پیشرفت دانش انسان در مورد چرخه کربن

17 فوریه 2025

آژانس فضایی اروپا (ESA) قرار است ماموریت زیست توده خود را در سال 2025 راه اندازی کند و اندازه گیری های دقیق تری از زیست توده جنگل ارائه دهد تا درک ما از چرخه کربن را افزایش دهد. برای کسب اطلاعات بیشتر با مدیر پروژه بیوماس، مایکل فرینگر صحبت کردیم.

جنگل ها به عنوان یک مخزن اصلی کربن، نقش مهمی در چرخه کربن و سیستم آب و هوا ایفا می کنند. با این حال، به دلیل عواملی مانند تخریب جنگل ها و جنگل زدایی، بسیاری از این کربن ذخیره شده به اتمسفر بازگردانده می شود و باعث اثرات مضر بر محیط زیست می شود.

برای درک تغییرات سریع جنگل‌ها و در نتیجه مقابله با پیامدهایی که این امر برای آب و هوای ما دارد، کمی کردن چرخه کربن جهانی حیاتی است. با این حال، اندازه گیری های فعلی زیست توده جنگل در بسیاری از نقاط جهان ضعیف است. ماموریت زیست توده آژانس فضایی اروپا با استفاده از یک تکنیک اندازه گیری جدید برای ارائه اطلاعات جدید در مورد ارتفاع جنگل و زیست توده جنگل های بالای زمین از فضا، داده های مهمی را برای کمک به کاهش عدم قطعیت های عمده در محاسبات ذخایر کربن و شار در خشکی جمع آوری می کند.

ماموریت زیست توده شامل یک سکوی ماهواره ای در مدار پایین زمین (LEO) خواهد بود که یک ابزار رادار دهانه مصنوعی (SAR) حمل می کند. نقشه برداری زیست توده جنگل از فضا یک چالش فنی بزرگ است زیرا جنگل ها ساختارهای پیچیده ای هستند و گونه های مختلف درخت و سایبان های متراکم اندازه گیری آنها را از فضا دشوار می کند. ابزار SAR زیست توده می تواند از میان پوشش ابر «دیده» شود و به لایه تاج نفوذ کند تا امکان تخمین زیست توده واقعی درختان را فراهم کند.

ماهواره Biomass توسط کنسرسیومی متشکل از بیش از 50 شرکت زیر نظر ایرباس انگلستان به عنوان پیمانکار اصلی طراحی و ساخته شده است. این ماموریت قرار است در آوریل 2025 با موشک Vega-C از فرودگاه فضایی اروپا در کورو، گویان فرانسه پرتاب شود.

ویراستار جورجی پرسل با مدیر پروژه زیست توده ESA، مایکل فرینگر، صحبت کرد تا دریابد که چگونه این ماموریت سوالات پیرامون زیست توده جنگل و چرخه کربن را برطرف می کند.

ماموریت زیست توده چیست و برای انجام چه کاری طراحی شده است؟

ماموریت زیست توده بخشی از مأموریت های علمی زمین است که توسط اداره رصد زمین در آژانس فضایی اروپا رهبری می شود. در گروه علوم زمین، ما ماهواره‌هایی می‌سازیم که فناوری‌های جدید را آزمایش می‌کنند تا مشخص شود آیا آنها کاندیدهای خوبی برای کاربردهای عملیاتی هستند یا خیر.

ماموریت Biomass برای ارائه بینش هایی در مورد چرخه کربن و مدل سازی آب و هوا طراحی شده است. نسبتاً مشخص است که چه تعداد سوخت فسیلی در سال مصرف می شود و چه مقدار CO2 در جو منتشر می شود. با این حال، آنچه کمتر شناخته شده است این است که همه اینها به کجا ختم می شود. سه احتمال این است که در جو باقی می ماند، در اقیانوس ها ذخیره می شود یا توسط گیاهان جذب می شود – در درجه اول در جنگل های استوایی. این سه سینک CO2 واضح هستند، اما تعیین مقدار CO2 به هر سینک دشوار است. به طور خاص، ابهامات زیادی در مورد میزان کربن ذخیره شده در جنگل ها وجود دارد.

یکی از اهداف اصلی ماموریت زیست توده اندازه گیری میزان کربن موجود در جنگل ها است. این با اندازه گیری تن چوب در هکتار به دست می آید. تقریباً یک کیلو چوب معادل نیم کیلو کربن است. یکی دیگر از اهداف کلیدی اندازه گیری تکامل جنگل ها در سراسر جهان است. در دور اول ماموریت، نقشه جهانی زمین را می گیریم و میزان کربن موجود در آن را اندازه می گیریم. حدود هفت ماه بعد، ما یک اندازه گیری دیگر انجام خواهیم داد و تغییرات را در این مدت مشخص خواهیم کرد. ما خواهیم دید که در کجا به دلیل جنگل زدایی و دلایل دیگر رشد یا از دست دادن وجود داشته است.

