El uso de la percepción remota en estudios ambientales

Representación artística del satélite Terra (http://terra.nasa.gov/About/). Por: Aurora M. Justiniano Santos, PhD

Estudios atmosféricos - Una de las preocupaciones más grandes de la comunidad científica en general es el cambio climático. La atmósfera protege la Tierra al absorber la luz ultravioleta y controlar las temperaturas de nuestro Planeta. El clima es modificado, principalmente, por cambios en la radiación solar que son influenciados por componentes atmosféricos, tales como gases, cobertura de nubes o cantidad de aerosoles, como por ejemplo, las nubes de polvo provenientes del desierto del Sahara (véase la Figura 1 en la página siguiente). Los aerosoles son partículas ultramicroscópicas de sólidos o líquidos suspendidas en el aire. Los procesos naturales, como las erupciones volcánicas, alteran el clima al introducir grandes cantidades de aerosoles y gases de invernadero a la atmósfera. Aún así, los efectos causados por la intervención humana, conocidos como efectos antropogénicos, son los que tienen un mayor impacto en la contaminación atmosférica. Procesos como la deforestación, la agricultura, la transportación y la producción

Figura 1. Nube de polvo del Sahara observada desde el espacio (foto tomada por un miembro de la Estación Internacional Espacial el día 18 de mayo del 2002). de energía están asociados, en gran medida, con alteraciones a la composición atmosférica. Por ejemplo, la dependencia humana en la quema de combustibles fósiles ha introducido a la atmósfera grandes cantidades de dióxido de carbono, el cual afecta el clima terrestre. Con la llegada de nuevos y sofisticados instrumentos, la contaminación atmosférica y sus fuentes pueden ser observadas desde el espacio. Los sensores remotos les proveen a los científicos las herramientas para desarrollar modelos conceptuales que predicen cambios en el clima a partir del estudio y el monitoreo de distintos componentes atmosféricos. Estos permiten la observación y el estudio de un fenómeno a distancia sin entrar en contacto con el mismo.

Uso de satélites en estudios ambientales - El primer satélite para observar la Tierra (Landsat) fue lanzado al espacio el 23 de julio de1972, y originalmente se llamó ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite, mostrado en la Figura 2). El ERST-1 fue diseñado para proveer observaciones frecuentes de la superficie de la Tierra. A partir de ese año, otros satélites han sido puestos en órbita y hoy día los científicos cuentan con varios satélites para realizar estudios de la atmósfera, la Tierra y los océanos con el fin de mejorar el entendimiento de la Tierra como un sistema integrado.

Sensores - Aunque existen sensores activos, los cuales iluminan artificialmente el objeto o el área de estudio, los sensores pasivos abordo de satélites son los que nos dan la mayor información a grandes escalas de tiempo y de espacio. Los estudios llevados a cabo con sensores pasivos van a depender de la luz solar. Antes de llegar a un sensor remoto, la luz se propaga por el espacio, interacciona con la atmósfera, la tierra y el océano, regresa hacia la atmósfera, vuelve a interaccionar con la misma y, eventualmente, llega al sensor. Durante este proceso, el flujo de luz va a sufrir cambios en cantidad y en calidad espectral. Los sensores a bordo de un satélite adquieren imágenes en las que se detecta y se graba la radiación electromagnética del área de interés. Por ejemplo, la señal registrada por un sensor remoto diseñado para estudiar el océano va a depender del paso de la luz a través de la atmósfera, la reflejada en la superficie del agua y la reflejada dentro del agua.

Estudios terrestres - Las técnicas de percepción remota han sido aplicadas por varias décadas para

Figura 2. Imagen del primer satélite lanzado por la NASA para observar la Tierra (1972). (Foto de NASA no. 72-H-873)

