A floração de algas é um grave desastre ecológico que ameaça os sistemas aquáticos em todo o mundo. Representam uma ameaça para à saúde pública e à biodiversidade. Para proteger os nossos interesses, precisamos de sistemas de monitorização contínuo e de alerta precoce. A maioria dos métodos tradicionais de monitoramento, como medições de campo e amostragem, seguidas de análises laboratoriais, são logisticamente complicados, demorados e trabalhosos.
O Sensoriamento Remoto, no entanto, tem sido reconhecido como uma ferramenta valiosa no estudo da floração de algas devido à sua aplicabilidade em larga escala, coleta de dados em tempo real e capacidade de monitoramento a longo prazo. Apesar de suas limitações nas coberturas espaciais, espectrais e temporais, o sensoriamento remoto é amplamente aceite por pesquisadores e gestores ambientais como uma alternativa valiosa e econômica.
A integração de tipos de dados multissensores, inovações no campo da IA e avanços na qualidade dos dados e nos recursos do sensor melhoraram a precisão do sensoriamento remoto para o monitoramento da floração de algas. Ao integrar estes sistemas avançados de monitoramento com tecnologias de resposta precoce que são ambientalmente amigáveis e eficientes na prevenção da proliferação de algas, podemos proteger a saúde humana e o meio ambiente ao mesmo tempo.
O que são florações de algas?
O fitoplâncton, ou algas em suspensão, é um componente crítico das cadeias alimentares de água doce: servem como a principal fonte de alimento e energia para todo o ecossistema. No entanto, um aumento do fornecimento de nutrientes ou poluentes pode levar a um crescimento explosivo excessivo de algas. Este fenômeno é conhecido como floração de algas. Devido à eutrofização, as florações resultam em mudanças na cor da superfície, mau cheiro/ sabor, morte de plantas e animais aquáticos e mudanças na cadeia alimentar que podem se tornar permanentes e destruir ecossistemas inteiros.
As cianobactérias, um tipo de alga verde-azulada, que estão entre os culpados mais notórios. Não só podem causar florações de algas, mas são tambén frequentemente capazes de produzir toxinas que colocam em perigo os seres humanos, animais domésticos, peixes e vida selvagem. Além disso, elas são capazes de sobreviver sob condições ambientais extremas.
Os impactos da floração de algas nocivas nos ecossistemas de água doce têm se intensificado nas últimas décadas, devido a uma variedade de fatores compostos, incluindo, entre outros, a intensificação da agricultura, que resulta em escoamento de fertilizantes, mudanças climáticas, extremos térmicos, baixo oxigênio dissolvido e baixo pH. Como a floração de algas representa uma ameaça à saúde pública e à biodiversidade, é crucial ser capaz de prever, detectar e monitorá-las de forma eficaz.
Sensoriamento Remoto
O monitoramento da floração de algas é vital para garantir a segurança da vida aquática, a qualidade da água potável, os frutos do mar e a saúde pública. Para atingir esse objetivo, é necessário detectar e monitorar a presença de florações de algas, incluindo suas espécies e toxinas potenciais. Além disso, o monitoramento das concentrações de nutrientes, como as do escoamento agrícola e urbano, é importante no estudo da proliferação de algas e, possivelmente, na previsão de sua ocorrência.
A tecnologia de sensoriamento remoto oferece uma solução econômica para detectar e monitorar a floração de algas em lagos de água doce. Existem várias plataformas de sensoriamento remoto disponíveis, incluindo sistemas terrestres, espaciais, aéreos e de veículos aéreos não tripulados (VANT). Novos sensores químicos e biológicos, tanto in situ, como remotos, também foram desenvolvidos para alerta precoce e monitoramento de rotina dos recursos de água doce.
O sensoriamento remoto por satélite provou ser um dos meios eficazes de observar a floração de algas com cobertura frequente e generalizada. As concentrações de algas podem ser estimadas usando vários indicadores, como com a concentração de clorofila-a, que pode ser determinada pela análise da cor da água. Outros fatores que indicam potenciais florações de algas, como a presença de Ficocianina, alta Turbidez e baixo Oxigênio Dissolvido, também podem ser estudados remotamente. A maioria dos estudos usa sensores multiespectrais em satélites para detectar mudanças de cor, enquanto os dados hiperespectrais também podem ser usados para análises específicas de espécies. Alguns dos métodos de sensoriamente mais comumente usados são:
- Sensoriamento remoto óptico: Este método envolve o uso de imagens aéreas e de satélite no espectro visível e próximo do infravermelho para identificar e monitorar a floração de algas. Isto se baseia no princípio de que a presença de pigmentos de algas, como a clorofila-a, afeta as propriedades espectrais da água, que podem ser detectadas e analisadas usando técnicas de sensoriamento remoto.
