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Los colores cambiantes de nuestro planeta viviente

sept 2017 visualization of phytoplankton and vegetation


Vida. Es la única cosa que, hasta ahora, hace que la Tierra sea única entre los miles de planetas que hemos descubierto. Desde los finales de 1997, los satélites de la NASA han observado continuamente y globalmente toda la vida vegetal en la superficie de la Tierra y el océano. Durante la semana del 13-17 de noviembre, la NASA comparte historias y videos sobre cómo esta visión de la vida desde el espacio está fomentando el conocimiento de nuestro planeta natal y la búsqueda de la vida en otros mundos.

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

En el Hemisferio Norte, los ecosistemas se despiertan en la primavera, tomando 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 nueva vegetación verde.

Mientras tanto, en los océanos, las plantas microscópicas derivan a través de las aguas superficiales al Sol y florecen en miles de millones de organismos absorbentes de dióxido de carbono — y los instrumentos de detección de luz en los satélites mapean los remolinos de su color.

Este otoño marca 20 años desde que la NASA ha observado continuamente no sólo las propiedades físicas de nuestro planeta, sino la única cosa que hace la Tierra única entre los miles de otros mundos que hemos descubierto: la vida.

Los satélites midieron la vida terrestre y oceánica desde el espacio desde los años setenta. Pero no fue hasta el lanzamiento del amplio sensor de campo de visión del mar (SeaWiFS) en 1997 que la agencia espacial comenzó lo que ahora es una visión continua y 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 visión de décadas de vida en la Tierra en unos pocos minutos cautivantes.

"Estas son increíblemente evocadoras visualizaciones de nuestro planeta viviente", dijo gene Carl Feldman, un oceanógrafo en el Centro Goddard de vuelos espaciales de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Esa es la Tierra, que es la que respira todos los días, cambiando con las estaciones, respondiendo al Sol, a los vientos cambiantes, las corrientes oceánicas y las temperaturas."

Desde los finales de 1997, los satélites de la NASA han observado continuamente y globalmente toda la vida vegetal en la superficie de la Tierra y el Océano. Veinte años de datos satelitales han ayudado a los científicos a rastrear poblaciones de fitoplancton en el océano, estudiar la vegetación cambiante en los alcances árticos de Norteamérica, monitorear los rendimientos de los cultivos y más. Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

La visión de la vida basada en el espacio permite a los científicos monitorear la salud de las cosechas, los bosques y la pesca en todo el mundo. Pero los científicos de la agencia espacial también han descubierto cambios a largo plazo en los continentes y en las cuencas oceánicas. A medida que la NASA comienza su tercera década de mediciones mundiales del Océano y de la Tierra, estos descubrimientos apuntan a preguntas importantes acerca de cómo los ecosistemas responderán a un Cambio Climático y a cambios a gran escala en la interacción humana con la Tierra.

Los satélites han medido el Ártico cada vez más verde, ya que los arbustos amplían su alcance y prosperan en temperaturas más cálidas. Las observaciones del espacio ayudan a determinar la producción agrícola a nivel mundial, y se utilizan en la detección temprana de alerta de hambruna. A medida que las aguas oceánicas 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 la pequeña vida prospera. Y a medida que las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera continúan aumentando y calentando el clima, la comprensión global de la NASA de la vida vegetal desempeñará un papel crítico en la supervisión del carbono a medida que avanza a través del sistema de la Tierra.

La vida en la Tierra, desde el espacio

animated visualization of land vegetation and phytoplankton
Desde el espacio, los satélites pueden ver respirar la Tierra. Una nueva visualización de la NASA muestra 20 años de observaciones continuas de la vida vegetal en la Tierra y en el
superficie del Océano, de septiembre 1997 a septiembre 2017. En la Tierra, la vegetación aparece en una escala de marrón (vegetación baja) a verde oscuro (lotes de la vegetación); en la superficie del Océano, el Fitoplancton se indica en una escala de púrpura (bajo) a amarillo (alto). Esta visualización se creó con los datos de los satélites incluyendo SeaWiFS, e instrumentos incluyendo la NASA/la serie visible infrarroja del radiómetro de la proyección de imagen.
Resolución de imágenes espectro radiómetro.
Créditos: NASA

Hace 60 años, la gente no estaba segura de que la superficie de la Tierra pudiera ser vista claramente desde el espacio. Muchos pensaron que las partículas de polvo y otros aerosoles en la atmósfera esparcirían la luz, enmascarando los Océanos y los Continentes, dijo Jeffrey Masek, jefe del Laboratorio de Ciencias Biosfera 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 la complejidad de nuestro planeta viviente, y ayudaron a dar el impulso a la era de la investigación de la ciencia de la Tierra desde el espacio. En 1972, la primera misión del Landsat comenzó su récord de 45 años de vegetación y cobertura de Tierras.

