“มอง” ผืนป่า “แล” คาร์บอน (5) : สร้างเครื่องวัดที่ดีขึ้น

ธารา บัวคำศรี เรียบเรียงจาก Seeing Forests for the Trees and the Carbon: Mapping the World’s Forests in Three Dimensions (By Michael Carlowicz, Design by Robert Simmon -January 9, 2012)
ลิดาร์(Lidar) เรดาร์(radar) ภาพถ่ายที่ตามองเห็น(visible-light imagery) การสำรวจภาคพื้นดิน(ground surveys) และแบบจำลองคอมพิวเตอร์ (computer models) ต่างเป็นเครื่องมือที่นำไปสู่คำตอบที่แตกต่างกันเล็กน้อยต่อโจทย์คำถามเดียวกัน  ทีมงานสามทีมผลิตแผนที่ป่าไม้และคาร์บอนที่แตกต่างกันออกมาสามแบบในช่วงเวลา 15 เดือน ทีมงานที่ Stanford ทีมงานจาก the European Space Agency ทีมงานจาก Brazil ทีมงานจาก the U.S. Forest Service และสถาบันวิจัยนับสิบแห่งนั้นที่โจทย์ที่เหมือนกัน บางครั้งพวกเขาเป็นคู่แข่ง และบางครั้งก็ร่วมมือกัน

บางครั้งงานวิจัยก็ออกมาไม่แน่นอนได้ แต่วิธีการที่ดำเนินคู่ขนานกันไปและแข่งขันกันนั้นนำไปสู่นวัตกรรมใหม่ๆ และความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

David Harding (คนซ้าย) Charles Gatebe (คนขวา) และ Rafael Rincon (คนหลัง) เป็นนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำสามคนที่ทำงานในการประชันกันภาคสนามด้าน Eco 3D แต่ละคนรับผิดชอบเครื่องมือที่แตกต่างกัน ความเข้าใจเรื่องป่าไม้ของโลกได้รับการยกระดับขึ้นจากกลุ่มนักวิจัยต่าง ๆ ที่มองปัญหาจากมุมมองที่หลากหลาย(NASA photograph courtesy Jon Ranson, GSFC.)

Jon Ranson บอกว่า คลัายกับการวิจัยด้านมะเร็ง คุณมีห้องปฏิบัติการของคุณเองและแต่ละประเทศก็มองในถึงปัญหาเดียวกัน แต่ละคนมีมุมมองและวิธีการที่แตกต่างกันออกไป กลุ่มต่างๆ จะร่วมมือกันเท่าที่พวกเขาสามารถจะทำได้ และใช้ข้อมูลที่มีอยู่และทำมันออกมาให้ดีที่สุด ท้ายที่สุด มันก็เกื้อหนุนซึ่งกันและกันและปรับปรุงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในภาพรวม

รางวัลสูงสุดคือแผนที่ความสูงป่าไม้และปริมาณคาร์บอนในทุกภาคพื้นที่ทวีปของโลกที่เป็นมาตราฐานและหนึ่งเดียว แผนที่ดังกล่าวจะมีการปรับปรุงและทบทวนไปตามกิจกรรมของมนุษย์ที่มีต่อโลก

Steve Running คณะกรรมการระหว่างรัฐบาล่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ กล่าวว่า เรามีเครื่องมือที่ดีในการจัดการป่าไม้ทั่วโลก แต่ไม่ใช่เลยเมื่อพูดถึงป่าไม้ในเชิงโครงสร้างหรือการเปลี่ยนแปลง เราต้องการเครื่องมือวัดปริมาณคาร์บอนของป่าไม้ในระดับโลกรายปี เราต้องรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในแต่ละปี ไม่ว่าจะจากไฟป่า การปลูกป่าใหม่ การกลายเป็นทะเลทรายและการทำลายป่า

Running เพิ่มเติมว่า “เราจะทำให้ครอบคลุมทั้งโลกได้อย่างไร? และทำให้เกิดขึ้นในทุก ๆ 2-3 ปี มันเป็นสิ่งที่วิทยาศาสตร์ต้องการหรือไม่?

