Las floraciones de algas nocivas pueden causar grandes problemas en las zonas costeras y en los lagos de los Estados Unidos. Cuando los organismos acuáticos que contienen toxinas se multiplican y forman una flor, pueden enfermar a las personas y a las mascotas, contaminar el agua potable y forzar cierres en los sitios de navegación y natación.
Con recursos limitados para monitorear estas floraciones a menudo impredecibles, los administradores del agua están recurriendo a las nuevas tecnologías de la NASA y sus socios para detectar y hacer un seguimiento de los peligros potenciales. Esto es particularmente crítico en lagos y embalses que la gente usa tanto para la recreación como para el suministro de agua.
Una nueva aplicación para dispositivos móviles Android, de la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) y ahora disponible en Google play, alertará a los funcionarios y al público cuando se esté formando un florecimiento de algas nocivas, dependiendo de los cambios específicos en el color del agua observados por los satélites. La aplicación es un producto de la Red de Evaluación de Cianobacterias (Cyanobacteria Assessment Network, CyAN).
«El interés es utilizar la teledetección como un sistema de alerta temprana ojo en el cielo para obtener una imagen de las cianobacterias dañinas en los lagos interiores de Estados Unidos», dijo Jeremy Werdell, líder del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA para CyAN, que también incluye a la EPA, el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés) y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA, por sus siglas en inglés).
«Los recursos son limitados, y no es posible que todos en el terreno estén monitoreando todos los cuerpos de agua continentales todo el tiempo», dijo. «Los satélites proveen una herramienta para ayudar a informar cómo y cuándo gastar recursos para ir a recoger muestras de agua.»
La NASA ha estado estudiando la calidad del agua desde el espacio durante décadas, comenzando en 1978 con el instrumento Coastal Zone Color Scanner que utilizó el color del océano para estudiar las poblaciones de fitoplancton. Con instrumentos posteriores, como el espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada en los satélites Terra y Aqua de la NASA, la resolución fue lo suficientemente buena como para distinguir lagos y embalses interiores más grandes, y los científicos comenzaron a utilizar los datos para detectar las firmas de cianobacterias en agua dulce.
Las cianobacterias ocurren naturalmente en muchos cuerpos de agua, desde los Grandes Lagos hasta los pequeños estanques de los vecindarios. En pequeñas cantidades, estas algas no son un problema. Pero bajo las condiciones adecuadas -agua caliente, luz solar y nutrientes que a menudo se eliminan de los campos agrícolas- las cianobacterias pueden multiplicarse y formar floraciones potencialmente tóxicas.
Aunque las algas individuales son microscópicas, las floraciones se pueden ver desde el espacio. En cantidades masivas, las floraciones de cianobacterias pueden aparecer como grandes franjas verdes y parches debido a su principal pigmento fotosintético. Su presencia también puede ser detectada usando fluorescencia, que las floraciones de algas emiten en respuesta a la exposición a la luz solar. Utilizando las características únicas de la flor, los instrumentos de los satélites Landsat de la NASA/USGS, los satélites Copernicus Senteinel-2 y Copernicus Sentinel-3 de la Agencia Espacial Europea, así como varios otros, son capaces de detectar la presencia de algas.
Con programas informáticos desarrollados para hacer un seguimiento de esas observaciones satelitales desde el Centinela 3, las supercomputadoras de la NASA producen informes semanales sobre el color, y otra información sobre la calidad del agua, de más de 2.000 lagos de todo Estados Unidos como parte del proyecto CyAN, dijo Bridget Seegers, científica investigadora de Goddard en Greenbelt, Maryland.
Los usuarios de la nueva aplicación CyAN podrán marcar un lago en particular con un alfiler, que aparecerá como verde si el lago parece estar libre de flores, amarillo si hay algas pero por debajo de un cierto umbral de preocupación, o rojo, indicando que es probable que haya una flor. Está diseñado no sólo para los administradores de la calidad del agua, dijo Seegers, sino también para la gente que pone una canoa en su auto y debate a dónde ir, o para un proveedor que dirige a la gente al mejor lago para hacer kayak.
CyAN comenzó en 2015, y ha trabajado con agencias estatales y locales para identificar floraciones potencialmente dañinas, dijo Blake Schaeffer, un ecólogo investigador de la EPA y líder del programa de esa agencia.