"A medida que el archivo satelital se expande, se ven más y más dinámicas emergentes", dijo Masek. "Ahora somos capaces de ver las tendencias a largo plazo."

Las praderas de Senegal, por ejemplo, sufren drásticos cambios estacionales. Las gramíneas y arbustos florecen durante la temporada de lluvias de junio a noviembre, luego se secan cuando la lluvia se detiene. Con los datos del satélite del Tiempo Temprano en los años 70 y los años 80, el científico de la NASA, Compton Tucker, pudo ver ese verde y morir de nuevo del espacio, midiendo la clorofila en las plantas de abajo. Él desarrolló una manera de comparar datos basados en los satélites a partir de dos longitudes de onda, que da una medida cuantitativa de este verdor llamado el Índice Normalizado de la Vegetación de la Diferencia.

"Nos quedamos asombrados cuando vimos las primeras imágenes." Fueron increíbles porque mostraron cómo la vegetación cambió anualmente, año tras año, dijo Tucker, observando que otros se sorprendieron también cuando el estudio salió en 1985. "Cuando produjimos este papel, la gente nos acusó de ' pintar por números ', o de eludir datos." "Pero por primera vez, se puede estudiar la vegetación desde el espacio en función de su capacidad fotosintética".

Cuando la temperatura es correcta, y el agua y la luz solar están disponibles, las plantas fotosintetizan y producen material vegetativo. Las hojas absorben fuertemente la luz azul y roja pero reflejan la luz infrarroja cercana de nuevo al espacio. Al comparar la proporción de luz roja a infrarroja cercana, Tucker y sus colegas podrían cuantificar la vegetación que cubría la Tierra.

Expandiendo estas observaciones al resto del mundo, los científicos podrían rastrear el impacto en las plantas de estaciones lluviosas y secas en otros lugares de África, ver las flores de primavera en Norteamérica, y los efectos posteriores de los incendios forestales en los bosques de todo el mundo.

Pero la Tierra es sólo parte de la historia. En la base de la red alimenticia del océano se encuentra el fitoplancton — pequeños organismos que, como las plantas terrestres, convierten el agua y el dióxido de carbono en azúcar y oxígeno, ayudados por la combinación adecuada de nutrientes y luz solar.
‎El satélite SeaWiFS fue lanzado a finales de 1997, justo a tiempo para capturar el fitoplancton que floreció en el Pacífico ecuatorial oriental como condiciones cambiadas del Niño a La Niña, visto aquí en amarillo.‎
‎Créditos: NASA‎

‎Satélites que pueden monitorear los cambios sutiles en el color del Océano han ayudado a los científicos seguir los cambios en las poblaciones de fitoplancton en todo el mundo. La primera visión de color del Océano llegó desde la zona costera Color escáner, un prueba-de concepto instrumento lanzado en 1979. Observaciones continuas del color del Océano comenzaron con el lanzamiento de SeaWIFS a fines de 1997. El satélite fue justo a tiempo para captar la transición del Niño a las condiciones de La Niña en 1998 — revelando cuán rápidamente y dramáticamente el fitoplancton responden a las cambiantes condiciones del Océano.

‎"El Pacífico Oriental entera, desde la costa de América del sur hasta la fecha, la transición de lo que era el equivalente de un desierto biológico a una selva tropical próspero. ""Y hemos visto suceder en tiempo real, dijo Feldman. "Para mí, que era la primera demostración de la potencia de este tipo de observación, para ver cómo el Océano responde a una de las más importantes perturbaciones ambientales que podrían experimentar, en el transcurso de unas pocas semanas. También demostró que el Océano y toda la vida dentro de ella es increíblemente resistente, si se les da la oportunidad. "

‎Cambio de seguimiento de satélites‎

‎Con 20 años de datos de satélite el seguimiento de la vegetación del Océano a escala global, los científicos están investigando cómo hábitats y ecosistemas responden a cambiar condiciones ambientales.‎

‎Estudios recientes de la vida del Océano han demostrado que una tendencia a largo plazo de aumento de las temperaturas superficiales de mar está causando regiones del océano conocidas como "Desiertos Biológicos" para ampliar. Estas regiones de crecimiento de fitoplancton bajas ocurren en el centro de corrientes grandes, lentos, llamados giros.