estudios terrestres, como por ejemplo, estudios sobre la agricultura o la cobertura de vegetación forestal. Los sensores a bordo de satélites son utilizados para investigar aspectos tales como el estado de las cosechas o la deforestación, los cuales sirven como indicadores de los cambios climáticos globales. Además, el monitoreo de otras características de la Tierra, como la cobertura y el tipo de tierra, la temperatura superficial, la frecuencia y la magnitud de fuegos o la cobertura de nieve, son importantes para detectar cambios o tendencias que pueden estar afectando nuestro Planeta. Figura 3. Deforestación del Amazonas observada por imágenes de satélite (MODIS). Las imágenes de satélite proveen datos que permiten mejorar las investigaciones sobre el cambio climático y el manejo de los recursos terrestres. Por ejemplo, la región tropical del bosque Amazonas es responsable de más del diez porciento de la producción primaria terrestre. La producción primaria es una medida de la incorporación de carbono inorgánico (dióxido de carbono) a compuestos orgánicos llevada a cabo, principalmente, por organismos fotosintéticos. Estos organismos utilizan la energía de la luz para transformar el agua y el CO2 en moléculas más complicadas, como carbohidratos, proteínas y lípidos. En los ecosistemas terrestres, las plantas verdes constituyen los principales productores primarios. Los productores primarios llevan a cabo fotosíntesis y producen gran parte del oxígeno que necesitamos. En Puerto Rico, los manglares, las praderas de yerbas marinas y los arrecifes de coral son ejemplo de productores primarios. En las últimas décadas, varias actividades humanas, tales como la agricultura, la ganadería, la minería y otras actividades económicas, han provocado la deforestación de más de medio millón de kilómetros cuadrados de bosque. Para los científicos, es importante conocer la tasa de deforestación, ya que esto muestra si el problema está empeorando y a qué velocidad. Hoy día, la tasa de deforestación es continuamente monitoreada utilizando análisis temporales de datos obtenidos a través de imágenes de satélite (véase la Figura 3). Estudios oceánicos - Aproximadamente, un setenta por ciento de la superficie terrestre está cubierta por océanos. Los océanos ejercen una gran influencia en el clima, al transferir y distribuir el calor a través de todo el planeta. Además de estabilizar la atmósfera y el clima, los océanos contienen importantes ecosistemas marinos que son fuente de alimentos para los humanos y proveen rutas para la transportación. Pero, tanto el tamaño como la profundidad de los océanos complican su estudio y su monitoreo. Los satélites y sus sensores han demostrado ser altamente efectivos para la investigación de procesos físicos y biológicos oceánicos. Los productos derivados de imágenes de satélite, como por ejemplo, la concentración de clorofila-a oceánica, permiten

satélite. Además, las imágenes de satélite han sido utilizadas para evaluar el estado de ecosistemas marinos puertorriqueños como son los arrecifes de corales. De la misma forma, la descarga de los ríos y la concentración de nutrientes en zonas costeras, estuarios o bahías también han sido monitoreados por técnicas de percepción remota en la Isla.

Concentración de clorofila (mg / m3)

Figura 4. La imagen presenta el promedio de la clorofila oceánica derivada de SeaWiFS desde que fue puesto en órbita. Las concentraciones bajas de clorofila se muestran en violeta y en azul oscuro, mientras que los azules más claros, los verdes, los amarillos y los rojos representan un aumento en la abundancia de clorofila oceánica.

el monitoreo de la variabilidad temporal en la biología del océano y proveen datos a grandes escalas que cuantifican la respuesta de los océanos al cambio global (véase la Figura 4). La clorofila-a es el pigmento fotosintético más abundante en las plantas y sirve como indicador de la cantidad de biomasa presente. Como es la más abundante, es la que más se utiliza para determinar la cantidad de organismos fotosintéticos en un área determinada. A mayor clorofila-a, más producción primaria ocurre en la región. Imágenes de satélite obtenidas a partir de sensores como el Espectroradiómetro de Resolución Moderada (MODIS, por sus siglas en inglés) pueden capturar fenómenos como el afloramiento de fitoplancton (organismos que viven flotando a la deriva en el agua y llevan a cabo fotosíntesis), que pueden ser monitoreados a lo largo de varios kilómetros.

Su uso en Puerto Rico - En Puerto Rico, varios científicos utilizan la percepción remota para estudiar distintos ecosistemas y fenómenos atmosféricos. Por ejemplo, después del paso de un huracán por la Isla, los cambios en la vegetación son observados a través de datos de Las observaciones de la atmósfera, la Tierra y los océanos se aplican, desde el espacio, para una variedad de estudios, como son por ejemplo, la predicción de huracanes, el monitoreo de la cobertura de bosques y de arrecifes de corales, el manejo de las pesquerías y de la agricultura, las variaciones en el clima y el cambio climático global. La percepción remota permite colectar datos sistemáticamente a grandes escalas de tiempo y de espacio. Sin lugar a dudas, es una técnica que permite hacer modelajes de fenómenos naturales, que contribuyen a mejorar el entendimiento de nuestro planeta como un sistema integrado del cual formamos parte.

Los tonos verdes muestran una floración masiva de fitoplancton en la Costa Atlántica de la Patagonia, tomada desde satélites de la NASA.