Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Жизнь планеты

Кардиограмма Земли

Питер Миллер
22 ноября 2015
/upload/iblock/7d9/7d9bdf740f6604297345f532c25d2e24.jpg
Каждый год потоки воды обрушиваются на дельту реки Окаванго – оазис в пустыне Калахари, запечатленный с борта Международной космической станции. Благодаря фотосъемке и картированию местности с большой высоты можно в деталях разобрать «метаболизм» нашей планеты.
Фото: НАСА
Новые спутники с самыми современными датчиками на борту, конечно, не станут панацеей от всех бед нашей планеты. Но они помогут составить четкое представление о ее главных проблемах.
Журнал №146, ноябрь 2015

Журнал №146, ноябрь 2015

Читать этот номер
Из иллюминатора маленького самолета, летящего над гигантскими секвойями, Грегу Аснеру открылась печальная картина – последствия случавшихся на протяжении последних четырех лет засух. «Лес выглядит совершенно иссохшим», – обескураженно говорит он. Но когда Грег повернулся к одному из дисплеев бортовой лаборатории, открылась еще более тревожная картина: земля в ярко-красных пятнах. Источник цифровых изображений – новейшая трехмерная сканирующая система, которую Аснер, эколог из Университета Карнеги, только что установил на борт своего самолета. С высоты более двух тысяч метров пара лучей лазерных сканеров методично скользила по кронам деревьев, нанося на экран монитора их контуры, а два картирующих спектрометра фиксировали отраженное поверхностью леса солнечное излучение – от видимого света до инфракрасных лучей. Анализируя эти данные, можно «опознать» принадлежность каждого дерева к определенному виду, а также определить главный показатель здоровья растения – количество потребленной им воды. Ярко-красные пятна обозначают деревья, страдающие от нехватки влаги. Знания ученых о жизненно важных показателях самочувствия планеты пополняются ежедневно. В прошлом году и в начале 2015-го агентство НАСА запустило пять обширных программ наблюдения за Землей, причем два прибора были установлены на Международной космической станции. Так общее количество миссий было доведено до 19, а к исследованиям подключились космические агентства других стран. Внимательный анализ поступающей из многочисленных источников информации в очередной раз подтверждает: Земля серьезно меняется. Ледники ускоренно тают, площадь дождевых лесов сокращается, а уровень моря постепенно растет.
/upload/iblock/aef/aefc6f762853dc0d6cb848a4701965b4.jpg
NGM Staff. Источник: NASA/JPL
Это карта распределения углекислого газа в атмосфере Земли, составленная в июне 2015 года спутником НАСА под названием OCO-2. В красных зонах содержание парниковых газов превышает среднее значение (0,04%), в зеленых областях оно, наоборот, ниже. Леса и океаны замедлили глобальное потепление, поглотив часть парниковых газов, производимых человечеством. OCO-2 поможет разобраться с происходящими на планете процессами потепления. Влияние человека на природу велико, как никогда. Разветвленная сеть датчиков позволит ученым отследить и лучше понять происходящие перемены. Вода для нашей планеты – не зря ее называют Голубой – словно кровь для человека. Космические технологии позволяют исследователям получать уникальные данные об основных фазах круговорота воды в природе – начиная с выпадения осадков, слияния мелких ручейков в могучие реки и заканчивая испарениями с поверхности водоемов в масштабах всей планеты.