‎"Como el agua superficial cálida, crea un límite más fuerte entre las profundidades, aguas frías, ricas en nutrientes y el agua superficial iluminada por el sol, generalmente pobres en nutrientes,", dijo Feldman. Esto evita que los nutrientes puedan llegar al fitoplancton en la superficie y podría tener consecuencias importantes para la pesca y el ecosistema marino.‎

‎Una explosión de fitoplancton en el océano Ártico, indica el cambio. Como se derrite el hielo marino estacional, más luz solar y calentamiento de las aguas activarán una floración repentina, masiva de fitoplancton que se alimenta de aves, lobos marinos y peces recién nacidos. Pero con el calentamiento de las temperaturas atmosféricas, que bloom está ocurriendo varias semanas antes, antes de que los animales existen para aprovecharse de ella.‎

‎"No es la cantidad de alimentos, es el lugar y tiempo son sólo tan críticos", dijo Feldman. "Floración de la primavera llega antes y que va a afectar el ecosistema de maneras que aún no comprendemos".‎

‎El clima se está calentando más rápido en las regiones árticas, y los impactos en la Tierra son visibles desde el espacio, así. La tundra de Alaska occidental, Quebec y otros lugares se está convirtiendo más verde como arbustos de ampliar su alcance hacia el norte.

‎Están cambiando los vecinos bosques del Norte. Incendios masivos en 2004 y 2015 acabó con millones de hectáreas de bosques en Alaska, incluyendo bosques de abetos, señaló Chris Potter, investigador en el centro de investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California.‎

‎"Estos incendios fueron sorprendentes por la cantidad de área de bosque que se quemaron y lo caliente se quemaban", dijo Potter. "Cuando la temperatura del aire llega a 90 grados Fahrenheit a fines de mayo allí, y todos estos rayos se produjo, el bosque quemado muy extensivamente, cerca de ríos, cerca de pueblos — y nada podía detenerlo."‎


El satélite SeaWIFs fue lanzado a finales de 1997, justo a tiempo para capturar el fitoplancton que floreció en el Pacífico ecuatorial oriental cuando las condiciones cambiaron de el niño a la niña, visto aquí en amarillo.
Créditos: NASA

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 vino del explorador de color de la zona costera, un instrumento de la prueba-de concepto lanzado en 1979. Las observaciones continuas del color del océano comenzaron con el lanzamiento de SeaWiFS en finales de 1997. El satélite fue justo a tiempo para capturar la transición de el niño a la niña condiciones en 1998 — revelando cuán rápida y dramáticamente el fitoplancton responde a las condiciones cambiantes del océano.

"Todo el Pacífico Oriental, desde la costa de Sudamérica hasta la fecha de salida, se ha transformado en el equivalente de un desierto biológico a un bosque lluvioso floreciente." "Y lo vimos pasar en tiempo real", dijo Feldman. "Para mí, esa fue la primera demostración del poder de este tipo de observación, para ver cómo el Océano responde a una de las perturbaciones medioambientales más significativas que podría experimentar, en el transcurso de sólo unas pocas semanas." También mostró que el Océano y toda la vida dentro de ella es increíblemente resistente-si se le da la mitad de una oportunidad.

Seguimiento del cambio desde los 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 están respondiendo a las condiciones ambientales cambiantes.

Estudios recientes sobre la vida oceánica han demostrado que una tendencia a largo plazo de las crecientes temperaturas de la superficie del mar está causando que las regiones oceánicas se conozcan como "desiertos biológicos" para expandirse. Estas regiones del crecimiento bajo del fitoplancton ocurren en el centro de las corrientes grandes, lento-móviles llamadas giros.

"A medida que las aguas superficiales se calientan, crea un límite más fuerte entre las aguas profundas, frías, ricas en nutrientes y el soleado, generalmente aguas superficiales pobres en nutrientes", dijo Feldman. Esto impide que los nutrientes alcancen el fitoplancton en la superficie, y podrían tener consecuencias significativas para la pesca y el ecosistema marino.

