Rozpoczęta na początku 2020 roku w Chinach batalia o zatrzymanie epidemii wirusa SARS-CoV-2 szybko dała o sobie znać na zobrazowaniach satelitarnych – tych przedstawiających bieżący stan atmosfery Ziemi. Wśród licznych satelitów, które swoje orbitalne obiektywy miały skierowane w stronę Chin były systemy obserwacyjne amerykańskiej agencji NASA (Orbiting Carbon Observatory-2 oraz Aura CH-1), japońskiej JAXA (GCOM-C1, czyli Global Change Observation Mission-Climate "Shikisai"), a także Unii Europejskiej-ESA. Szczególną użyteczność na tym polu potwierdził satelita Sentinel 5P, będący składnikiem unijnego systemu obrazowania Ziemi, Copernicus.

Z poziomu orbity okołoziemskiej dały się z powodzeniem obserwować pośrednie konsekwencje wybuchu epidemii – skutki nie tyle samego zagrożenia, co podejmowanego względem niego przeciwdziałania, zamanifestowanego wprowadzoną 23 stycznia ścisłą blokadą epicentrum zarazy w aglomeracji i okolicach miasta Wuhan w prowincji Hubei. Poskutkowało to niemal całkowitym wstrzymaniem tamtejszej produkcji przemysłowej – i tak już wyraźnie hamującej w miarę rosnącego zagrożenia epidemią. W kolejnych dniach wykluczenie to objęło też inne pobliskie ośrodki miejskie, z podobnymi lub ograniczonymi restrykcjami.

Radykalne ograniczenie aktywności sektora przemysłowego, a także migracji w dotkniętych kwarantanną regionach (w szczytowym momencie jej zasięg objął populację ponad 59 mln osób) poskutkowało drastyczną redukcją emisji zanieczyszczeń atmosferycznych. Najbardziej rozległą analizę zmian ich sygnatury nad Chinami przedstawiła Europejska Agencja Kosmiczna w porozumieniu z ośrodkami NASA (zespoły naukowe programów Aura oraz SPoRT, czyli Short-term Prediction Research and Transition Center). Dane do tych badań dostarczył satelita Sentinel 5P, prowadząc regularne obserwacje na przestrzeni trzech kolejnych miesięcy trwania zmagań z wirusem.

To właśnie dzięki jego pracy – a konkretniej, wielozakresowego spektrometru TROPOMI (TROPOspheric Monitoring Instrument), jakim dysponuje Sentinel 5P – dokładniej przeanalizowano związek między zaistniałą kwarantanną a poważnym ograniczeniem ogólnej emisji zanieczyszczeń. Dysponując zdolnością do obserwacji w pasmach promieniowania ultrafioletowego (UV), widzialnego oraz bliskiej podczerwieni (zarówno NIR, jak i SWIR – ang. Short Wave Infrared: fale o długości do 3 μm), TROPOMI okazał szerokie możliwości monitorowania nagromadzenia wielu rodzajów pierwiastków i związków chemicznych: ozonu, metanu, formaldehydu, tlenku węgla, dwutlenku azotu i dwutlenku siarki, a także aerozoli. Stworzony w kooperacji ESA z niderlandzką agencją kosmiczną NSO i tamtejszym państwowym instytutem meteorologicznym KNMI (Royal Netherlands Meteorological Institute) instrument dysponuje tutaj szerszymi możliwościami, niż podobny pod względem przeznaczenia OMI (Ozone Monitoring Instrument) z pokładu satelity NASA Aura.

Co dokładnie stwierdzono dzięki danym przesłanym przez Copernicus Sentinel 5P i jaka była charakterystyka zmian? Tym, co w pierwszej kolejności przykuło uwagę specjalistów były drastyczne zmiany stężenia dwutlenku azotu w powietrzu nad Chinami – związku wskaźnikowego dla emisji gazów przemysłowych i spalania paliw kopalnianych. W okresie od grudnia 2019 roku do marca 2020 zaobserwowano tutaj wyjątkowo wyraźny spadek emisji, w relacji do stopniowego wstrzymywania aktywności elektrowni, obiektów przemysłowych i transportu.

