Não é só para pesquisar o que acontece no espaço que os satélites da NASA estão na nossa atmosfera. Há 20 anos, a agência espacial americana observa continuamente as propriedades físicas do nosso planeta e a vida que o torna – pelo menos por enquanto – único no universo.

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Os satélites analisam a vida terrestre e oceânica diretamente do espaço desde a década de 1970, mas somente com o lançamento do Sea-view Wide Field-of-View Sensor (SeaWiFS), em 1997, que a agência espacial começou uma visão contínua e global da vida terrestre e oceânica. A animação que você vê neste texto capta a totalidade destes 20 anos de observações, possibilitados por múltiplos satélites. Uma visão de décadas da vida na Terra em poucos minutos de mudanças e cores.

“Estas são visualizações incrivelmente evocativas de nosso planeta vivo”, diz Gene Carl Feldman, oceanógrafo do Centro Goddard Space Flight da NASA. “Essa é a Terra, respirando todos os dias, mudando com as estações, respondendo ao Sol, aos ventos variáveis, correntes oceânicas e temperaturas”.

Além de permitir que os cientistas monitorem as plantações, as florestas e a pesca em todo o mundo, essa visão geral permite também a descoberta de mudanças a longo prazo em continentes e bacias oceânicas. Essas descobertas apontam para questões importantes sobre como os ecossistemas irão responder a um clima em mudança e mudanças em larga escala na interação humana com a Terra.

Por exemplo: os satélites mediram o Ártico e viram que ele tornou-se mais verde, já que os arbustos se expandem seu alcance e prosperam em temperaturas mais quentes. Os satélites também detectaram uma mudança nas populações de fitoplâncton nas cinco grandes bacias oceânicas do planeta com o aquecimento das águas.

Além disso, a compreensão global da NASA sobre a vida vegetal desempenhará um papel crítico na monitoração do carbono à medida que ele se move através do sistema terrestre e aquece o planeta.

Segundo Jeffrey Masek, chefe do Laboratório de Ciências Biosféricas da NASA Goddard, antes das missões Apollo e Gemini, as pessoas não sabiam se a superfície da Terra podia ser vista claramente do espaço. “Muitos pensavam que as partículas de poeira e outros aerossóis na atmosfera espalhariam a luz, mascarando os oceanos e os continentes”, afirma.

Durante as primeiras missões espaciais, os astronautas usaram câmeras especiais para tirar fotos da Terra e ajudaram a iniciar a era da pesquisa científica da Terra a partir do espaço. Em 1972, a primeira missão Landsat iniciou seus 45 anos de registro de vegetação e cobertura terrestre. “À medida que o arquivo dos satélites se expande, você vê mais e mais dinâmicas emergentes”, diz Masek. “Agora podemos analisar as tendências a longo prazo”.

As pastagens do Senegal, por exemplo, sofrem drásticas mudanças sazonais. Gramas e arbustos florescem durante a estação chuvosa de junho a novembro, depois secam quando a chuva para. Com os primeiros dados meteorológicos nos anos 70 e 80, o cientista da NASA Compton Tucker conseguiu ver essas mudanças do espaço, medindo a clorofila nas plantas abaixo. Ele desenvolveu uma maneira de comparar dados de satélite de dois comprimentos de onda, o que dá uma medida quantitativa desse verde chamado Índice de Vegetação de Diferença Normalizada.

“Fomos surpreendidos quando vimos as primeiras imagens. Elas foram surpreendentes porque mostraram como a vegetação mudava anualmente, ano após ano”, aponta Tucker.

Eles conseguiram fazer essa diferenciação por causa de uma característica da fotossíntese. Quando a temperatura está correta e a água e a luz solar estão disponíveis, as plantas fotossintetizam e produzem material vegetativo. As folhas absorvem fortemente a luz azul e vermelha, mas refletem a luz quase infravermelha de volta ao espaço. Ao comparar a proporção de luz vermelha com a de quase infravermelha, Tucker e seus colegas puderam quantificar a vegetação cobrindo a terra.

Ao expandir essas observações para o resto do globo, os cientistas podem acompanhar o impacto nas plantas de estações chuvosas e secas em outros lugares da África, ver as flores da primavera na América do Norte e os efeitos posteriores dos incêndios florestais em florestas em todo o mundo.

Vida embaixo d’água

Os satélites da NASA também são capazes de analisar os organismos minúsculos de fitoplâncton que, como as plantas terrestres, transformam água e dióxido de carbono em açúcar e oxigênio, auxiliados pela combinação certa de nutrientes e luz solar.

Monitorando as sutis mudanças na cor do oceano, os satélites ajudaram os cientistas a rastrear mudanças nas populações de fitoplâncton em todo o mundo. As observações contínuas da cor do oceano começaram com o lançamento do SeaWIFS no final de 1997. O satélite foi lançado a tempo de capturar a transição do El Niño para as condições de La Niña em 1998 – revelando quão rápido e dramaticamente o fitoplâncton responde às mudanças nas condições do oceano. Na imagem abaixo é possível ver essas mudanças em amarelo:

“Todo o Pacífico oriental, desde a costa da América do Sul, passou do equivalente a um deserto biológico a uma floresta tropical próspera. E nós assistimos isso acontecer em tempo real”, lembra Feldman. “Para mim, essa foi a primeira demonstração do poder desse tipo de observação, para ver como o oceano responde a uma das perturbações ambientais mais significativas que poderia experimentar, ao longo de poucas semanas. Também mostrou que o oceano e toda a vida dentro dele são incrivelmente resilientes, se tiverem uma chance mínima”.

