Las floraciones de algas constituyen un desastre ecológico grave que se cierne sobre los sistemas acuáticos de todo el mundo. Estas floraciones constituyen una amenaza para la salud pública y la biodiversidad. Por ello necesitamos sistemas de vigilancia continua y alerta temprana para la defensa de nuestros intereses. La mayoría de los métodos de vigilancia tradicionales, como las mediciones y muestreos sobre el terreno seguidos de análisis de laboratorio, resultan complejos desde el punto de vista logístico, consumen grandes cantidades de tiempo e insumen abundante mano de obra.
En contraposición con los métodos tradicionales, la teledetección (el uso de sensores remotos) ha sido reconocida como una herramienta valiosa en el estudio de las floraciones de algas debido a su aplicabilidad a gran escala, su capacidad de recolección de datos en tiempo real y sus capacidades de monitoreo a largo plazo. A pesar de sus limitaciones espaciales, espectrales y temporales, la teledetección es ampliamente aceptada por investigadores y gestores medioambientales como una alternativa valiosa y rentable.
La integración de tipos de datos multisensor, las innovaciones en el campo de la IA y las capacidades de los sensores y la calidad de los datos que brindan, han aumentado la precisión de la teledetección en el monitoreo de proliferaciones de algas. La integración de estos sistemas avanzados de vigilancia con tecnologías de respuesta temprana respetuosas del medio ambiente y eficaces en la prevención de la proliferación de algas, nos brinda la capacidad proteger al mismo tiempo la salud humana y el medio ambiente.
¿Qué son las floraciones de algas?
El fitoplancton, también conocido como algas en suspensión, es un componente fundamental de las redes tróficas de agua dulce. Constituyen la principal fuente de alimento y energía de todo el ecosistema. Sin embargo, el incremento en el aporte de nutrientes o contaminantes puede provocar un crecimiento explosivo de estas poblaciones de algas, en un proceso conocido como eutrofización. A consecuencia de la eutrofización, las floraciones de algas producen cambios de color en la superficie del agua, mal olor y sabor, muerte de plantas y animales acuáticos y cambios en la red trófica que pueden volverse permanentes, destruyendo así ecosistemas enteros.
Las cianobacterias, un tipo de algas verde-azuladas, se encuentran entre los culpables más conocidos de estos efectos. No sólo son capaces de causar la proliferación de algas, sino que a menudo producen toxinas que ponen en peligro a los seres humanos, los animales domésticos, los peces y la fauna silvestre. Además, estos organismos son capaces de sobrevivir en condiciones ambientales extremas.
Los efectos de las floraciones de algas nocivas en los ecosistemas de agua dulce se han intensificado en las últimas décadas debido a una serie de factores agravantes, como son el aumento de la agricultura intensiva debido a la escorrentía de fertilizantes que produce, el cambio climático, las temperaturas extremas, el bajo nivel de oxígeno disuelto y el bajo pH. Dado que las floraciones de algas constituyen una amenaza para la salud pública y la biodiversidad, la capacidad de predecirlas, detectarlas y vigilarlas eficazmente se vuelve crucial.
La teledección o uso de sensores remotos
El monitoreo de las floraciones de algas resulta vital para garantizar la salud pública, la seguridad de la vida acuática, la calidad del agua potable y de las poblaciones de moluscos. Para lograr estos objetivos, es necesario detectar y vigilar la presencia de floraciones de algas, incluyendo la identificación de sus especies y toxinas potenciales. Además, el monitoreo de las concentraciones de nutrientes, como es el caso de aquellos procedentes de la escorrentía agrícola y urbana, resulta de gran importancia para estudiar las floraciones de algas y, posiblemente, predecir su aparición.
La tecnología de teledetección ofrece una solución rentable para detectar y vigilar la proliferación de algas en lagos de agua dulce. Existen varias plataformas de teledetección disponibles, como los sistemas terrestres, espaciales, aéreos y los vehículos aéreos no tripulados (VANTs o UAVs, por sus siglas en inglés). También han sido desarrollados nuevos sensores químicos y biológicos, tanto in situ como remotos, para la alerta temprana y el monitoreo rutinario de los recursos de agua dulce.
La teledetección satelital ha demostrado ser uno de los medios más eficaces para observar la proliferación de algas por medio de una cobertura frecuente y generalizada. Las concentraciones de algas pueden estimarse utilizando variedad de indicadores indirectos, como son la concentración de clorofila-a, que puede determinarse analizando el color del agua. Otros factores que indican una posible proliferación de algas pueden estudiarse también a distancia, como la presencia de ficocianina, la turbidez elevada del agua y el bajo nivel de oxígeno disuelto. La mayoría de los estudios utilizan sensores multiespectrales montados en satélites para detectar los cambios de color. Los datos hiperespectrales también pueden utilizarse para el análisis específico de especies. Algunos de los métodos de detección más utilizados son:
- Teledetección óptica: Este método implica el uso de imágenes aéreas y satelitales en el espectro visible e infrarrojo cercano para la identificación y monitoreo de las floraciones de algas. Se basa en el principio de que la presencia de pigmentos algales, como la clorofila-a, afecta las propiedades espectrales del agua, que pueden detectarse y analizarse mediante técnicas de teledetección.