Современные датчики позволяют изучать водоносные слои и под землей. Благодаря этим сведениям можно научиться предсказывать засуху, предупреждать о наводнениях, эффективно использовать грунтовые воды и увеличивать урожаи. Постоянная нехватка воды в Калифорнии сделала этот штат экспериментальной площадкой: здесь апробируют новые методы сбора информации. Так, в течение трех лет группа исследователей из НАСА во главе с Томом Пейнтером изучала снежный покров в горах Йосемитского национального парка. Эти снега питают водный резервуар Хетч-Хетчи, а тот, в свою очередь, снабжает весь Сан-Франциско. До начала этого проекта определять количество снега приходилось по старинке, производя замеры на земле с помощью нехитрого оборудования. Собранные данные обрабатывались в статистической модели, которая предсказывала объемы талых вод, исходя из наблюдений прошлых лет. Однако последние зимы в Сьерра-Неваде оказались настолько бесснежными, что «привязаться» было просто не к чему. Статистический метод не помог, и Крис Грэхэм, инженер, отвечающий за бесперебойную работу водохранилища Хетч-Хетчи, с удовольствием принял предложение ученых из НАСА – оценить толщину снежного покрова с воздуха.
Влажная почва – это как потная кожа. При испарении поверхность земли охлаждается, а когда почва высыхает, отвод тепла прекращается и случается что-то вроде теплового удара.
В команде Тома Пейнтера турбовинтовой самолет Twin Otter сразу же прозвали летающей обсерваторией. По оснащению он не уступает воздушной лаборатории Грега Аснера: сканирующий лидар (устройство, использующее луч лазера и работающее по принципу радара) измеряет толщину снежного покрова, а картирующий спектрометр анализирует его свойства. Для определения расстояния от самолета до снежной поверхности лидар испускает лазерный луч и измеряет время, за которое отражение вернется обратно. Затем остается сравнить полученный трехмерный снимок горной местности с топографическим изображением этих же вершин, полученным в летний день, – когда на них нет снежного покрова. Так удается с большой точностью оценить количество снега на питающей водохранилище территории общей площадью 1200 квадратных километров. Пока лазеры составляют карту зимней местности, спектрометр определяет величину ледяных кристаллов. Эта информация нужна, чтобы понять, как быстро снег начнет таять под теплыми лучами весеннего солнца, а значит, и оценить объемы поступающей воды. Для Пейнтера это не первый подобный проект – в прошлом его команда уже занималась изучением сокращающегося снежного покрова в Скалистых горах, снабжающих питьевой водой миллионы семей на Юго-Западе США. В будущем исследователи намерены распространить технологию на все регионы планеты, особенно на те, где водные ресурсы находятся на грани истощения. Из-за сокращения притока воды в местные реки и водоемы калифорнийским властям пришлось ограничить подачу воды фермерским хозяйствам, которые производят до половины всех овощей и фруктов в стране. Чтобы восполнить потери влаги, фермеры стали активнее использовать скважины, и уровень подземных вод снизился. (Состояние водных запасов отслеживает специальная служба штата при помощи погруженных в скважины датчиков.) Ученые под руководством гидролога Джея Фамильетти решили использовать спутники для оценки запасов грунтовых вод в рамках проекта GRACE (от англ. Gravity Recovery and Climate Experiment, «Эксперимент по изучению климата с помощью гравитации»).
/upload/iblock/bcf/bcfb8023f55d5770f466cfa80db4c1e8.jpg
Снимок тех же штатов 29 марта 2015 года. За последние четыре засушливых года снега в Сьерра-Неваде – важнейшем водном резервуаре Калифорнии – почти сошли на нет и составляют лишь 5% от средних значений за всю историю наблюдений.
Фото: НАСА
/upload/iblock/dd2/dd2a6ecb892655ebb5de5ec3ed7566be.jpg
Снимок американских штатов Калифорния и Невада со спутника НАСА Aqua, выполненный в видимом диапазоне 27 марта 2010 года. Хорошего снегопада в этих краях не было уже пять лет.
Фото: НАСА
/upload/iblock/bb7/bb78b92224f626104ad667f2c952179f.jpg
Этот снимок реки Тамбопата на востоке Перу сделан со сканирующего лидара. Территория, изображенная на этой фотографии, – дождевой лес. Излучение лидара проникает сквозь кроны деревьев и, отражаясь от земли, дает возможность разглядеть скрытый под листвой рельеф местности: красные области примерно на метр выше, чем синие.