- Sensoriamento remoto por radar: Este método usa frequências de microondas para detectar a presença e distribuição de florações de algas em corpos d’água. O sinal de retrodispersão gerado por florações de algas na banda de frequência do radar pode ser usado para estimar sua biomassa e distribuição espacial.
- Sensoriamento remoto LiDAR: Este método envolve o uso de luz laser para medir a coluna de água e detectar a presença e distribuição de florações de algas em corpos d’água. O LiDAR pode fornecer perfis verticais de alta resolução da coluna d’água, o que pode ser útil na detecção e monitoramento de florações de algas em águas rasas.
- Sensoriamento remoto multiespectral – O sensoriamento remoto multiespectral usa várias bandas espectrais para medir a refletância da superfície da água, que pode ser usada para estimar a concentração de pigmentos de algas na água.
- Sensoriamento remoto hiperespectral – O sensoriamento remoto hiperespectral coleta informações espectrais de alta resolução, que podem ser usadas para identificar espécies específicas de algas e quantificar a concentração de pigmentos de algas na água.
Como os dados são utilizados?
Os sensores cumprem seu propósito detectando com precisão os sinais específicos que são projetados para monitorar. Isso pode gerar quantidades impressionantes de dados. Mas e depois? Os dados coletados a partir desses sensores servem a uma variedade de propósitos para os gestores ambientais, com base em seus objetivos específicos e recursos disponíveis. Algumas das formas mais comuns de analisar e usar dados incluem:
- Mapeamento Global: Esta é uma técnica de sensoriamento remoto que utiliza dados de satélite para criar mapas de distribuição de FAN em grandes corpos d’água. Fornece informações sobre a extensão espacial e a intensidade das FANs.
- Algoritmos Genéticos: São técnicas de IA que prevêem a ocorrência e distribuição de FANs. São baseadas nos princípios da evolução e simulam interações complexas que afetam a propagação da floração de algas.
- Modelos Empíricos: São modelos matemáticos baseados em dados de estudos ou experimentos em campo. Prevêem a ocorrência e a distribuição de FANs e avaliam o impacto das condições ambientais na floração de algas.
- Redes Neurais Artificiais: Estes são modelos inspirados na estrutura do cérebro humano e podem aprender com dados históricos para fazer previsões com base em novos dados.
- Redes Neurais Convolucionais: São técnicas de aprendizado de máquina (machine learning) utilizadas para detectar e classificar objetos em imagens, incluindo FANs. Elas podem ser treinadas em dados coletados, como imagens de satélite, para identificar a presença e distribuição de FANs.
- Modelos Eco-Hidrodinâmicos: São modelos matemáticos que simulam as interações entre água, ar e componentes bióticos em sistemas aquáticos. Eles podem prever a ocorrência e a distribuição de FANs e avaliar o impacto das condições ambientais na floração de algas.
Nossa contribuição
Na LG Sonic, aproveitamos o poder de sistemas de sensoriamento remoto de ponta, como Sentinel 2, Landsat 5, MODIS e outros, para criar uma representação abrangente e complexa da superfície da Terra. Nossa vasta game de dados de qualidade da água, acumulada ao longo de três décadas, juntamente com nossa parceria estratégica com a Google, e nossos sensores MPC-Buoy que fornecem dados in-situ em tempo real, fornecem um nível incomparável de detalhes e contexto.
Nossa abordagem de sensoriamento integrativo nos capacita a responder rapidamente a possíveis florações de algas e efetivamente mitigar seu crescimento usando nossa tecnologia ultrassônica. Esta solução inovadora não só evita a proliferação de cianobactérias, mas também mantém o equilíbrio ecológico dos sistemas de água doce, sendo rentável e altamente eficiente.
Conclusão
Em conclusão, a floração de algas representa uma ameaça significativa para os sistemas aquáticos e seu monitoramento é crucial para a proteção da saúde pública e a conservação da biodiversidade. Os métodos tradicionais de monitoramento e modelagem de florações de algas, como medições de campo e análise laboratorial de amostras, podem ser logisticamente difíceis e demorados. O sensoriamento remoto, por outro lado, oferece uma solução mais eficiente e econômica para monitorar a floração de algas em larga escala em tempo real. Apesar de suas limitações em termos de coberturas espaciais, espectrais e temporais, o sensoriamento remoto é amplamente aceite como uma ferramenta valiosa no monitoramento da floração de algas. Espera-se que a integração de dados de vários sensores e a melhoria da qualidade dos dados e das capacidades dos sensores tornem o sensoriamento remoto uma ferramenta ainda mais poderosa no futuro. Com a ajuda de dados multifrequência e multipolarização e o uso de sensores LiDAR mais avançados, o monitoramento e a modelagem de florações de algas se tornarão cada vez mais sofisticados e precisos.