En el océano Ártico, una explosión de fitoplancton indica un cambio. Como el hielo estacional se derrite, el calentamiento de las aguas y más luz solar desencadenará una repentina y masiva floración de fitoplancton que alimenta aves, lobos marinos y peces recién eclosionados. Pero con temperaturas atmosféricas que se calientan, ese florecimiento está ocurriendo varias semanas antes, antes de que los animales estén en su lugar para aprovecharlo.

"No es sólo la cantidad de comida, es la ubicación y el tiempo que son tan críticos", dijo Feldman. "la primavera florecerá antes, y eso va a impactar el ecosistema de maneras que aún no entendemos".

Vigilar los cultivos

Las temperaturas cambiantes y los patrones de precipitación también influyen en los cultivos, ya sean cultivados en California o en África. La medida de "verdor" que los científicos utilizan para medir los bosques y pastizales también puede utilizarse para la agricultura, para monitorear la salud de los campos a lo largo de la temporada de crecimiento.

Los investigadores y los responsables políticos se dieron cuenta de este potencial temprano. Una de las primeras aplicaciones de los datos del Landsat en la década de 1970 fue predecir los rendimientos de grano en Rusia y entender mejor los mercados de commodities. 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, para identificar regiones donde la producción de alimentos ha estado limitada por la sequía. Esa asociación continúa hoy. Con las estimaciones de lluvia, las mediciones de la vegetación, así como la reciente adición de información sobre la humedad del suelo, los científicos de la NASA pueden ayudar a organizaciones como USAID a ayudar a emergencias directas.

Con datos mejorados del Landsat, los instrumentos MODIS en la nave espacial Terra y Aqua de la NASA y otros satélites, y al combinar datos de múltiples sensores, los investigadores ahora pueden rastrear el crecimiento de los cultivos en campos individuales, dijo Tucker.

"Esto mueve las cosas a los tamaños de campo para probablemente el 80 por ciento de los campos a nivel mundial, esto es un avance enorme", dijo Tucker.

La visión desde el espacio no sólo ayuda a monitorear los cultivos, sino que también puede ayudar a mejorar las prácticas agrícolas. Una bodega en California, por ejemplo, utiliza píxeles individuales de datos del Landsat para determinar cuándo irrigar y cuánta agua usar.

El siguiente paso para los científicos de la NASA es en realidad el proceso de la fotosíntesis desde el espacio. Cuando las plantas experimentan ese proceso químico, algunos de la energía absorbida fluorescencia débilmente hacia atrás, señala Joanna Joiner, un científico de investigación de la NASA Goddard. Con satélites que detectan señales en las longitudes de onda muy específicas de esta fluorescencia, y una técnica de análisis afinada que bloquea las señales de fondo, el ensamblador y sus colegas pueden ver donde y cuando las plantas comienzan a convertir la luz solar en azúcares.

"Fue una especie de revelación que sí, se puede medir", dijo el ensamblador. Un estudio temprano miró el cinturón de maíz de Estados Unidos y lo encontró fluorescencia "como loco", dijo. "Esas plantas tienen algunas de las tasas de fluorescencia más altas en la Tierra en su apogeo."

Joiner y Tucker están utilizando tanto los datos de fluorescencia y los índices de vegetación para obtener la mayor información posible sobre el crecimiento de las plantas a escala regional y global: "Una de las grandes preguntas que aún queda es la cantidad de carbono que están tomando las plantas, ¿por qué varía?" año a año, y que las áreas están contribuyendo a que la variabilidad ", dijo el ensamblador"

Ya se trate de cultivos, bosques o el fitoplancton florece, los científicos de la NASA están rastreando la vida en la Tierra. Así como los satélites ayudan a los investigadores a estudiar la atmósfera, las precipitaciones y otras características físicas del planeta, la visión siempre mejorada desde arriba les permitirá estudiar la vida interconectada del planeta, dijo Feldman.

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

Imagen de banner: visualización desde septiembre de 2017 mostrando la vida de la planta en la Tierra y en la superficie del Océano. En Tierra, la vegetación aparece en una escala del marrón (vegetación baja) al verde oscuro (porciones de vegetación); en la superficie del océano, el fitoplancton se indica en una escala de púrpura (bajo) a amarillo (alto). Esta visualización fue creada con datos de satélites incluyendo SeaWiFS, e instrumentos incluyendo la NASA/NOAA visible infrarrojos de imagen Suite radiómetro y la resolución moderada de imágenes espectro radiómetro. Crédito: NASA

By Kate Ramsayer
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Last Updated: Nov. 13, 2017
Editor: Rob Garner

Traducción: El Quelonio Volador

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