Фото: ГРЕГОРИ АСНЕР, УНИВЕРСИТЕТ КАРНЕГИ
/upload/iblock/e3b/e3b21b5df0170f76623f17d38fcc5a31.jpg
Этот снимок дождевых лесов в Панаме сделан при помощи лидара, определяющего очертания крон деревьев. С помощью такого устройства ученые могут с высоты 2100 метров определить, над какими деревьями они пролетают. «Красные» деревья, изображенные на снимке, растут быстрее «зеленых» и потребляют больше углекислого газа.
Фото: ГРЕГОРИ АСНЕР, УНИВЕРСИТЕТ КАРНЕГИ
Спутники, работающие в паре, могут зафиксировать малейшие изменения силы тяжести, измеряя колебания высоты своей орбиты и расстояние друг от друга. «Представьте, что мы пролетаем над Центральной долиной, – увлеченно рассказывает Джей. Он водит руками над головой, имитируя полет пары спутников. – Зона под нами, где находится вода, обладает большей массой и слегка оттягивает один аппарат от другого». Точность измерений с помощью спутников GRACE достигает одной тысячной миллиметра. И если в следующем году запасы воды уменьшатся из-за интенсивных поливов, то, измерив параметры полета спутников, ученые смогут оценить масштабы этих изменений в цифрах. Истощение подземных водных ресурсов, составляющих около трети запасов питьевой воды на Земле, представляет серьезную угрозу. Собранные GRACE данные свидетельствуют: более половины водоносных слоев в мире расходуется быстрее, чем пополняется. Особенно остро проблема стоит на Аравийском полуострове, в Индии, Пакистане и Северной Африке. С начала засухи в Калифорнии в 2011 году бассейны рек Сакраменто и Сан-Хоакин сокращались на 15 триллионов литров воды в год. Этот объем превышает годовое потребление всех городов штата, вместе взятых. Около двух третьих водной недостачи пришлось восполнять за счет грунтовых вод Центральной долины, где интенсивное использование недр вызвало новую проблему – часть территории долины начала проседать. Геолог Том Фарр следит за этими процессами с помощью спутника, находящегося на 800-километровой орбите. Методика исследований изначально разрабатывалась для изучения землетрясений, в результате которых в земной коре могут возникать сдвиги размером от двух с половиной до пяти сантиметров. Картирование Центральной долины показало, что в некоторых местах она проседает со скоростью около 30 сантиметров в год.
С начала засухи в Калифорнии в 2011 году бассейны рек Сакраменто и Сан-Хоакин сокращались на 15 триллионов литров воды в год. Этот объем превышает годовое потребление всех городов штата, вместе взятых.
На одном из таких участков, недалеко от города Лос-Баньос, возведена небольшая плотина, обеспечивающая водой окрестные фермы. «Мы поняли, что с плотиной не все в порядке, когда она начала пропускать воду по краям, – рассказывает Кэннон Майкл, президент компании Bowles Farming. – Но мы и представить не могли, насколько дела плохи, пока не получили данные со спутника». На территории площадью 9,3 тысячи квадратных километров образовались две крупные просевшие «чаши», угрожающие разрушить плотины, мосты, системы паводковой защиты и другие инженерные сооружения. В конце 2014 года губернатор Калифорнии Джерри Браун подписал закон, ограничивающий использование подземных водоемов. С ростом объема данных, подтверждающих влияние деятельности человека на нашу планету в таких аспектах, как изменение климата и уровня вод Мирового океана, сокращение площади лесного покрова – космическое агентство НАСА решило отдать приоритет исследованиям, направленным на смягчение последствий этих перемен. Одна из последних разработок – аппарат SMAP (англ. Soil Moisture Active Passive, Активное/пассивное измерение влажности почвы) был выведен на орбиту в январе этого года. Основная цель космической обсерватории – измерять влажность