Com 20 anos de dados rastreando a vida das plantas oceânicas em escala global, os cientistas estão investigando como habitats e ecossistemas estão respondendo às mudanças nas condições ambientais.

Estudos recentes da vida oceânica mostraram que uma tendência a longo prazo de aumento das temperaturas da superfície do mar está fazendo com que as regiões oceânicas conhecidas como “desertos biológicos” se expandam. Essas regiões de baixo crescimento de fitoplâncton ocorrem no centro de grandes correntes de movimento lento chamadas giros oceânicos.

“À medida que as águas superficiais se aquecem, é criada uma fronteira muito forte entre as águas profundas, ricas em nutrientes, e as águas superficiais iluminadas pelo sol, geralmente pobres em nutrientes”, explica Feldman. Isso evita que os nutrientes atinjam o fitoplâncton na superfície, podendo ter consequências significativas para a pesca e o ecossistema marinho.

Mudanças no Ártico

Os satélites enxergam a mudança novamente no Ártico. À medida que o gelo do mar sazonal derrete, as águas aquecidas e mais luz solar provocam uma explosão súbita e maciça de fitoplâncton que alimenta pássaros, leões marinhos e peixes recém-incubados. Mas com o aquecimento das temperaturas atmosféricas, essa explosão de alimento está acontecendo várias semanas antes, o que significa que os animais ainda não estão lá para aproveitar.

“Não é apenas a quantidade de comida, é a localização e o tempo que são críticos”, aponta Feldman. “Isso vai afetar o ecossistema de maneiras que ainda não entendemos”, alerta.

O clima está se aquecendo mais rápido nas regiões árticas, e os impactos na terra também são visíveis do espaço. A tundra do oeste do Alasca, no Canadá e outros lugares está ficando mais verde.

As florestas do norte também estão mudando. Incêndios maciços em 2004 e 2015 eliminaram milhões de hectares de florestas no Alasca. “Esses incêndios foram incríveis na quantidade de área de floresta que queimaram e quão quente eles queimaram. Quando a temperatura do ar atinge 90º Fahrenheit (32ºC) no final de maio lá, e todos esses relâmpagos ocorreram, a floresta queimou muito extensivamente – perto de rios, perto de aldeias – e nada poderia detê-la”, observa Chris Potter, pesquisador do Centro de Pesquisa Ames da NASA.

Os satélites ajudam os cientistas a rotineiramente mapear incêndios, desmatamento e outras mudanças, e analisar seu impacto no ciclo do carbono, explica Potter. Incêndios gigantes liberam muitas toneladas de dióxido de carbono na atmosfera, tanto das árvores carbonizadas quanto do musgo, mas também, especialmente nas latitudes do norte, dos solos. Potter e colegas foram às áreas queimadas do Alasca Central este ano para medir o pergelissolo (o solo típico da região do Ártico) subjacente. Eles constataram que a espessa camada de musgo queimou, expondo os solos previamente congelados.

“É como tirar a camada isolante de um refrigerador”, explica. “O gelo derrete embaixo e torna-se uma bagunça lamacenta”.

Plantações

As alterações nas temperaturas e nos padrões de chuva também influenciam as plantações em todo o mundo. A medida de verde que os cientistas usam para medir florestas e pastagens também pode ser usada para a agricultura, monitorando a saúde dos campos.

Uma das primeiras aplicações dos dados dos satélites da década de 1970 foi prever os rendimentos de grãos na Rússia e compreender melhor os mercados de commodities. Em 1985, analistas de segurança alimentar nos EUA se aproximaram da NASA para incorporar imagens de satélite em sua rede de sistemas de alerta precoce da fome, para identificar regiões onde a produção de alimentos estava limitada pela seca. Essa parceria continua até hoje. Com estimativas de chuvas, medições de vegetação, bem como a recente adição de informações de umidade do solo, cientistas da NASA podem ajudar a combater este tipo de problema.

Com os avanços das últimas décadas, os pesquisadores agora podem acompanhar o crescimento das plantações em campos individuais, diz Tucker. “Isso move as coisas para o tamanho de campos individuais para provavelmente 80% dos campos globalmente – este é um grande avanço”, aponta.

Fotossíntese do espaço

O próximo passo para os cientistas da NASA está em analisar o processo de fotossíntese do espaço. Quando as plantas passam por esse processo químico, parte da energia absorvida brilha de forma fluorescente, observa Joanna Joiner, pesquisadora da NASA. Com satélites que detectam sinais nos comprimentos de onda muito específicos dessa fluorescência e uma técnica de análise ajustada que bloqueia sinais de fundo, Joiner e seus colegas podem ver onde e quando as plantas começam a converter a luz solar em açúcares.

“Foi uma espécie de revelação de que sim, você pode medir isso”, aponta ela. Um estudo inicial examinou o Cinturão de Milho dos EUA e descobriu que ele é “loucamente” fluorescente, diz a pesquisadora. “Essas plantas têm algumas das maiores taxas de fluorescência na Terra no seu auge”.

Joiner e Tucker estão usando dados de fluorescência e índices de vegetação para obter a maior informação possível sobre o crescimento das plantas em escalas regionais e globais: “Uma das grandes questões que ainda permanecem é a quantidade de carbono que as plantas usam, por que ela varia ano a ano, e quais áreas estão contribuindo para essa variabilidade”, diz Joiner.

A visão de cima permite que os pesquisadores estudem a vida interconectada do planeta, afirma Feldman. “Esta é a capacidade que nos permitirá entender como a biologia da Terra responde a um planeta em mudança”, prevê ele. [phys.org]