- Teledetección por radar: Este método utiliza frecuencias de microondas para detectar la presencia y distribución de floraciones de algas en masas de agua. La señal de retrodispersión generada por las floraciones de algas en la banda de frecuencias del radar puede utilizarse para estimar su biomasa y distribución espacial.
- Teledetección por LiDAR: Este método consiste en el uso de luz láser para medir la columna de agua y detectar la presencia y distribución de floraciones de algas en masas de agua. El LiDAR puede proporcionar perfiles verticales de alta resolución de la columna de agua, lo que puede resultar útil para la detección y monitoreo de floraciones de algas en aguas poco profundas.
- Teledetección multiespectral: La teledetección multiespectral utiliza varias bandas espectrales para medir la reflectancia de la superficie del agua, lo que permite estimar la concentración de pigmentos de algas en el agua.
- Teledetección híperespectral: La teledetección híperespectral recoge información espectral de alta resolución que puede utilizarse para identificar determinadas especies de algas y cuantificar la concentración de pigmentos algales en el agua.
¿Cómo se utilizan los datos obtenidos?
Los sensores cumplen su función detectando con precisión las señales específicas para las que están diseñados. Esto puede generar cantidades enormes de datos. Sin embargo, ¿qué ocurre después? Los datos recogidos por estos sensores tienen diversos usos para los gestores medioambientales, en función de sus objetivos específicos y de los recursos disponibles. Algunas de las formas más habituales de analizar y utilizar los datos obtenidos mediante teledetección son las siguientes:
- Mapeo global: Se trata de una técnica de teledetección que utiliza datos satelitales para crear mapas de la distribución de las FANs en grandes masas de agua. Brinda información sobre la extensión espacial y la intensidad de las FANs.
- Algoritmos genéticos: Se trata de técnicas de IA que predicen la aparición y distribución de las FANs. Se basan en los principios de la evolución y simulan las complejas interacciones que afectan la propagación de las floraciones de algas.
- Modelos empíricos: Se trata de modelos matemáticos basados en datos procedentes de estudios de campo o experimentos. Predicen la aparición y distribución de las FANs y evalúan el impacto de las condiciones ambientales en las floraciones de algas.].
- Redes neuronales artificiales: Son modelos inspirados en la estructura del cerebro humano, capaces de aprender de datos históricos para realizar predicciones basadas en datos nuevos.
- Redes neuronales convolucionales: Se trata de técnicas de aprendizaje automático utilizadas para detectar y clasificar objetos en imágenes, que en este caso incluyen las floraciones de algas nocivas. Estos modelos pueden entrenarse a partir de datos recolectados previamente (por ejemplo, imágenes por satélite) para identificar la presencia y distribución de las FANs.
- Modelos eco-hidrodinámicos: Se trata de modelos matemáticos que simulan las interacciones entre el agua, el aire y los componentes bióticos de los sistemas acuáticos. Pueden predecir la aparición y distribución de FANs y evaluar el impacto de las condiciones ambientales en la proliferación de algas.
Nuestro aporte
En LG Sonic, aprovechamos la potencia de sistemas de teledetección de vanguardia como Sentinel 2, Landsat 5, MODIS y otros para crear una representación completa e detallada de la superficie terrestre. Nuestra enorme cantidad de datos sobre la calidad del agua, acumulada a lo largo de tres décadas, junto con nuestra asociación estratégica con Google, y nuestros sensores MPC-Buoy que proporcionan datos in situ en tiempo real, aportan un nivel de detalle y contexto sin precedentes.
Nuestro enfoque integrador de detección por sensores nos permite responder rápidamente a posibles floraciones de algas y mitigar eficazmente su crecimiento mediante nuestra tecnología ultrasónica. Esta innovadora solución no solo evita la proliferación de cianobacterias, sino que también mantiene el equilibrio ecológico de los sistemas de agua dulce, al tiempo que resulta rentable y altamente eficaz.
Conclusión
En conclusión, las floraciones de algas representan una importante amenaza para los sistemas acuáticos, por lo que su monitoreo es crucial en la protección de la salud pública y la conservación de la biodiversidad. Los métodos tradicionales de seguimiento y modelización de las floraciones de algas como las mediciones sobre el terreno y el análisis de muestras en laboratorio pueden resultar logísticamente complejos en su aplicación y requieren mucho tiempo. En contraparte, la teledetección ofrece una solución más eficaz y rentable para el monitoreo de las floraciones de algas a gran escala y en tiempo real. A pesar de sus limitaciones en términos de cobertura espacial, espectral y temporal, la teledetección es ampliamente aceptada como una valiosa herramienta para el seguimiento de las floraciones de algas. Se espera que la integración de datos de múltiples sensores y la mejora de la calidad de los datos y de las capacidades de los sensores hagan de la teledetección una herramienta aún más potente en el futuro. Con la ayuda de datos multifrecuencia y multipolarización y el uso de sensores LiDAR más avanzados, el monitoreo y la modelización de las floraciones de algas se volverán cada vez más sofisticados y precisos.