Oamenii de știință analizează permafrostul pentru a înțelege impactul schimbărilor climatice

Cercetătorii din Arctica și experții în teledetecție folosesc inteligența artificială pentru a caracteriza părți mari și neexplorate ale Pământului, în special permafrostul, solul înghețat care reprezintă o mare parte a Pământului, aproximativ 15% din emisfera nordică.

Permafrostul este important pentru clima noastră, conținând cantități mari de biomasă stocată sub formă de metan și dioxid de carbon. Cu toate acestea, caracteristicile înnăscute și natura schimbătoare a permafrostului nu sunt înțelese pe scară largă.

• Test de cultură generală. Ce au oamenii în comun cu rechinii?
• Cactusul care înflorește doar o dată pe an: o poveste despre frumusețe efemeră și misterul naturii

Pe măsură ce încălzirea globală încălzește Pământul și provoacă dezghețarea solului, se așteaptă ca ciclul carbonului din permafrost să se accelereze și să elibereze în atmosferă gaze cu efect de seră conținute în sol, creând o buclă de reacție care va accelera schimbările climatice, scrie EurekAlert.

În aceste condiții, oamenii de știință folosesc teledetecția, o modalitate de a înțelege amploarea, dinamica și schimbările din permafrost. În ultimele două decenii, o mare parte din Arctica a fost cartografiată cu o precizie extrem de mare de către sateliții comerciali. Aceste hărți reprezintă o comoară de date despre această regiune puțin explorată.

Echipa a analizat peste 1 milion de imagini din Arctica

Astfel, în cadrul programului „Navigating the New Arctic”, cercetătorii fac mult mai accesibile datele despre permafrostul arctic. Echipa a analizat arhivele cu peste 1 milion de imagini realizate în Arctica. Acestea reprezintă o mulțime de date – atât de multe încât metodele tradiționale de analiză și de extragere a caracteristicilor au eșuat. „Am apelat la metode de învățare profundă, bazate pe inteligență artificială pentru a procesa și analiza această cantitate mare de date”, a declarat Witharana, autorul studiului.

Una dintre cele mai speciale caracteristici ale permafrostului sunt cutele de gheață, care produc poligoane observate în imaginile din satelit. „Se formează din înghețarea și topirea solului din tundră”, a spus cercetătorul Liljedahl. „Unele dintre ele sunt vechi de zeci de mii de ani”.

Forma și dimensiunile acestora pot oferi informații importante despre starea și ritmul schimbărilor din regiune. Începând din 2018, Witharana a început să folosească rețele neuronale pentru a detecta aceste poligoane din mii de imagini din satelit din Arctica.

Permafrostul și schimbările climatice

„Permafrostul nu este caracterizat în modelele climatice, iar acest studiu ne va ajuta să obținem o bază de referință și, de asemenea, să vedem cum se produc schimbările în timp”, a spus Liljedahl.

Echipa a introdus imaginile din satelit într-o rețea neuronală și au testat-o. Au existat provocări inițiale – de exemplu, imaginile pentru Canada au fost mai puțin eficiente în Rusia, unde cutele de gheață sunt mai vechi și au o formă diferită. Cu toate acestea, trei ani mai târziu, echipa a înregistrat rate de acuratețe între 80 și 90%.

Până la sfârșitul anului 2021, echipa a identificat și cartografiat 1,2 miliarde de poligoane, în datele din satelit. Ei estimează că se află la jumătatea setului complet de date.

În plus, metoda oferă și alte informații despre permafrost, cum ar fi dimensiunea poligonului. Analizele individuale pot fi efectuate în mai puțin de o oră. Însă numărul lor foarte mare face imposibilă rularea lor în altă parte decât pe un supercomputer mare, unde pot fi calculate în paralel.

„Trebuie să înțelegem ce se întâmplă în permafrost”

Un studiu din 2022, publicat în PE&RS, a explorat eficacitatea diferitelor metode de augmentare a imaginii (cum ar fi modificarea nuanței sau a saturației), când sunt aplicate algoritmilor de rețele neuronale de învățare profundă pentru a recunoaște poligoanele de gheață din imaginile din satelit.

„Vrem să avem mai multe date despre permafrost. Există atât de multe schimbări rapide. Trebuie să fim capabili să înțelegem cu adevărat, și să comunicăm, ce se întâmplă în permafrost”, a spus Liljedahl.

Datele privind cutele de gheață vor fi disponibile pentru analiză pe Permafrost Discovery Gateway, care va „face ca informațiile despre Arctica să fie mai accesibile pentru mai multe persoane”, a spus Liljedahl.

O altă fază importantă a proiectului de cercetare presupune analiza imaginilor din satelit, reprezentând diferiți ani și perioade ale anului. Compararea stării poligoanelor de ghețari poate indica tendințe și traiectorii, cum ar fi cât de repede se schimbă peisajul și unde aceste schimbări se vor intersecta cu așezările sau infrastructura umană.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O „hartă a comorilor” indică locul în care se ascund meteoriții din Antarctica

Bulele de aer din gheața din Antarctica indică o cauză a scăderii oxigenului

O abundență șocantă de forme de viață, descoperită sub o banchiză din Antarctica

Incendii devastatoare au cuprins Antarctica în urmă cu 75 de milioane de ani