Los satélites de la NASA pueden ver respirar a nuestra Tierra viva.

En el hemisferio norte, los ecosistemas se despiertan en la primavera, absorbiendo dióxido de carbono y exhalando oxígeno a medida que brotan las hojas, y una flota de satélites de observación de la Tierra rastrea la propagación de la vegetación recién verde.

Mientras tanto, en los océanos, plantas microscópicas se desplazan a la deriva a través de las aguas superficiales iluminadas por el sol y se convierten en miles de millones de organismos que absorben dióxido de carbono, y los instrumentos de detección de luz en los satélites mapean los remolinos de su color.

Esta caída marca 20 años desde que la NASA ha observado continuamente no solo las propiedades físicas de nuestro planeta, pero lo único que hace que la Tierra sea única entre los miles de otros mundos que hemos descubierto:la vida.

Los satélites midieron la vida terrestre y oceánica desde el espacio ya en la década de 1970. Pero no fue hasta el lanzamiento del sensor de campo de visión amplio con vista al mar (SeaWiFS) en 1997 que la agencia espacial comenzó lo que ahora es un visión global de la vida terrestre y oceánica. Una nueva animación captura la totalidad de este récord de 20 años, hecho posible por múltiples satélites, comprimiendo una vista de décadas de la vida en la Tierra en unos minutos cautivadores.

"Estas son visualizaciones increíblemente evocadoras de nuestro planeta viviente, "dijo Gene Carl Feldman, oceanógrafo en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Esa es la Tierra, eso es respirar todos los días, cambiando con las estaciones, respondiendo al sol, a los vientos cambiantes, corrientes y temperaturas oceánicas ".

La visión de la vida basada en el espacio permite a los científicos monitorear los cultivos, la salud forestal y pesquera en todo el mundo. Pero los científicos de la agencia espacial también han descubierto cambios a largo plazo en los continentes y las cuencas oceánicas. A medida que la NASA comienza su tercera década de mediciones globales del océano y la tierra, Estos descubrimientos apuntan a preguntas importantes sobre cómo responderán los ecosistemas a un clima cambiante y cambios a gran escala en la interacción humana con la tierra.

Los satélites han medido que el Ártico se vuelve más verde, a medida que los arbustos amplían su rango y prosperan en temperaturas más cálidas. Las observaciones desde el espacio ayudan a determinar la producción agrícola a nivel mundial, y se utilizan en la detección de alerta temprana de hambruna. Mientras las aguas del océano se calientan, Los satélites han detectado un cambio en las poblaciones de fitoplancton en las cinco grandes cuencas oceánicas del planeta:la expansión de "desiertos biológicos" donde prospera poca vida. Y a medida que las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera continúan aumentando y calentando el clima, El conocimiento global de la NASA sobre la vida vegetal desempeñará un papel fundamental en el seguimiento del carbono a medida que se mueve a través del sistema terrestre.

Vida en la Tierra, del espacio

Hace sesenta años la gente no estaba segura de que la superficie de la Tierra pudiera verse claramente desde el espacio. Muchos pensaron que las partículas de polvo y otros aerosoles en la atmósfera dispersarían la luz, enmascarando los océanos y continentes, dijo Jeffrey Masek, jefe del Laboratorio de Ciencias Biosféricas de la NASA Goddard.

Los programas Gemini y Apollo demostraron lo contrario. Los astronautas utilizaron cámaras especializadas para tomar fotografías de la Tierra que muestran la belleza y complejidad de nuestro planeta viviente. y ayudó a impulsar la era de la investigación en ciencias de la Tierra desde el espacio. En 1972, la primera misión Landsat inició su récord de 45 años de vegetación y cobertura terrestre.

"A medida que se amplía el archivo de satélites, ves emerger más y más dinámicas, ", Dijo Masek." Ahora podemos observar las tendencias a largo plazo ".

Las praderas de Senegal, por ejemplo, sufrir drásticos cambios estacionales. Los pastos y arbustos florecen durante la temporada de lluvias de junio a noviembre, luego séquese cuando deje de llover. Con los primeros datos de los satélites meteorológicos de los años setenta y ochenta, El científico de la NASA Goddard, Compton Tucker, pudo ver ese enverdecimiento y muerte desde el espacio, midiendo la clorofila en las plantas de abajo. Desarrolló una forma de comparar datos satelitales de dos longitudes de onda, que da una medida cuantitativa de este verdor llamado Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada.

"Nos quedamos asombrados cuando vimos las primeras imágenes. Fueron increíbles porque mostraban cómo la vegetación cambiaba anualmente, año tras año, "Tucker dijo, y señaló que otros también se sorprendieron cuando se publicó el estudio en 1985. "Cuando produjimos este artículo, la gente nos acusaba de 'pintar por números, 'o manipular datos. Pero por primera vez se podría estudiar la vegetación desde el espacio en función de su capacidad fotosintética ".