ทางเลือกในการทำแผนที่ภาคอวกาศ(space-based mapping) มีน้อยลง  ดาวเทียม ICESat เลิกภารกิจในปี 2009 ดาวเทียม ICESat II จะเริ่มดำเนินการก็ในปี 2016 แต่ก็ไม่จำเป็นต้องศึกษาป่าไม้เช่นเดียวกับที่เคยทำมา เครื่องมือที่เรียกว่า synthetic aperture radar ที่ใช้ในภารกิจ Shuttle Radar Topography ทำให้เราได้ภาพโครงสร้างภูมิประเทศของโลกในต้นปี 2000 แต่กระสวยอวกาศก็เลิกใช้งานในเดือนกรกฎาคม ปี 2011 เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันก็สามารถช่วยเราศึกษาโครงสร้างและเนื้อที่ของป่าไม้ในระดับโลกแต่ละปีหากมีการใช้งานบนสถานีอวกาศหรือดาวเทียมอื่น ๆ

นักวิจัยป่าไม้และนักนิเวศวิทยาหลายคนต่างรอภารกิจของดาวเทียมที่เรียกว่า “DESDynl” (the Deformation, Ecosystem, Structure, and Dynamics of Ice satellite) ที่มีการเสนอเข้าไปและเสนอแนะให้กับ สภาวิจัยแห่งชาติในปี 2007 ซึ่งจะรวมเทคโนโลยีเรดาร์(radar) และลิดาร์ (lidar) ที่จะให้ภาพสามมิติของป่าไม้และปริมาณคาร์บอน แต่ภารกิจดังกล่าวถูกแขวนไว้ไม่มีกำหนดในช่วงฤดูใบไม้ผลิของปี 2011 เนื่องจากการตัดงบประมาณของรัฐบาลสหรัฐฯ ถึงตอนนี้ นักวิจัยมองหาวิธีการอื่น ๆ ในการนำเครื่องมืือวัดขึ้นสู่อวกาศ

นักวิจัยของนาซาใช้เครื่องบินอย่างเช่นในภาพคือ P3 Orion เพื่อมาทดแทนช่องว่างของข้อมูลที่ได้จากดาวเทียม (NASA photograph courtesy Jon Ranson, GSFC.)

Ranson และ เพื่อร่วมงานของเขาคือ Doug Morton, Bruce Cook, Ross Nelson ที่ประจำอยู่ NASA Goddard มองหาแทนวทางในการทำงานต่อไป จนถึงเดือนสิงหาคมปี 2011 พวกเขานำเครื่องมือวัดขึ้นเครื่องบินวิจัยของนาซา บินข้ามภาคตะวันออกของสหรัฐฯ และเก็บข้อมูลทุกๆ อย่างตั้งแต่พื้นที่ชุ่มน้ำกึ่งเขตร้อนไปจนถึงป่าบอเรียล พวกเขายังบนสำรวจแปลงป่าไม้ในรัฐ Maine, New Hampshire, Pennsylvania, Maryland, Virginia, North Carolina และ Florida ตามรอยเดิมของดาวเทียม ICESat

ในฤดูร้อนปี 2011 Ranson นำปฏิบัติการ Eco-3D mission เพื่อวัดป่าในภาคตะวันออกของสหรัฐฯ และแคนาดาด้วยอุปกรณ์หลักสามชนิดคือ radar, lidar, และ radiometer อุกกรณ์ที่เรียกว่า Digital Beam forming Synthetic Aperture Radar (DBSAR) ให้ภาพป่าไม้แนวขวางและครอบคลุม แยกแยะพื้นที่ป่าจากพื้นที่อื่นๆ และให้ข้อมูลเรื่องความหนาแน่นของชีวมวลป่าไม้ เครื่องมือที่เรียกว่า Slope Imaging Multi-polarization Photon-counting Lidar (SIMPL) ว่าเรือนยอดและโครงสร้างของป่าไม้และให้ความเชื่องโยงเกี่ยวกับชนิดของต้นไม้้ที่มีการสำรวจ  เครื่องมือที่เรียกว่า Cloud Aerosol Radiometer (CAR) วัดแสงที่สะท้อนคุณสมบัติของใบไม้และภูมิประเทศ และบอกให้นักวิจัยทราบถึงองค์ประกอบและความอุดมสมบูรณ์ของป่า

