La missione Biomass utilizzerà una parte dello spettro radio a lungo proibita per vedere quanto carbonio catturano le foreste.
Le foreste sono il secondo più grande serbatoio di carbonio del pianeta, dopo gli oceani. Per capire esattamente quanto carbonio intrappolano, l’Agenzia spaziale europea e Airbus hanno costruito un satellite chiamato Biomass che utilizzerà una banda dello spettro radio a lungo proibita per vedere sotto le cime degli alberi di tutto il mondo. Il satellite decollerà dalla Guyana francese verso la fine di aprile e vanterà il più grande radar spaziale della storia, anche se sarà presto agganciato in orbita dal satellite di imaging NISAR di proprietà degli Stati Uniti e dell’India, il cui lancio è previsto per la fine dell’anno.
Circa la metà della massa secca di un albero è costituita da carbonio, quindi una buona misura del peso di una foresta può dire quanta anidride carbonica ha sottratto all’atmosfera. Ma gli scienziati non hanno modo di misurare direttamente questa massa.
“Per misurare la biomassa, è necessario abbattere l’albero e pesarlo, per questo utilizziamo sistemi di misurazione indiretta”, spiega Klaus Scipal, responsabile della missione Biomassa.
Questi sistemi indiretti si basano su una combinazione di campionamenti sul campo – forestali che si aggirano tra gli alberi per misurarne l’altezza e il diametro – e di tecnologie di telerilevamento come gli scanner lidar, che possono essere sorvolati dalle foreste con aerei o droni e utilizzati per misurare l’altezza degli alberi lungo le linee di volo. Questo approccio ha funzionato bene in Nord America e in Europa, dove esistono sistemi di gestione forestale ben consolidati. “Le persone conoscono ogni albero e fanno molte misurazioni”, afferma Scipal.
Ma la maggior parte degli alberi del mondo si trova in luoghi meno mappati, come la giungla amazzonica, dove meno del 20% della foresta è stato studiato a fondo sul terreno. Per avere un’idea della biomassa in queste aree remote e per lo più inaccessibili, il rilevamento delle foreste dallo spazio è l’unica opzione praticabile. Il problema è che i satelliti attualmente in orbita non sono attrezzati per il monitoraggio degli alberi.
Le foreste tropicali viste dallo spazio sembrano tappeti verdi, perché tutto ciò che possiamo vedere sono le cime degli alberi; da immagini come questa, non possiamo dire quanto siano alti o spessi gli alberi. I radar di cui disponiamo su satelliti come Sentinel 1 utilizzano lunghezze d’onda radio corte, come quelle della banda C, comprese tra 3,9 e 7,5 centimetri. Questi rimbalzano sulle foglie e sui rami più piccoli e non riescono a penetrare nella foresta fino a terra.
Per questo motivo, per la missione Biomass, l’ESA ha scelto il radar in banda P. Le onde radio in banda P, che hanno una lunghezza d’onda circa 10 volte superiore, possono vedere i rami più grandi e i tronchi degli alberi, dove è immagazzinata la maggior parte della loro massa. Ma montare un sistema radar in banda P su un satellite non è facile. Il primo problema sono le dimensioni.
“I sistemi radar scalano con le lunghezze d’onda: più lunga è la lunghezza d’onda, più grandi devono essere le antenne. Servono strutture più grandi”, spiega Scipal. Per poter trasportare il radar in banda P, gli ingegneri di Airbus hanno dovuto costruire il satellite Biomass con due metri di larghezza, due metri di spessore e quattro metri di altezza. L’antenna del radar ha un diametro di 12 metri. Si trova su un lungo braccio a più snodi e gli ingegneri di Airbus hanno dovuto piegarlo come un ombrello gigante per inserirlo nel razzo Vega C che lo porterà in orbita. La sola procedura di ripiegamento richiederà diversi giorni una volta che il satellite sarà arrivato nello spazio.
Le dimensioni, tuttavia, sono solo una delle ragioni per cui abbiamo generalmente evitato di inviare radar in banda P nello spazio. Il funzionamento di tali sistemi radar nello spazio è vietato dalle norme dell’Unione Internazionale delle Telecomunicazioni, e per una buona ragione: le interferenze.
Gli operai trasportano il satellite BIOMASS in una camera bianca per ispezionarlo prima del lancio
ESA-CNES-ARIANESPACE/OPTIQUE VIDéO DU CSG-S. MARTIN
“L’allocazione primaria delle frequenze nella banda P è per gli enormi SOTR [radar a inseguimento di un singolo oggetto] che gli americani usano per rilevare i missili balistici intercontinentali in arrivo. Questo, ovviamente, è stato un problema per noi”, spiega Scipal. Per ottenere un’esenzione dal divieto di utilizzo dei radar spaziali in banda P, l’ESA ha dovuto accettare diverse limitazioni, la più dolorosa delle quali consisteva nello spegnere il radar Biomass sopra il Nord America e l’Europa per evitare di interferire con la copertura SOTR.
“È stato un peccato. È una missione europea, quindi volevamo fare osservazioni in Europa”, dice Scipal. Il resto del mondo, però, è a portata di mano.
La missione Biomass è prevista per cinque anni. La calibrazione del radar e degli altri sistemi richiederà i primi cinque mesi. Dopodiché, Biomass entrerà nella fase di tomografia, raccogliendo dati per creare mappe dettagliate della biomassa delle foreste in India, Australia, Siberia, Sud America, Africa, ovunque tranne che in Nord America e in Europa. “La tomografia funzionerà come una TAC in ospedale. Prenderemo le immagini di ogni area da diverse posizioni e creeremo la mappa 3D delle foreste”, spiega Scipal.
Per ottenere una copertura completa e globale si prevede che ci vorranno 18 mesi. Poi, per il resto della missione, Biomass passerà a un metodo di misurazione diverso, catturando una mappa globale completa ogni nove mesi per misurare come cambiano le condizioni delle nostre foreste nel tempo.
“L’obiettivo scientifico è capire il ruolo delle foreste nel ciclo globale del carbonio. L’interesse principale è rivolto ai tropici, perché sono le foreste più dense e più minacciate dalla deforestazione e quelle che conosciamo meno”, spiega Scipal.
Biomass fornirà mappe 3D a scala di ettaro di queste foreste tropicali, includendo tutto, dall’altezza degli alberi alla topografia del terreno, qualcosa che non abbiamo mai avuto prima. Ma ci sono dei limiti a ciò che può fare.
“Uno svantaggio è che non potremo conoscere le deviazioni stagionali delle foreste nel corso dell’anno a causa del tempo necessario a Biomass per effettuare una copertura globale”, afferma Irena Hajnsek, docente di osservazione della Terra al Politecnico di Zurigo, che non è coinvolta nella missione Biomass. E Biomass lascerà ancora senza risposta alcune delle nostre domande sui pozzi di carbonio.
“In tutte le nostre stime sul cambiamento climatico, sappiamo quanto carbonio c’è nell’atmosfera, ma non sappiamo quanto carbonio è immagazzinato sulla terra”, dice Hajnsek. La biomassa avrà i suoi limiti, afferma Hajnsek, poiché una quantità significativa di carbonio è intrappolata nel suolo nelle aree di permafrost, che la missione non sarà in grado di misurare.
“Ma impareremo quanto carbonio è immagazzinato nelle foreste e anche quanto ne viene rilasciato a causa di disturbi come la deforestazione o gli incendi”, spiega l’esperta. “E questo sarà un contributo enorme”.