Cuando la temperatura es la adecuada, y hay agua y luz solar disponibles, las plantas realizan la fotosíntesis y producen material vegetativo. Las hojas absorben fuertemente la luz azul y roja, pero reflejan la luz del infrarrojo cercano al espacio. Al comparar la proporción de luz roja e infrarroja cercana, Tucker y sus colegas pudieron cuantificar la vegetación que cubre la tierra.

Expandiendo estas observaciones al resto del mundo, los científicos pudieron rastrear el impacto en las plantas de las estaciones lluviosas y secas en otras partes de África, ver las flores primaverales en América del Norte, y las secuelas de los incendios forestales en los bosques de todo el mundo.

Pero la tierra es solo una parte de la historia. En la base de la red alimentaria del océano se encuentra el fitoplancton:pequeños organismos que, como plantas terrestres, convertir el agua y el dióxido de carbono en azúcar y oxígeno, ayudado por la combinación correcta de nutrientes y luz solar.

Los satélites que pueden monitorear los cambios sutiles en el color del océano han ayudado a los científicos a rastrear los cambios en las poblaciones de fitoplancton en todo el mundo. La primera vista del color del océano provino del Coastal Zone Color Scanner, un instrumento de prueba de concepto lanzado en 1979. Las observaciones continuas del color del océano comenzaron con el lanzamiento de SeaWIFS a fines de 1997. El satélite llegó justo a tiempo para capturar la transición de las condiciones de El Niño a La Niña en 1998, lo que revela cuán rápido y drásticamente el fitoplancton responde a las condiciones cambiantes del océano.

"Todo el Pacífico Oriental, desde la costa de América del Sur hasta la fecha límite, hizo la transición de lo que era el equivalente de un desierto biológico a una próspera selva tropical. Y lo vimos suceder en tiempo real "Feldman dijo." Para mí, Esa fue la primera demostración del poder de este tipo de observación, para ver cómo responde el océano a una de las perturbaciones ambientales más importantes que podría experimentar, en el transcurso de unas pocas semanas. También mostró que el océano y toda la vida dentro de él es increíblemente resistente, si se le da la mínima oportunidad ".

Seguimiento de cambios de satélites

Con 20 años de datos satelitales que rastrean la vida de las plantas oceánicas a escala mundial, Los científicos están investigando cómo los hábitats y los ecosistemas responden a las condiciones ambientales cambiantes.

Estudios recientes sobre la vida oceánica han demostrado que una tendencia a largo plazo de aumento de la temperatura de la superficie del mar está provocando la expansión de las regiones oceánicas conocidas como "desiertos biológicos". Estas regiones de bajo crecimiento de fitoplancton se encuentran en el centro de grandes, corrientes de movimiento lento llamadas giros.

"A medida que se calientan las aguas superficiales, crea un límite más fuerte entre las profundidades, frío, aguas ricas en nutrientes y la luz del sol, aguas superficiales generalmente pobres en nutrientes, ", Dijo Feldman. Esto evita que los nutrientes lleguen al fitoplancton en la superficie, y podría tener consecuencias importantes para la pesca y el ecosistema marino.

En el Océano Ártico, una explosión de fitoplancton indica un cambio. A medida que el hielo marino estacional se derrite, el calentamiento de las aguas y más luz solar provocarán un repentino, floración masiva de fitoplancton que alimenta a las aves, leones marinos y peces recién nacidos. Pero con el calentamiento de las temperaturas atmosféricas, esa floración ocurre ahora con varias semanas de anticipación, antes de que los animales estén en su lugar para aprovecharla.

"No es solo la cantidad de comida, es la ubicación y el momento los que son igualmente críticos, ", Dijo Feldman." La floración de primavera llega antes, y eso afectará al ecosistema de formas que aún no comprendemos ".

El clima se está calentando más rápido en las regiones árticas, y los impactos en la tierra también son visibles desde el espacio. La tundra del oeste de Alaska, Quebec y otros lugares se están volviendo más verdes a medida que los arbustos extienden su alcance hacia el norte.

Los bosques vecinos del norte también están cambiando. Los incendios masivos en 2004 y 2015 acabaron con millones de acres de bosques en Alaska, incluidos los bosques de abetos, señaló Chris Potter, científico investigador del Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California.

"Estos incendios fueron asombrosos por la cantidad de área de bosque que quemaron y el calor que ardieron, "Dijo Potter." Cuando la temperatura del aire alcanza los 90 grados Fahrenheit a fines de mayo, y todos estos rayos ocurrieron, el bosque ardió muy extensamente, cerca de los ríos, cerca de las aldeas, y nada podría detenerlo ".

