sources localisées. Ils ont également suivi la diminution des concentrations de dioxyde de carbone au fur et à mesure que le vaisseau spatial passait de la ville surpeuplée aux banlieues et au désert peu peuplé au nord.

L'orbite d'OCO-2 lui a également permis d'observer d'importants signaux de dioxyde de carbone provenant des panaches isolés de trois volcans de la nation insulaire du Pacifique de Vanuatu. Une orbite directement sous le vent du mont Yasur, qui a éclaté de manière persistante depuis au moins les années 1700, a produit une chaîne étroite de dioxyde de carbone qui était environ 3,4 parties par million plus élevée que les niveaux de fond, ce qui correspond à des émissions de 41,6 kilotonnes de dioxyde de carbone par jour. Il s'agit d'une quantification précieuse des émissions volcaniques, qui sont faibles par rapport aux émissions humaines moyennes d'environ 100, 000 kilotonnes par jour.

El Niño a supprimé la libération de carbone des océans tropicaux

Abhishek Chatterjee du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et ses collègues ont étudié comment le grand El Niño de 2015-16 a affecté le dioxyde de carbone au-dessus de l'océan Pacifique tropical.

Cette région océanique est généralement une source de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Dans le cadre de la circulation océanique mondiale, froid, des puits d'eau riches en dioxyde de carbone jusqu'à la surface dans cette région, et les dégazages supplémentaires de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Parce que les événements El Niño suppriment cette remontée d'eau, les scientifiques ont supposé qu'il réduisait les émissions de dioxyde de carbone de l'océan et provoque donc un ralentissement du taux de croissance des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone. Cependant, jusqu'à OCO-2, il n'y a pas eu d'observations atmosphériques adéquates au-dessus du Pacifique tropical éloigné pour confirmer cette théorie.

Les données OCO-2 montrent qu'au cours des premiers mois d'El Niño 2015-16, le taux de dioxyde de carbone libéré du Pacifique tropical dans l'atmosphère a diminué de 26 à 54 pour cent. Cela se traduit par une réduction à court terme de 0,4 à 0,5 partie par million de la concentration atmosphérique, ou près de 0,1 pour cent du dioxyde de carbone atmosphérique total.

Un changement d'un dixième d'un pour cent du dioxyde de carbone peut sembler négligeable, mais cela s'est produit sur une région de l'océan Pacifique de la taille de l'ensemble du continent australien. Cette réduction des émissions de dioxyde de carbone pendant quelques mois a été suffisamment forte pour être observée par OCO-2 et le système d'observation du Pacifique tropical de la National Oceanic and Atmospheric Administration de bouées, qui mesurent directement les concentrations de dioxyde de carbone à la surface de l'océan. La hausse record du dioxyde de carbone atmosphérique qui s'est produite en 2015 et 2016 aurait été encore plus importante sans cette diminution des émissions de l'océan Pacifique tropical.

Avec OCO-2, les scientifiques peuvent observer ces minuscules changements pour la première fois, un premier pas vers la compréhension de la sensibilité du cycle du carbone aux variations climatiques à l'échelle de l'année à la décennie.

Une nouvelle façon de mesurer la photosynthèse

Outre le dioxyde de carbone, Les spectromètres haute résolution d'OCO-2 peuvent observer la fluorescence induite par le soleil, ou SIF. Ce rayonnement, émis par les molécules de chlorophylle dans les plantes, indique que la photosynthèse est en cours. SIF fournit des informations précieuses sur la photosynthèse mondiale car il capture la photosynthèse pendant la saison de croissance et aussi son ralentissement, par exemple, sur les forêts sempervirentes en hiver, lorsque les arbres conservent la chlorophylle mais cessent d'absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère.

Ying Sun de l'Université Cornell à Ithaque, New York, et ses collègues rendent compte des mesures SIF uniques d'OCO-2, qui fournissent une résolution spatiale beaucoup plus élevée que n'importe quel système précédent. La résolution améliorée a permis aux scientifiques d'effectuer la toute première validation de SIF à partir d'observations aériennes simultanées.

L'« empreinte » plus petite de l'image d'OCO-2 sur Terre a permis aux chercheurs de comparer plus directement les mesures par satellite avec les mesures au sol des flux de dioxyde de carbone entre les plantes et l'air. Ils ont trouvé une relation cohérente entre le SIF et l'absorption de dioxyde de carbone dans les plantes dans différents types d'écosystèmes. Cette découverte ouvre la voie à des études approfondies qui pourraient éclairer davantage la relation entre le SIF et la photosynthèse globale.