اولین نقشه‌های جامع ناسا از منابع گرد و غبار معدنی سطح زمین

ماموریت «بررسی منبع گرد و غبار معدنی سطح زمین»(EMIT) ناسا اولین نقشه‌های جامع را از مناطق منبع غبار معدنی جهان ایجاد کرده است که مکان دقیق ۱۰ ماده معدنی کلیدی را براساس نحوه انعکاس و جذب نور ارائه می‌دهد. هنگامی که باد این مواد را به هوا می‌برد، آنها با توجه به ترکیب خود، جو و سطح زمین را سرد یا گرم می‌کنند. درک کردن فراوانی مواد معدنی در سراسر جهان به پژوهشگران کمک می‌کند تا اثرات آب‌وهوایی آینده را پیش‌بینی کنند.

ماموریت EMIT که در سال ۲۰۲۲ به «ایستگاه فضایی بین‌المللی» پرتاب شد، شامل یک طیف‌سنج تصویربرداری است که در «آزمایشگاه پیش‌رانش جت» ناسا ساخته شده است. این ماموریت، نیاز حیاتی دانشمندان حوزه آب و هوا را برای کسب اطلاعات دقیق‌تر در مورد ترکیب مواد معدنی سطح زمین برآورده می‌کند.

طیف‌سنج EMIT با بررسی سطح زمین از ارتفاع حدود ۴۱۰ کیلومتری، مناطق گسترده‌ای را اسکن می‌کند که بررسی آنها برای زمین‌شناسان از روی زمین یا تجهیزات درون هواپیما غیرممکن است. در عین حال، طیف‌سنج این کار را با همان سطح از جزئیات و به طور مؤثر انجام می‌دهد.

این مأموریت تا به امروز بیش از ۵۵ هزار عکس ۸۰ در ۸۰ کیلومتری را از سطح زمین در منطقه مورد بررسی خود گرفته است که مناطق خشک واقع در کمربند پهن اطراف بخش میانی زمین به عرض ۱۱ هزار کیلومتر را شامل می‌شود. این عکس‌ها در مجموع میلیاردها اندازه‌گیری را شامل می‌شوند که بیش از اندازه کافی برای ایجاد نقشه‌های دقیق از ترکیب سطح زمین هستند.

این ماموریت، طیف گسترده‌ای از قابلیت‌های دیگر خود را نیز طی ۱۷ ماه ماندن در مدار زمین نشان داده است؛ از جمله شناسایی کردن ستون‌های متان و دی‌اکسید کربن که از محل‌های دفن زباله، تأسیسات نفتی و سایر زیرساخت‌ها منتشر می‌شوند.

«راجر کلارک»(Roger Clark) دانشمند ارشد در «مؤسسه علوم سیاره‌ای»(PSI) و از اعضای گروه ماموریت EMIT گفت: هر جا که برای درک کردن چیزی روی سطح زمین به شیمی نیاز داشته باشیم، می‌توانیم این کار را با طیف‌سنج تصویربرداری انجام دهیم. اکنون ما می‌خواهیم با کمک EMIT، تصویر بزرگی را ببینیم و این مطمئنا چشم‌ها را باز می‌کند.

غبار و اقلیم

دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که گرد و غبار معدنی موجود در هوا، بر آب و هوا تأثیر می‌گذارد. آنها می‌دانند که مواد تیره‌تر و غنی از اکسید آهن، انرژی خورشید را جذب می‌کنند و هوای اطراف را گرم می‌کنند، اما مواد غیر آهنی و روشن‌تر، نور و گرما را منعکس می‌کنند و هوا را خنک می‌کنند. در هر حال، این که آیا چنین فرآیندهایی یک تأثیر خالص گرمایشی یا خنک‌کننده دارند، نامشخص باقی مانده است.

پژوهشگران، ایده‌ای را برای نحوه عبور گرد و غبار در جو دارند، اما قطعه گم‌شده این پازل، رنگ سطح در مکان‌هایی است که معمولاً غبار از آنها سرچشمه می‌گیرد. تاکنون کمتر از ۵۰۰۰ مکان در سراسر جهان تحت نمونه‌برداری قرار گرفته‌اند. براساس میلیاردها نمونه می‌توان گفت که نقشه‌های EMIT جزئیات بسیار بیشتری را ارائه می‌دهند.