Los gerentes de calidad del agua de las regiones de la EPA y la Oficina del Agua se asociaron con CyAN para probar y evaluar la aplicación y los datos satelitales, dijo, además, los grupos de científicos ciudadanos, los grupos tribales y el público también han mostrado interés en los datos.
«Estamos poniendo el poder de la información satelital directamente en manos de la gente», dijo Schaeffer. «No tienen que buscar datos en la mina; pueden optar por que se les envíen los datos».
Sin embargo, el programa tiene limitaciones. Los satélites no pueden ver a través de las nubes, y debido a la resolución de Sentinel-3A, los lagos necesitarían tener un poco más de media milla (900 metros) de ancho para poder rastrear con los datos de más alta calidad.
Para observar lagos y embalses aún más pequeños, Schaeffer y otros están recurriendo a Landsat. Debido a los problemas con las nubes (y una visita menos frecuente), los satélites Landsat, los científicos obtienen aproximadamente una medición clara de un sitio dado cada mes. Pero con la mayor resolución espacial de Landsat, pueden rastrear información sobre la calidad del agua de más del 60% de los lagos y embalses de Estados Unidos, o más de 170.000 cuerpos de agua.
Landsat y Sentinel-3 son complementarios; Landsat tiene mayor resolución espacial mientras que Sentinel-3 recoge datos sobre sitios individuales con mayor frecuencia y detecta longitudes de onda más apropiadas para cianobacterias. Además, los satélites Landsat tienen sensores térmicos que pueden ser usados para monitorear la temperatura de la superficie de los lagos, lo cual es útil, ya que las temperaturas más cálidas promueven el crecimiento de la floración. Schaeffer está investigando cómo añadir ese factor adicional al programa de monitorización.
En última instancia, la meta es crear un sistema de monitoreo de la calidad del agua que aproveche los datos de muchas fuentes: Sentinel-2, Landsat y otros satélites, así como la información recopilada sobre el agua, dijo Nima Pahlevan, investigadora de Goddard y miembro del equipo científico de Landsat.
Él y su equipo están trabajando en cómo utilizar mejor los datos de Landsat y Sentinel para identificar lagos, ríos, embalses y otros cuerpos de agua con presencia excesiva de algas. La misión Landsat ha estado operando desde finales de la década de 1970, por lo que los investigadores y los administradores del agua pueden rastrear la historia de un lago determinado para determinar si cada lago -o incluso potencialmente un píxel individual dentro de una imagen de un lago- ha cambiado, y si indica una floración.
«Esperamos que con estas imágenes, producidas en tiempo casi real, en tan sólo tres o cuatro horas, podamos construir un sistema para emitir advertencias específicas para cada lago o embalse», dijo Pahlevan.
Uno de los retos a los que se enfrenta el grupo es que no se están realizando muchas mediciones del agua a través de los diferentes lagos para comparar y verificar lo que el satélite está reportando. Con el apoyo de la Oficina de Ciencia del Proyecto Landsat, Pahlevan y sus colaboradores han colocado tres instrumentos en Green Bay, Wisconsin, Lake Okeechobee, Florida, y Grizzly Bay, California, para tomar mediciones del agua para compararla con Landsat y otras mediciones satelitales.
Con esos datos del campo y el trabajo de este verano, que incluye el seguimiento de un puñado de lagos usando Landsat y Sentinel-2, Pahlevan espera construir el programa y expandirlo a un sistema operativo con más ubicaciones para el verano de 2020.
Para personas como Donalea Dinsmore, que trabaja para el Departamento de Recursos Naturales de Wisconsin (DNR), más herramientas de monitoreo satelital serían una adición bienvenida al conjunto de métodos que el estado utiliza para controlar dónde ocurren las floraciones de algas nocivas. Cada verano, el departamento recibe preguntas sobre si el estiércol verde que flota en los lagos es dañino, o sobre los informes de que los perros se enfermaron después de nadar o beber de un lago, dijo. El DNR de Wisconsin tiene personal que monitorea muchos de los miles de lagos en el estado, pero no pueden llegar a todas partes.
«Con 15.000 lagos, ¿puedes visitarlos todos? Y dependiendo de cuándo nos visite, es posible que se pierda una flor», dijo Dinsmore. «Puede ser un programa de monitoreo muy complicado y caro si entras a ciegas.»