Zjawisko odnotowano we wszystkich głównych (najbardziej uprzemysłowionych) miastach środkowych i północnych Chin w okresie od końca stycznia do końca lutego. Wyraźniejszy spadek koncentracji zbiegał się w pierwszym epizodzie z obchodami Nowego Roku Księżycowego, który zwykle jest naturalnym powodem zmniejszenia koncentracji zanieczyszczeń rok do roku. Tendencja jednak nie tylko się utrzymała, ale i pogłębiła w kolejnych tygodniach po tej dacie. Służba Monitorowania Atmosfery programu Copernicus (Copernicus Atmosphere Monitoring Service, CAMS) zaobserwowała dalszy spadek zanieczyszczenia chińskiego powietrza w lutym 2020 roku – zwłaszcza obecności drobnych cząstek stałych (PM 2,5 i PM10).

Skalę tego zaniku CAMS porównał z analogicznymi okresami na przestrzeni poprzednich trzech lat. Łącząc obserwacje satelitarne ze szczegółowymi komputerowymi modelami numerycznymi atmosfery, badania wykazały zmniejszenie emisji powierzchniowych cząstek stałych na przeważającym obszarze Chin o 20-30 procent wcześniejszego poziomu.

W tym samym czasie narzucona kwarantanna zaczęła przynosić oczekiwany efekt, gdy w drugiej połowie lutego oficjalne rządowe statystyki z dnia na dzień uwzględniły wyraźne zmniejszenie liczby nowo zarażonych – krótko po rekordowym dziennym przyroście o ponad 14 tys. zakażeń w okolicach 12 lutego. W dalszych dniach postęp ten się utrwalił. W końcu też raportowana ogólna liczba aktywnych zachorowań spadła na przełomie lutego i marca na tyle, że zaczęto łagodzić restrykcje. W wielu prowincjach obniżono poziomy reagowania kryzysowego – szkoły, fabryki i inne przestrzenie publiczne stopniowo zaczęły powracać do funkcjonowania, a pracownicy do swoich zakładów.

To przyniosło wyraźne sygnały odwrócenia obserwowanej jeszcze na początku marca spadkowej tendencji emisyjnej w Chinach i sygnały powrotu do poziomu wysokiej emisji. Aby zobrazować „jak bardzo” zmieniała się w tym czasie sytuacja, ESA opublikowała animację złożoną z przetworzonych zobrazowań ukazujących skalę zanieczyszczenia powietrza znad Państwa Środka dwutlenkiem azotu, zebranych z satelity Copernicus Sentinel-5P na przestrzeni kryzysowych 3 miesięcy – od 20 grudnia 2019 do 16 marca 2020 roku. Za punkt odniesienia do wyliczenia średniej ruchomej przyjęto 10-dniową skalę bazową kolejnych pomiarów.

W efekcie określono punkt najwyraźniejszego spadku stężenia zanieczyszczeń, który przypadł pod koniec stycznia 2020 roku. Wyraźne odwrócenie tendencji nastąpiło z kolei na początku marca – poziomy dwutlenku azotu zaczęły wracać do pierwotnego, wysokiego poziomu. Zjawisko skomentował dyrektor ESA ds. programów obserwacji Ziemi, Josef Aschbacher. „Satelity oferują wyjątkowy punkt odniesienia do monitorowania stanu zdrowia naszej planety” – stwierdził. „Sentinel-5P jest obecnie jednym z siedmiu satelitów Copernicus na orbicie – zapewnia najdokładniejsze pomiary dwutlenku azotu i innych gazów śladowych, jakie można uzyskać z kosmosu” – zadeklarował dalej.

Ponieważ dwutlenek azotu jest wytwarzany głównie przez ruch drogowy i fabryki, jest to pierwszorzędny wskaźnik działalności przemysłowej na całym świecie. To, co wyraźnie widać, to znaczne obniżenie poziomu dwutlenku azotu w Chinach, spowodowane zmniejszoną aktywnością z powodu ograniczeń [związanych z kwarantanną – przyp. red.] COVID-19, a także chińskim Nowym Rokiem w styczniu.

Mówiąc jednak o dokładnej skali zaobserwowanej redukcji zanieczyszczeń i wnioskach z niej płynących, eksperci ESA pozostali wstrzemięźliwi w swoich ocenach, wskazując na nadal wczesny etap prowadzonych analiz i potrzebę dalszego kompletowania danych porównawczych. „Z pewnością możemy przypisać część redukcji stężenia dwutlenku azotu wpływowi koronawirusa - obecnie wyliczyliśmy około 40-procentową redukcję w obrębie chińskich miast, ale są to tylko przybliżone szacunki, ponieważ pogoda ma również wpływ na emisje” – podkreślił Claus Zehner, kierownik misji Copernicus Sentinel-5P. Jednocześnie zadeklarował, że jego zespół prowadzi szczegółową analizę naukową, która „ma zapewnić więcej wyników ilościowych w kolejnych tygodniach i miesiącach”.

