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Studiare la qualità dell’acqua usando le foto di un satellite

Scritto da Leonardo Debbia il 25.12.2019

L’accesso ad acqua abbondante, pulita e potabile o da utilizzare per l’ambiente è uno dei problemi attuali più urgenti da risolvere.

Il continuo monitoraggio delle potenziali minacce e dei pericoli che quotidianamente attentano alla qualità dell’acqua dolce in tutto il mondo è di fondamentale importanza ma, dato che gli attuali metodi di controllo sono molto costosi e non vengono condotti ovunque in maniera omogenea, i set di dati completi sulla qualità dell’acqua sono rari.

Negli Stati Uniti, uno dei paesi che ha il maggior numero di dati a disposizione, meno dell’1 % dei corpi idrici è stato sottoposto a campionatura per la valutazione della qualità delle acque.

Per poter affrontare in modo efficiente ed economico le sfide che si oppongono alla misurazione della qualità dell’acqua, un team guidato dal prof. Matt Ross, dell’Università Statale del Colorado (CSU), in un nuovo studio, propone un set di dati per il telerilevamento della qualità delle acque interne, denominato AquaSat, che abbina ampi set di dati provenienti dalle osservazioni sulla qualità dell’acqua per mezzo di immagini satellitari.

Secondo Ross, che lavora al Dipartimento di Scienza e Sostenibilità dell’ecosistema presso la CSU, l’acqua è soggetta a molte variabili che contrastano la sua qualità: i nutrienti del deflusso agricolo, che favoriscono la proliferazione delle alghe; la sedimentazione nei serbatoi, che comporta problemi nella distribuzione; il carbonio disciolto dalla decomposizione delle foglie, che interferisce sulle reazioni chimiche per mantenere l’acqua pulita e potabile.

Negli Stati Uniti esistono enti governativi preposti al monitoraggio costante della qualità dell’acqua, mediante esperti che, sul campo, misurano e verificano la quantità di clorofilla causata dalla presenza di alghe, le concentrazioni di sedimenti in sospensione, le percentuali di carbonio organico disciolto, la limpidezza e la potabilità in relazione alle quantità di sali presenti.

“Ma per comprendere appieno i cambiamenti della qualità dell’acqua – spiega Ross – sarebbe necessario un set di dati molto più ampio, che dovrebbe coinvolgere molte persone per effettuare i campionamenti e che risulta perciò costoso. Un problema di non facile soluzione”.

Invece, il telerilevamento con immagini satellitari – sostiene Ross – costituisce un modo per ampliare notevolmente la comprensione delle variazioni della qualità dell’acqua su scala continentale.

Da decenni gli studiosi sanno che il colore dell’acqua è indicativo della sua composizione: un’acqua brillante indica un probabile fiume ricco di sedimenti; turbinii verdi sui laghi sono indizio di fioriture di alghe; acque di colore marrone scuro drenano foreste e paludi ricche di tannino e conferiscono alle acque blu un colore simile a quello del tè, a causa dell’interazione della luce con alcuni composti organici del carbonio disciolti.

I satelliti in orbita attorno alla Terra, incluso il Landsat, possono rilevare queste variazioni di colore e trasmettere le immagini che vengono riprese ogni 16 giorni.

Per avere un set di dati sulla qualità delle acque che sia centralizzato, sarebbe tuttavia necessario associare le immagini satellitari alle osservazioni sul terreno.

Questi cosiddetti ‘matchup’ (o ‘abbinamenti’ di foto scattate lo stesso giorno in cui avviene un prelevamento di acqua) possono essere usati per costruire algoritmi basati sulle immagini che dallo spazio possano rilevare la qualità dell’acqua.

Attualmente esistono meno di mille di questi matchup, ma i ricercatori della CSU stanno lavorando per averne 600mila.

Per Ross, questo equivarrebbe ad avere quella che lui definisce una ‘sinfonia di dati’.

Finora, i dati sulla qualità delle acque dolci provenivano da due fonti pubbliche: il portale delle acque, un centro federale di raccolta dei dati di oltre 400 agenzie (statali, locali e federali) e LAGOS-NE, un set di dati provenienti dalle misurazioni della qualità delle acque dei laghi che si trovano negli Stati Uniti nord-orientali.

Combinati insieme, questi set forniscono, negli USA, oltre 6 milioni di osservazioni sulle qualità dell’acqua.

Utilizzando particolari software tra cui Google Earth Engine, gli studiosi hanno accomunato i dati sulla qualità delle acque all’archivio LandSat per il periodo 1984 – 2019, istituendo così una nuova raccolta-dati che hanno chiamato AquaSat.

Gli autori prevedono che questo set di dati, d’ora in poi, costituirà una parte importante del telerilevamento per il confronto e la stima sulla qualità delle acque di laghi e fiumi.

A detta di Ross, questo metodo dovrebbe essere esteso anche al di fuori degli Stati Uniti.

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