Из иллюминатора исследовательского самолета НАСА Gulfstream III Аляска выглядит как первозданная дикая местность, не тронутая человеком. Земля покрыта пышной зеленой растительностью и усеяна ярко-голубыми озерами. Заснеженные вершины гор тянутся к небу, а реки цвета шоколадного молока змеятся по ландшафту. Очевидные признаки человеческой деятельности — города, дороги, инфраструктура — трудно заметить.

Но при ближайшем рассмотрении в глаза бросаются некоторые намеки на изменения, вызванные деятельностью человека. Затонувшие участки суши. Ненормально наклоненные деревья. Пруды там, где раньше была сухая земля. Глазами ученых, собирающих данные с земли и воздуха, сигнал ясен: Арктика страдает от изменения климата больше, чем большинство мест на Земле. С 2015 года ученые, участвующие в эксперименте НАСА по уязвимости арктических бореалов (см. выше), изучают влияние изменения климата на крайние северные регионы Земли и то, как эти изменения взаимосвязаны.

"ABoVE - это крупномасштабное исследование изменений окружающей среды, а не только изменения климата", - сказал Питер Гриффит, исследователь углеродного цикла в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и один из руководителей ABoVE. "И мы делаем это так, как может только НАСА: изучая этот регион от листа до орбиты".

Предыдущие полевые и воздушно-десантные кампании были сосредоточены на таких вещах, как изменения в растительном покрове и изменение моделей миграции животных. Летом 2022 года команда исследовала таяние вечной мерзлоты, выбросы метана из озер и последствия лесных пожаров на Аляске и северо-западе Канады. Они сделали это с помощью приборов, наблюдающих с исследовательского самолета, и с помощью ученых, собирающих данные измерений на земле.

Изучение изменений в Арктике с воздуха и из космоса

Одним из ключевых компонентов вышеупомянутой кампании является воздушно-десантная кампания, в которой используются исследовательские самолеты, такие как самолет NASA Gulfstream III. В этом году на самолете был установлен необитаемый летательный аппарат с радаром с синтетической апертурой, или UAVSAR, который посылает импульсы радиоволн, которые отражаются от поверхности Земли и дают ученым точное представление о форме поверхности суши и воды внизу — даже если смотреть сквозь облака или густую растительность.

Каждый год члены вышеупомянутой команды совершают облет своих полевых участков, а также шрамов от лесных пожаров и других областей, представляющих научный интерес, что позволяет им сравнивать измерения, сделанные как с воздуха, так и с земли. Они также из года в год посещают эти места, чтобы увидеть, как меняются ландшафты с течением времени.

Беспилотный летательный аппарат похож на основной прибор на предстоящем спутнике. Спутник NASA-ISRO (NISAR) станет совместной миссией Индийской организации космических исследований и НАСА по наблюдению за сушей и льдами Земли. NISAR также является частью будущей обсерватории системы Земли НАСА.

"ABoVE и UAVSAR дают исследовательскому сообществу действительно хороший пример того, как будут выглядеть данные NISAR и какие научные данные они могут извлечь из этих наборов данных", - объяснил Франц Мейер, член научной группы NISAR, который также является главным научным сотрудником спутникового центра Аляски в Фэрбенксе.

NISAR будет собирать данные по всему миру и круглый год, позволяя исследовательским группам, подобным вышеупомянутой команде, изучать критические процессы — развитие горячих точек выбросов метана, как и где происходит таяние вечной мерзлоты, долгосрочные последствия лесных пожаров — даже когда они не могут присутствовать там лично.

Таяние вечной мерзлоты приводит к образованию Новых Озер, Новых горячих точек метана

Вечная мерзлота — слои почвы, которые оставались замороженными не менее двух лет, — лежит в основе большей части Аляски и северо-западной Канады. В некоторых районах, особенно за полярным кругом, ландшафт богат вечной мерзлотой. В других местах эта мерзлая почва встречается пятнами. В любом случае, он в основном оставался замороженным в течение тысяч лет.

Но по мере того, как наша планета нагревается, вечная мерзлота тает все ускоряющимися темпами. Это приводит к изменению формы и растительности ландшафтов и, в некоторых случаях, к созданию новых прудов и озер, которые также являются очагами выбросов парниковых газов.

Когда твердый, промерзший слой вечной мерзлоты прогревается, он превращается в более мягкий, губчатый грунт. Этот рыхлый грунт проседает и может повредить дороги, дома и другую инфраструктуру, расположенную на нем. В некоторых районах, таких как внутренние районы Аляски, слой вечной мерзлоты также содержит большие куски льда. По мере оттаивания вечной мерзлоты и таяния этого льда образовавшиеся воронки могут заполняться талой водой и образовывать новые пруды и озера.

Более высокие температуры, вызывающие таяние вечной мерзлоты, также повышают активность микробов, которые переваривают мертвые растения и другие оттаявшие органические вещества. В результате микробного распада выделяется метан, мощный парниковый газ, который пузырится на поверхности озера и попадает в атмосферу.

Этот процесс оттаивания происходит по всей Аляске и северо-западной Канаде, где уже есть миллионы озер и прудов. Но большинству из этих озер сотни или тысячи лет, а это означает, что у микробов закончилось органическое вещество для разложения, и озера больше не выделяют значительного количества метана.

В 2022 году вышеупомянутая команда внимательно исследовала озеро Биг Трейл, расположенное недалеко от Фэрбенкса. "Такие озера, как Биг Трейл, являются новыми, молодыми и важными, потому что они являются тем, что произойдет в будущем по мере изменения климата и таяния вечной мерзлоты", - сказала Кэти Уолтер Энтони, эколог из Университета Аляски в Фэрбенксе, работающая с вышеупомянутой командой.

Арктические и бореальные пожары становятся все более экстремальными

Ежегодные наблюдения с неба и земли особенно важны для понимания меняющегося воздействия лесных пожаров на арктический и бореальный ландшафты. Пожары уже давно являются естественной частью этих экосистем. Но по мере изменения климата Земли лесные пожары в этих районах становятся все крупнее, чаще и серьезнее. Это может затруднить восстановление экосистем после пожара, приводя к изменению роста растений и ускоряя таяние вечной мерзлоты.

Пожары на Аляске и северо-западе Канады могут отличаться от пожаров на континентальной части Соединенных Штатов. Иногда горит сама земля, так как мягкий, торфянистый слой почвы и органического материала над слоем вечной мерзлоты легко воспламеняется. Кроме того, пожары в отдаленных районах обычно оставляют на самотек, если только они не угрожают домам или другой инфраструктуре. Это дает ученым "естественный эксперимент", позволяющий увидеть, как огонь протекает своим чередом.

"Эти пожары в тундре настолько редки, что у нас не всегда есть прекрасная возможность изучить их", - сказала Лиз Хой, исследователь лесных пожаров в NASA Goddard и один из ведущих ученых ABoVE.

В течение нескольких лет вышеупомянутая команда летала над недавними лесными пожарами. Например, команда пролетела над местом пожара в Шовел-Крик в 2019 году и пожара на Янкович-роуд в 2021 году до и после того, как они сгорели. Такие повторные полеты позволяют ученым увидеть непосредственные последствия лесных пожаров и то, как реагируют экосистемы. В этом году команда пролетела над местом пожара в Контакт-Крик, который сгорел в конце мая 2022 года в практически безлесной тундре недалеко от национального парка Катмай на Аляске.

Вышеупомянутая команда заинтересована не только в местном воздействии на экосистемы, но и в том, как пожары могут быть вызваны изменением климата или способствовать ему.