Osobny punkt odniesienia mogą stanowić też dane zbierane z użyciem amerykańskiego satelity Aura CH-1 – a konkretniej, wspomnianego już instrumentu OMI (Ozone Monitoring Instrument), który pomimo swojej nazwy, znakomicie sprawdza się również w rozpoznawaniu nagromadzenia dwutlenków azotu i siarki, a także ogólnie pojętych aerozoli. Dzięki niemu w tydzień po chińskim święcie Nowego Roku, obchodzonym 25 stycznia 2020, NASA stwierdziła spadek średniej emisji NO₂ w relacji do poprzedniego takiego okresu o 36 procent.

Prawdą jest również, że same dane na temat dwutlenku azotu są dalekie od dopełnienia całokształtu redukcji zanieczyszczeń podczas ścisłej kwarantanny na rozległym, zurbanizowanym obszarze. Wskazuje się też zresztą, że satelity rejestrują równolegle wiele innych parametrów zanieczyszczeń i związanych z nimi wskaźników. Są to przede wszystkim dane dotyczące uwalnianego do atmosfery dwutlenku węgla, jakkolwiek do użytecznych można zaliczyć również klasyczne zobrazowania satelitarne w paśmie widzialnym – także te dokonywane z komercyjnych konstelacji satelitarnych, ukazujących choćby skalę ograniczenia transportu i komunikacji samochodowej bądź nagromadzenia smogu i zadymienia pod wpływem aktywnych zakładów przemysłowych.

Jak wynika tymczasem zarówno z wyliczeń na bazie analiz spektrograficznych atmosfery, jak i matematycznych oszacowań na bazie zredukowanych parametrów gospodarczo-przemysłowych, emisja CO₂ pod koniec lutego (a więc w zaawansowanym toku kwarantanny – przeszło miesiąc po ustanowieniu blokady) spadła o około 25 procent. Dane te zbiera w dalszym ciągu szereg satelitów, w tym NASA Orbiting Carbon Observatory-2.

Koniec końców, równie interesującym i miarodajnym zestawieniem w długoterminowym okresie okażą się najbliższe cykliczne analizy amerykańskiej agencji NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), która dokonuje sezonowych i rocznych podsumowań emisji dwutlenku węgla, jaką rejestrują jej satelity, a także stacje naziemne. Dane te zbiera przede wszystkim obserwatorium Manua Loa na Hawajach, mierząc sprzężone z porami roku wahania nagromadzenia CO₂ w atmosferze. Dokonane już tutaj bardzo wczesne pomiary cząstkowe dla roku bieżącego przejawiają oznaki niespotykanego od dłuższego czasu obniżenia standardowego tempa wzrostu poziomu dwutlenku węgla (następującego w chłodnych porach roku ze względu na obniżoną wegetację). To natomiast - jeśli utrzyma się dostatecznie wyraźnie i proporcjonalnie do pomiarów nad Chinami - będzie wskazywać na przejaw przymusowego ograniczenia chińskiej emisji. W tej chwili jednak jest to nadal założenie czysto hipotetyczne.

W miarę rozlewania się kryzysu koronawirusowego na cały świat, podobna redukcja ludzkiego oddziaływania na atmosferę jest obserwowana w kolejnych państwach i regionach. Choć jest to sytuacja wymuszona, ze wszech miar niepożądana społecznie i gospodarczo, daje wyjątkowy punkt odniesienia do oceny, jak znaczny jest ludzki wpływ na jakość powietrza, potencjał samooczyszczania środowiska, a także – co od wielu już lat jest burzliwie dyskutowane – na postępujące obecnie zmiany klimatyczne. Stąd, bieżące monitorowanie bezprecedensowych zaburzeń, jakie notujemy pod postacią kryzysu pandemicznego w ładzie ogólnoświatowym, ma fundamentalne znaczenie dla dalszych badań wpływu człowieka na kondycję środowiska naturalnego oraz wypracowania nowych środków zaradczych w polityce środowiskowej. Sprzęt satelitarny już niejednokrotnie okazywał się tutaj ogromnie pomocnym źródłem krytycznych informacji – a jego znaczenie w takich wyjątkowych sytuacjach jeszcze dodatkowo wzrasta.