Le dernier article scientifique d'un scientifique de la NASA, publié à titre posthume ce mois-ci, révèle de nouvelles perspectives sur l'un des défis les plus complexes du climat de la Terre :comprendre et prédire les futurs niveaux atmosphériques de gaz à effet de serre et le rôle de l'océan et de la terre dans la détermination de ces niveaux.

Un article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences était dirigée par Piers J. Sellers, ancien directeur de la division des sciences de la Terre au Goddard Space Flight Center de la NASA, décédé en décembre 2016. Sellers était un scientifique de la Terre à la NASA Goddard et plus tard un astronaute qui a participé à trois missions de navette spatiale.

Le document comprend un message global important :la flotte internationale actuelle de satellites apporte de réelles améliorations dans la mesure précise des gaz à effet de serre depuis l'espace, mais à l'avenir, un système d'observations plus sophistiqué sera nécessaire pour comprendre et prédire le changement climatique de la Terre au niveau de précision requis par la société.

Sellers a rédigé l'article avec des collègues du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de l'Université de l'Oklahoma. Le travail sur le papier a commencé en 2015, et Sellers a continué à travailler avec ses collaborateurs jusqu'à environ six semaines avant sa mort. Ils ont poursuivi la recherche et la rédaction de l'article jusqu'à sa publication cette semaine.

L'article se concentre sur le sujet qui était au centre de la carrière de recherche de Sellers :la biosphère terrestre et ses interactions avec le climat de la planète. Dans les années 1980, il a contribué à la modélisation informatique pionnière de la végétation de la Terre. Dans le nouveau journal, Les vendeurs et les co-auteurs ont étudié « les rétroactions du cycle du carbone et du climat - la réponse potentielle des systèmes naturels au changement climatique causé par les émissions humaines - et ont présenté une vision de la meilleure façon de mesurer cette réponse à l'échelle mondiale depuis l'espace.

L'échange de carbone entre les terres, l'océan et l'air jouent un rôle énorme dans la détermination de la quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, qui déterminera en grande partie le climat futur de la Terre. Mais, il y a des interactions complexes en jeu. Alors que les émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine s'accumulent dans l'atmosphère, les écosystèmes terrestres et l'océan compensent encore environ 50 pour cent de toutes ces émissions. Alors que le climat se réchauffe, les scientifiques ne savent pas si les forêts et l'océan continueront d'absorber environ la moitié des émissions - agissant comme un puits de carbone - ou si cette compensation diminue, ou si les puits deviennent des sources de carbone.

Co-auteur de l'article David Schamel, scientifique au JPL et collaborateur scientifique de longue date de Sellers, a dit que le papier a capturé comment il, Sellers et les autres co-auteurs considéraient ce problème scientifique comme l'un des objectifs de recherche critiques pour la science de la Terre de la NASA.

« Nous avons tous vu que la compréhension de l'avenir des rétroactions du cycle du carbone était l'un des grands défis de la science du changement climatique, " a déclaré Schimel.

La compréhension des scientifiques sur la façon dont les systèmes vivants de la Terre interagissent avec l'augmentation des niveaux atmosphériques de gaz à effet de serre a considérablement changé au cours des dernières décennies, a déclaré le co-auteur Berrien Moore III, de l'Université de l'Oklahoma. Moore est un collaborateur scientifique de Sellers et Schimel depuis les années 1980. Il a dit qu'à l'époque, les scientifiques pensaient que l'océan absorbait environ la moitié des émissions annuelles de carbone, tandis que les plantes terrestres jouaient un rôle minime. Les scientifiques comprennent maintenant que l'océan et la terre absorbent ensemble environ la moitié de toutes les émissions, le rôle du système terrestre étant grandement affecté par les régimes météorologiques à grande échelle tels que El Niño et La Niña. Moore est également le chercheur principal d'une mission de la NASA appelée GeoCarb, lancement prévu en 2022, qui surveillera les gaz à effet de serre sur une grande partie de l'hémisphère occidental à partir d'une orbite géostationnaire.

La NASA a lancé l'Observatoire du carbone en orbite-2 (OCO-2) en 2014, et avec l'avancement des techniques de mesure et de modélisation informatique, les scientifiques acquièrent une meilleure compréhension de la façon dont le carbone se déplace à travers la terre, océan et atmosphère. Ce nouvel article s'appuie sur des recherches antérieures et se concentre sur une curieuse chaîne d'événements en 2015. Alors que les émissions humaines de dioxyde de carbone se sont stabilisées pour la première fois depuis des décennies au cours de cette année, le taux de croissance des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone a en fait augmenté en même temps.

C'était une preuve supplémentaire de ce que les scientifiques avaient reconstitué pendant des années - qu'une combinaison complexe de facteurs, y compris la météo, la sécheresse, incendies et plus, contribue aux niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.

Cependant, avec la nouvelle combinaison d'observations OCO-2 et de mesures spatiales de la fluorescence des plantes (essentiellement une mesure de la photosynthèse), les chercheurs ont commencé à produire des estimations plus précises de l'endroit où le carbone a été absorbé et libéré autour de la planète en 2015, lorsqu'un intense El Niño était en vigueur, par rapport aux autres années.

L'article fait suite à un rapport d'un atelier de 2015 sur le cycle du carbone dirigé par Sellers, Schimel, et Moore. Schimel et Moore ont tous deux souligné que chacun des plus de 40 participants à l'atelier a contribué à un rapport scientifique final de la réunion, ce qui est rare. Ils ont attribué cela, en partie, au rôle inspirant que les vendeurs ont joué en stimulant la réflexion et l'action.

"Quand tu as quelqu'un comme Piers dans la pièce, il y a un effet magnétique, " dit Moore. " Piers avait l'épaule au volant, donc tout le monde devait avoir les épaules au volant."

Schimel et Moore ont déclaré que le document de l'atelier présente une vision de ce qui est nécessaire dans un futur système d'observation spatial pour mesurer, comprendre, et prédire les rétroactions du cycle du carbone :instruments actifs et passifs, et des satellites en orbite terrestre basse et géostationnaire dans le monde entier. Dans les années à venir, La NASA et les agences spatiales en Europe, Japon, et la Chine, vont tous lancer de nouvelles missions de surveillance des gaz à effet de serre.

"Piers pensait qu'il était absolument essentiel de bien faire les choses, " dit Schimel, « et essentiel pour réussir plus ou moins du premier coup. »

Les auteurs ont dédié la publication de l'article aux vendeurs, et dans leur dédicace fait référence à une citation de Winston Churchill souvent citée par le scientifique d'origine britannique. Ils ont écrit :« PJS a abordé le défi de la science du carbone dans l'esprit d'une citation préférée de Churchill, « Les difficultés maîtrisées sont des opportunités gagnées, ' et il visait à résoudre le problème carbone-climat en relevant les difficultés et en saisissant les opportunités."