«ناتالی ماهووالد»(Natalie Mahowald) دانشمند «دانشگاه کرنل»(Cornell University) و از اعضای گروه ماموریت EMIT گفت: ما نقشه‌های جدید را به دست می‌آوریم و آنها را در مدل‌های آب‌وهوایی خود قرار می‌دهیم. از این رو، ما می‌دانیم که چه کسری از ذرات معلق در هوا، گرما را بسیار بیشتر از آنچه در گذشته تصور می‌کردیم، جذب می‌کنند.

غبار و اکوسیستم‌ها

دانشمندان می‌توانند با به کار بردن داده‌های معدنی EMIT، کاری فراتر از بهبود مدل‌سازی آب‌وهوای زمین انجام دهند. آنها می‌توانند تأثیر گرد و غبار را بر اکوسیستم‌های محل فرود مطالعه کنند. شواهد قوی وجود دارد مبنی بر این که ذرات ته‌نشین‌شده در اقیانوس می‌توانند فیتوپلانکتون‌ها را تحریک کنند و این می‌تواند پیامدهایی را برای اکوسیستم‌های آبی و چرخه کربن سیاره ما داشته باشد. همچنین، دانشمندان نشان داده‌اند که گرد و غبار سرچشمه‌گرفته از کوه‌های آند در آمریکای جنوبی و همچنین بخش‌هایی از شمال و جنوب صحرای آفریقا، مواد مغذی را برای رشد جنگل‌های بارانی در محدوده آمازون فراهم می‌کند.

داده‌های EMIT می‌توانند به پژوهشگران در مشخص کردن منابع گرد و غبار معدنی کمک کنند و نگاه دقیق‌تری را به ترکیب آن داشته باشند. این کار به بررسی کردن سفره عناصر کلیدی مانند فسفر، کلسیم و پتاسیم کمک می‌کند که تصور می‌شود در این فرآیند طولانی‌مدت نقش دارند.

«اریک اسلسارف»(Eric Slessarev) پژوهشگر «دانشگاه ییل»(Yale University) گفت: EMIT می‌تواند به ما کمک کند تا مدل‌های انتقال پیچیده‌تر و دقیق‌تری را برای گرد و غبار بسازیم تا حرکت این مواد مغذی را در فواصل طولانی ردیابی کنیم. این کار به ما امکان می‌دهد تا شیمی خاک را در مکان‌های بسیار دور از مناطق مولد گرد و غبار درک کنیم.

نسل جدید علم

به غیر از ردیابی ۱۰ ماده معدنی کلیدی که بخشی از مأموریت اصلی EMIT هستند، داده‌های EMIT برای شناسایی طیفی از مواد معدنی دیگر، انواع پوشش گیاهی، برف و یخ و حتی مواد تولیدشده توسط انسان روی سطح زمین یا نزدیک به سطح استفاده می‌شوند. پژوهشگران با بررسی‌های بیشتر قادر خواهند بود تا روابط آماری بین ویژگی‌های سطح زمین و سایر ویژگی‌های مورد نظر را بیابند.

«رابرت گرین»(Robert Green) دانشمند ارشد آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا و پژوهشگر ارشد EMIT گفت: برای مثال، پژوهشگران ممکن است سیگنال‌هایی را در داده‌های EMIT شناسایی کنند که با وجود عناصر کمیاب خاکی و مواد معدنی حاوی لیتیوم مطابقت دارد. این اطلاعات جدید را می‌توان برای جستجوی مواد معدنی در مکان‌هایی مورد استفاده قرار داد که پیشتر ناشناخته بودند.

«فیل برودریک»(Phil Brodrick) دانشمند داده آزمایشگاه پیش‌رانس جت ناسا که پیشتاز ایجاد نقشه‌های معدنی بوده است، گفت: ما تا این لحظه، از توزیع مواد معدنی سطح زمین در بخش‌های بزرگی از سیاره اطلاعی نداشتیم. با داده‌های EMIT احتمالا نسل جدیدی از علم وجود خواهد داشت که ما هنوز درباره آن نمی‌دانیم و این واقعا جالب است.