Los satélites ayudan a los científicos a mapear incendios de forma rutinaria, deforestación y otros cambios, y analizar su impacto en el ciclo del carbono, Dijo Potter. Los incendios gigantes liberan muchas toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera, tanto de los árboles carbonizados como del musgo, pero también, especialmente en latitudes del norte, de los suelos. Potter y sus colegas fueron a las áreas quemadas del centro de Alaska este año para medir el permafrost subyacente:la gruesa capa de musgo se había quemado, exponiendo los suelos previamente congelados.

"Es como quitar la capa aislante de una hielera, ", dijo." El hielo se derrite debajo y se convierte en un lío fangoso ".

Los tipos de bosques también pueden cambiar, ya sea después de incendios forestales, infestaciones de insectos u otras molestias. Los bosques de abetos de Alaska están siendo reemplazados por abedules. Potter y sus colegas también están vigilando los bosques de California quemados en incendios recientes, donde la preocupación es que los pinos sean reemplazados por robles.

"Cuando la sequía se acentúa con estas temperaturas récord, nada bueno parece provenir de eso para el tipo de bosque existente, ", dijo." Creo que estamos viendo evidencia clara y real de que el clima está causando cambios en la cobertura de la tierra ".

Vigilar los cultivos

Los cambios de temperatura y los patrones de lluvia también influyen en los cultivos, si se cultivan en California o África. La medida de "verdor" que los científicos utilizan para medir bosques y pastizales también se puede utilizar para la agricultura, para monitorear la salud de los campos durante la temporada de crecimiento.

Los investigadores y los responsables de la formulación de políticas se dieron cuenta de este potencial desde el principio. Una de las primeras aplicaciones de los datos de Landsat en la década de 1970 fue predecir los rendimientos de granos en Rusia y comprender mejor los mercados de productos básicos. En 1985, Los analistas de seguridad alimentaria de USAID se acercaron a la NASA para incorporar imágenes satelitales en su Red de Sistemas de Alerta Temprana de Hambruna, identificar las regiones donde la producción de alimentos se ha visto limitada por la sequía. Esa asociación continúa hoy. Con estimaciones de lluvia, mediciones de vegetación, así como la reciente incorporación de información sobre la humedad del suelo, Los científicos de la NASA pueden ayudar a organizaciones como USAID a dirigir la ayuda de emergencia.

Con datos mejorados de Landsat, los instrumentos MODIS en las naves espaciales Terra y Aqua de la NASA y otros satélites, y al combinar datos de varios sensores, Los investigadores ahora pueden rastrear el crecimiento de cultivos en campos individuales, Dijo Tucker.

"Esto hace que las cosas se reduzcan al tamaño de los campos para probablemente el 80 por ciento de los campos a nivel mundial; este es un gran avance, "Dijo Tucker.

La vista desde el espacio no solo ayuda a monitorear los cultivos, pero también puede ayudar a mejorar las prácticas agrícolas. Una bodega en California, por ejemplo, utiliza píxeles individuales de datos Landsat para determinar cuándo regar y cuánta agua usar.

El siguiente paso para los científicos de la NASA es observar el proceso de fotosíntesis desde el espacio. Cuando las plantas se someten a ese proceso químico, parte de la energía absorbida se vuelve débilmente fluorescente, señala Joanna Joiner, un científico investigador Goddard de la NASA. Con satélites que detectan señales en longitudes de onda muy específicas de esta fluorescencia, y una técnica de análisis afinada que bloquea las señales de fondo, Joiner y sus colegas pueden ver dónde y cuándo las plantas comienzan a convertir la luz solar en azúcares.

"Fue una especie de revelación que sí, puedes medirlo, ", Dijo Joiner. Un estudio preliminar examinó el cinturón de maíz de EE. UU. Y descubrió que emite fluorescencia" como un loco, ", dijo." Esas plantas tienen algunas de las tasas de fluorescencia más altas de la Tierra en su punto máximo ".

Joiner y Tucker están utilizando tanto los datos de fluorescencia como los índices de vegetación para obtener la mayor cantidad de información posible sobre el crecimiento de las plantas a escalas regional y global:"Una de las grandes preguntas que aún quedan por resolver es cuánto carbono absorben las plantas, ¿Por qué varía de un año a otro? y qué áreas están contribuyendo a esa variabilidad, "Joiner dijo

Ya sean cultivos, bosques o floraciones de fitoplancton, Los científicos de la NASA están rastreando la vida en la Tierra. Así como los satélites ayudan a los investigadores a estudiar la atmósfera, precipitaciones y otras características físicas del planeta, la vista en constante mejora desde arriba les permitirá estudiar la vida interconectada del planeta, Dijo Feldman.

"Esta es la capacidad que nos permitirá comprender cómo responde la biología de la Tierra a un planeta cambiante, " él dijo.