ลิดาร์ (Lidar instruments) วัดความสูงของต้นไม้โดยสะท้อนแสงเลเซอร์จากเรือนยอดของป่าไม้  (NASA image by Robert Simmon.)

นอกเหนือไปจากภารกิจ Eco-3D ทีมจาก Goddard ยังได้ทำงานกับทีมนักวิจัยในแคนาดาและบราซิลเพื่อปรับปรุงการทำแผนที่ป่าไม้ทางอากาศซึ่งอาจเป็นวิธีการที่ดีที่สุดของโลกในขณะนี้ จนกว่าจะมีเครื่องมือวัดลิดาร์และเรดาร์ภาคอวกาศ (space-based lidar and radar) มาแทน

มอง “ผืนป่า” แล “คาร์บอน” (1)

ธารา บัวคำศรี เรียบเรียงจาก Seeing Forests for the Trees and the Carbon: Mapping the World’s Forests in Three Dimensions (By Michael Carlowicz, Design by Robert Simmon -January 9, 2012)

ป่าไม้ให้ความชื้น ความร่มเย็นและเต็มอ็อกซิเจน ต้นไม้ช่วยกันลมและกันแดด เป็นที่อยู่อาศัยของสรรพชีวิต หยั่งรากลงบนผืนดิน ดูดซับและชะลอการไหลของน้ำ

ป่าไม้เป็นแหล่งอาหาร ยารักษาโรค เชื้อเพลิงและวัสดุก่อสร้างที่มนุษย์นำมาใช้ในการดำรงชีวิต ป่าไม้ยังช่วยคงสมดุลของวัฐจักรคาร์บอน

นักวิทยาศาสตร์ประมาณว่ามนุษย์เราช่วยกันปล่อยคาร์บอนราว 9 พันล้านตัน (ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอนไดออกไซด์) ในแต่ละปีจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและจากการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน คาร์บอนไดออกไซด์ราว 4 พันล้านตัน เข้าไปสะสมในชั้นบรรยากาศและราว 2 ล้านตันถูกดูดซับโดยมหาสมุทร และอีก 3 พันล้านตัน เข้าไปในระบบนิเวศภาคพื้นดิน แต่แหล่งดูดซับคาร์บอน (sinks) อยู่ ณ บริเวณใดบ้างนั้นยังคงเป็นคำถามใหญ่

ป่าไม้ถือเป็นแหล่งสะสมคาร์บอนที่ใหญ่ที่สุดแหล่งหนึ่งในโลกและปล่อยคาร์บอนออกสู่ชั้นบรรยากาศผ่านกระบวนการทางธรรมชาติและกิจกรรมของมนุษย์ พื้นที่ป่าไม้ครอบคลุมผิวโลกภาคพื้นดินอยู่ในราวร้อยละ 30 ในขณะที่มีผลิตภาพของพรรณพืช (plant productivity) คิดเป็นร้อยละ 50 คาร์บอนที่กักเก็บในผืนดินกว่าร้อยละ 45 นั้นเกี่ยวข้องกับผืนป่า