почв с помощью обследования поверхности Земли радаром, а также посредством регистрации отраженного сигнала (активные измерения) и пассивной фиксации исходящего от Земли излучения. В июле работа активного радара была прекращена, а пассивный приемник продолжает фиксировать излучение. Собранные данные помогут ученым прогнозировать засухи и наводнения. Из-за изменений климата во многих регионах ливневые дожди давно уже стали привычным явлением. И в этих условиях SMAP может быть полезен: данные о перенасыщенном водой верхнем слое почвы помогут предсказывать наводнения и оползни. Впрочем, более насущной проблемой человечества остается недостаток влаги – без воды нарушается природное равновесие, приходят жара, засуха и лесные пожары. «Влажная почва – это как потная кожа, – объясняет Наренда Дас, исследователь из Лаборатории реактивного движения. – При испарении поверхность земли охлаждается, а когда почва высыхает, отвод тепла прекращается и случается что-то вроде теплового удара».
/upload/iblock/c46/c46b57c3c8d51bfd12ab586f79d6ba5e.jpg
НАСА Только из космоса можно по-настоящему оценить, как сильно человечество изменило планету. Вид на ночные Португалию и Испанию из иллюминатора Международной космической станции и впрямь завораживает.
Несмотря на целый клубок проблем, экосистемы Земли демонстрируют поразительную устойчивость. Скажем, из 37 миллиардов тонн углекислого газа, ежегодно выбрасываемых в атмосферу, леса, степи и океаны поглощают около половины. И пока неизвестно, есть ли тут предел – до недавнего времени у ученых не было возможности измерить параметры круговорота углерода в природе. Многое, если не все, изменилось в июле 2014 года: агентство НАСА запустило спутник OCO-2, предназначенный для того, чтобы «следить за дыханием планеты». С помощью специальных датчиков он может измерять количество выбрасываемого или поглощаемого углекислого газа с точностью до одной молекулы на миллион. Перед тем как приступить к изучению калифорнийских лесов, исследователи во главе с Грегом Аснером в течение нескольких лет «сканировали» 720 тысяч квадратных километров тропических лесов в Перу, чтобы примерно подсчитать их «запас» углерода. Пока Грег выяснил, что лесные массивы, находящиеся недалеко от сельскохозяйственных угодий, нефте- и газопромыслов, содержат больше всего углерода – около шести миллиардов тонн. Сохранение этих лесов нетронутыми позволит удержать углерод в связанном состоянии. Более того, в этом случае не пострадает великое множество лесных обитателей.
В течение следующих пяти лет НАСА планирует запустить пять новых проектов для изучения круговорота воды, изменений климата и ураганов, среди которых будет и обновленная версия аппарата GRACE. Следом отправятся крошечные – легко уместятся на ладони – исследовательские инструменты CubeSat. В ближайшее десятилетие ученые смогут вывести картирующий спектрометр, вроде тех, что установлены в лабораториях Аснера и Пейнтера, на земную орбиту. «Это просто фантастика, – воодушевленно рассказывает Пейнтер. – Не правда ли, странно, что мы отправили картирующие спектрометры на орбиты Марса, Юпитера и Сатурна, а вот свою собственную планету вниманием обошли». Использование мощнейшего инструмента позволит разглядеть каждое дерево на Земле и понять, к какому виду оно принадлежит. Но даже при такой невероятной детализации надо постараться увидеть проблему целиком – ведь только так человечество сможет избавить свою планету от недугов, которые оно само же и спровоцировало.
рекомендации
Карта, Россия

Всероссийский фотоконкурс «Широка моя страна»: покажите красоту любимых мест

Звезда

Как пловец-экстремал спасает море Росса

Звезда

Пожары над страной

Планета Земля

Три космостанции переработанных отходов и другие причины выбрать товары с экомаркировкой

Горы

Как прошел наш фототур в Дагестан

None