در مورد مرحله آماده سازی ماموریت بیشتر توضیح می دهید؟ چه مدت در کار بوده است؟ آیا با چالش‌هایی مواجه شده‌اید و اگر چنین است، چگونه بر آن‌ها غلبه کرده‌اید؟

این نوع ماموریت در گروهی به نام «ماموریت‌های کاوشگر» قرار دارد که از فناوری به‌طور خاص برای این مأموریت‌ها استفاده می‌کنند. از آنجایی که این فناوری قبلا هرگز به کار گرفته نشده بود، متأسفانه این پیشرفت ها زمان می برد.

تاریخچه زیست توده به سال 2005 باز می گردد، زمانی که جامعه علمی این مأموریت را به عنوان یکی از شش نامزد مورد مطالعه برای اجرا پیشنهاد کرد. Biomass در آن رقابت در سال 2012 برنده شد. سپس کار طراحی صنعتی دقیق با دو کنسرسیوم اروپایی انجام شد و قرارداد ساخت ماهواره در نهایت در اوایل سال 2016 به ایرباس واگذار شد.

ما با تعدادی از مشکلات تکنولوژیکی، عمدتاً مربوط به ابزار، مواجه بوده ایم. این یک ابزار راداری است که به یک پالس راداری قوی و بسیار پیچیده و در نتیجه تقویت کننده قدرت نیاز دارد. تقویت کننده قدرت و واحد کنترل ابزار دشوار بود که منجر به تاخیر شد.

کل این روند توسط COVID-19 مختل شد. ما شروع به آزمایش مدل‌های مهندسی کردیم، که قبل از ساخت مدل‌های پرواز، زمانی که کووید اتفاق افتاد، توسعه و آزمایش شدند. مردم باید در آزمایشگاه‌ها می‌بودند، اما کووید باعث توقف شد.در مجموع، کووید حدود یک سال تاخیر برای ما هزینه داشت.

اخیرا در اروپا نیز دچار مشکل پرتاب کننده شده ایم. با این حال، اکنون همه چیز دوباره به آرامی پیش می‌رود و ما آماده عرضه با Vega-C هستیم.

پس از راه اندازی چه اتفاقی خواهد افتاد؟

بلافاصله پس از پرتاب، چند روز بسیار شدید برای راه اندازی ماهواره وجود خواهد داشت. این یک مرحله شش ماهه “راه اندازی” است که در آن سیستم ها بررسی می شوند، عملیاتی می شوند و داده ها به دست می آیند.

سپس به داده‌ها نگاه می‌کنیم و ابزار را کالیبره می‌کنیم و نتایج را در برابر حقیقت زمین تأیید می‌کنیم. مکان‌هایی وجود دارند، عمدتاً در مناطق گرمسیری، که در آن افراد روی زمین از درختی به درخت دیگر ضخامت و ارتفاع را اندازه‌گیری می‌کنند تا تخمینی از میزان چوب موجود در محل را ارائه دهند. ما بر فراز این سایت ها پرواز می کنیم و اجرای الگوریتم خود را برای دستیابی به نتیجه انجام می دهیم که سپس آن را با اندازه گیری حقیقت زمین مقایسه می کنیم. در نهایت، در صورت نیاز، الگوریتم‌های خود را تطبیق می‌دهیم.

یکی از بخش های بسیار وقت گیر این فاز شش ماهه مربوط به پرتو رادار است. قطر پرتو رادار حدود 60 کیلومتر است و در حالت ایده آل باید بسیار همگن باشد. برای اندازه گیری این، ما 20 بار بر روی یک واحد کالیبراسیون روی زمین پرواز می کنیم. این یک ایده خوب از ظاهر پرتو ارائه می دهد. ما فقط هر سه روز یک بار پرتو رادار را می بینیم، بنابراین 60 روز طول می کشد تا مشخصات بسیار دقیقی از آن بدست آوریم.

پس از شش ماه، من و تیم من، همراه با صنعت، دستاوردهای خود را به بازبینان مستقل نشان خواهیم داد تا نحوه عملکرد ماهواره، ابزار و الگوریتم ها را نشان دهیم. به دنبال آن به دست اندرکاران ماهواره می سپاریم.