ในอดีต ป่าไม้เก็บคาร์บอนไว้มากหรือน้อยกว่า? ป่าไม้สามารถเก็บสะสมคาร์บอนมากขึ้นในอนาคตหรือไม่? เหล่านักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่รู้คำตอบจริงๆ ในเรื่องนี้ สิ่งที่พวกเขารู้ก็คือกิจกรรมของมนุษย์ช่วยทำให้มีการปล่อยคาร์บอนจากแหล่งสะสมที่เสถียรและมีระยะยาว เช่น หิน การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและป่าดงดิบเขาดึกดำบรรพ์ เป็นต้น นำไปสู่ผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมโดยตรงในระยะสั้น

ตัวอย่างเช่น เมื่อเราตัดไม้ทำลายป่า เราตัดเอาไม้ใหญ่ที่สามารถเก็บสะสมคาร์บอนในต้น กิ่งก้านสาขามาเป็นนับร้อยๆ ปี เมื่อเราแทนต้นไม้ที่ตัดออกด้วยการปลูกพืชเศรษฐกิจหรือเปลี่ยนเป็นทุ่งหญ้าเลี้ยงสัตว์ซึ่งสะสมคาร์บอนน้อยกว่าในระยะสั้น

80 ปีหลังจากต้นไม่ในผืนป่าแห่งบริติชโคลัมเบียถูกโค่นลงครั้งแรก ไม้ต้นดังกล่าวก็ยังไม่อาจฟื้นคืนกลับเป็นต้นไม้ที่ยิ่งใหญ่ต้นเดิม (Photograph ©2007 Aviruthia.)

สตีฟ รันนิ่ง นักนิเวศวิทยาป่าไม้ที่มหาวิทยาลัยมอนตานากล่าวว่า “แหล่งสะสมทางธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดของคาร์บอนในภาคพื้นดินอยู่ในป่าไม้และต้นไม้ของเรา และแหล่งคาร์บอนที่ใหญ่ที่สุดในภาคพื้นดินก็คือผืนป่า สิ่งสำคัญที่สุดคือ เราสามารถเข้าใจว่าเรามีปริมาณคาร์บอนอยู่เท่าใด(carbon budget) ก็โดยการสำรวจเก็บข้อมูลคาร์บอนที่มีอยู่ในต้นไม้และป่าไม้ของเรา”

การวัดคาร์บอนนั้นดูจาก “ชีวมวล” ซึ่งเป็นมวลรวมของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง  หลักการง่าย ๆ ทั่วไปของนักนิเวศวิทยาคือ ปริมาณคาร์บอนที่สะสมในต้นไม้จะเท่ากับครึ่งหนึ่งของต้นไม้นั้นเมื่ออยู่ในสภาพแห้ง(dry biomass) ดังนั้น หากเรารู้คร่าวๆ ว่า “ชีวมวล” ของต้นไม้ทุกต้นในผืนป่าทุกผืนมีปริมาณเท่าใด เราก็จะพอประมาณถึงปริมาณคาร์บอนที่สะสมอยู่ผืนดิน

การทำการวัดชีวมวลของผืนป่าในปีหนึ่ง ๆ ทศวรรษหนึ่งๆ และศตวรรษหนึ่งๆ จะช่วยเราเข้าใจถึงการเคลื่ิอนย้ายของคาร์บอนบนโลก ต้นไม้จึงถูกนำมาใช้เป็นคำตอบให้กับปัญหาปริมาณคาร์บอนของเรา เป็นข้อถกเถียงทางเศรษฐศาสตร์ เช่น บางคนบอกว่า เราก็แก้ปัญหาโดยการทำให้ภูมิทัศน์เขียวขึ้น คำถามคือการปลูกต้นไม้จะช่วยหรือไม่? หรือเราควรจะตัดต้นไม้เพิ่มอีกเล็กน้อย?  มันสำคัญหรือไม่ว่าต้นไม้จะอยู่พื้นที่ไหนก็ได้? ขั้นแรกในการตอบคำถามเหล่านี้คือการค้นหาให้ได้ว่ามีคาร์บอนสะสมในอยู่ต้นไม้และป่าไม้ของเราเท่าใด