Indossa scarpe da ginnastica bianche, un cappello da cowboy e una tuta, Bernie Fowler entra nel fiume Patuxent del Maryland ogni giugno per vedere quanto può andare in profondità e vedere ancora la parte superiore delle sue scarpe. Da giovane poteva vedere i suoi piedi sul fondo del fiume mentre stava in piedi fino al petto per vedere i granchi blu. Ora, a novant'anni, si avventura nel fiume per valutare la limpidezza dell'acqua. Fowler ha raccolto questo punto dati negli ultimi 29 anni e conta, chiamandolo "profondità delle scarpe da ginnastica".

Gli scienziati effettuano misurazioni precise della limpidezza dell'acqua dai dati satellitari, ma i calcoli possono essere complessi e difficili da spiegare a persone al di fuori della disciplina dell'oceanografia. Ora la NASA sta adottando l'idea delle sneaker di Fowler per comunicare le misurazioni satellitari della limpidezza dell'acqua, consentendo di condividere facilmente le osservazioni con il pubblico interessato, amministrazioni locali o chiunque sia interessato. Gli scienziati della NASA chiamano questo algoritmo "Fowler's Sneaker Depth"—la profondità dell'acqua, in metri, al quale una persona non può più vedere le proprie scarpe bianche. Lo studio è stato pubblicato nell'edizione di aprile 2017 della rivista The Optical Society Ottica Express .

Il senatore in pensione dello stato del Maryland Fowler ha utilizzato la "profondità delle scarpe da ginnastica" come un modo per comunicare i cambiamenti locali nella limpidezza dell'acqua ai suoi vicini e alla comunità. La limpidezza dell'acqua è vitale perché la luce solare deve essere in grado di raggiungere in profondità oltre la superficie per aiutare le piante sottomarine a crescere e mantenere un ecosistema sano. In tutto il mondo, le acque costiere possono diventare torbide a causa dell'eccesso di particelle minerali sospese (ad esempio suolo eroso) o di abbondanze anormalmente elevate di fitoplancton (alghe microscopiche). Mentre questi effetti si verificano naturalmente, possono essere esacerbati dall'attività umana in uno spartiacque, come il disboscamento, sviluppo urbano, e il rilascio di acque reflue non trattate. La scarsa limpidezza dell'acqua può influire drasticamente sulla salute umana, la catena alimentare, e l'industria della pesca.

"Quando parli alla gente della chimica del fiume con parole scientifiche come eutrofizzazione, entra da un orecchio ed esce dall'altro, " disse Fowler. "Se indossi scarpe da ginnastica bianche e guadi nel fiume finché non riesci a vedere i tuoi piedi, che ti dà una buona comprensione di quello che sta succedendo." L'11 giugno 2017, Fowler, la sua famiglia, amici e comunità guaderanno il fiume Patuxent al Jefferson Patterson Park e misureranno la profondità delle scarpe da ginnastica per il 30° anno consecutivo.

Gli scienziati seduti in un laboratorio di ecologia oceanica si concentrano sulla precisione, disse Lachlan McKinna, un oceanografo del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e uno degli autori dello studio. "Ma a volte abbiamo bisogno di modi migliori per comunicare con il pubblico in generale".

Ben Crooke, uno stagista estivo della NASA di 17 anni, ha aiutato a derivare Sneaker Depth di Fowler come primo autore dell'articolo. Crooke ha trascorso parte della sua estate analizzando i dati e le immagini satellitari di Fowler per comprendere le tendenze locali nella limpidezza dell'acqua.

Crooke e il team hanno esaminato i dati dello strumento di bordo del satellite Aqua, lo spettroradiometro per immagini a risoluzione moderata, o MODIS. Lo strumento misura diversi colori di luce, o lunghezze d'onda, che si riflettono dalla materia sospesa nell'acqua. Hanno esaminato in particolare la quantità di luce rossa riflessa dai particolati e dai sedimenti galleggianti che rendono l'acqua torbida.

Il team ha quindi sviluppato un modello matematico per mettere in relazione la quantità di luce rossa riflessa, come misurato da MODIS, con la profondità della scarpa da ginnastica, come misurato fisicamente da Fowler nel fiume Patuxent, per gli anni dal 2002 al 2016.

L'algoritmo risultante fornisce un modo semplice per visualizzare e comunicare la limpidezza dell'acqua al pubblico. Fornisce inoltre misurazioni della profondità delle sneaker osservate dal satellite per qualsiasi giorno dell'anno non ostruito da molte nuvole e per l'intero estuario del fiume Patuxent.

"Abbiamo esaminato quanta variabilità c'era nella profondità della sneaker in quel giorno dell'anno rispetto a ogni altro giorno dell'anno, " disse Crooke, che si è diplomato alla Sandy Spring Friends School di Ashton-Sandy Spring, Maryland, e prevede di studiare scienze ambientali questo autunno allo Skidmore College di New York.

Crooke e il team hanno osservato come la qualità dell'acqua del Patuxent varia con la stagione. I mesi invernali hanno avuto la più grande profondità di Fowler's Sneaker (cioè la migliore visibilità) perché il flusso del fiume è minimo, il che significa meno sedimenti in entrata, e le condizioni ambientali sono meno favorevoli alla crescita del fitoplancton. La tarda primavera e l'inizio dell'estate tendevano ad avere la profondità delle scarpe da ginnastica più bassa (cioè la visibilità più bassa) perché sono presenti più fitoplancton e sedimenti.

Lo studio ha anche mostrato potenziali fonti che influenzano la limpidezza dell'acqua del fiume Patuxent. Negli ultimi anni, una migliore gestione dei bacini idrografici ha ridotto gli impatti delle attività di utilizzo del suolo che possono inquinare il fiume, come il disboscamento, trattamento delle acque reflue, agricoltura, e sviluppo urbano. Eppure le fioriture estive di fitoplancton continuano ancora nell'estuario del fiume Patuxent inferiore, suggerendo che i nutrienti che promuovono le fioriture stanno entrando nel fiume dalla baia di Chesapeake - un'idea che studi precedenti hanno suggerito.

Sebbene la profondità della sneaker sia stata principalmente progettata come strumento di comunicazione per il pubblico, il team della NASA non esclude il suo uso per la scienza. Il concetto di profondità della sneaker è in realtà simile alla misurazione della profondità del disco Secchi effettuata mensilmente dal programma Chesapeake Bay. Nell'oceanografia, gli scienziati abbassano una pianura, disco bianco di un piede di diametro - chiamato disco di Secchi - nell'acqua su una corda e registra la profondità alla quale scompare alla vista. Queste misurazioni sono utili per gli scienziati marini che vogliono sapere quale profondità raggiunge la luce per capire come stanno crescendo il fitoplancton e altra vegetazione sottomarina.

"La profondità della scarpa da tennis di Fowler verrà utilizzata come metrica per esaminare le tendenze di chiarezza dell'acqua a lungo termine per risultati scientificamente significativi e comunicarli al pubblico in generale, " disse Ivona Cetinic, un oceanografo dell'Universities Space Research Association della NASA Goddard e uno degli autori dello studio. Cetinic e il team devono ancora apportare alcuni perfezionamenti. Per uno, potrebbero impostare il limite massimo della profondità della scarpa da ginnastica come altezza di Fowler, un modo per mantenere il contesto del numero e onorare la dedizione e il lavoro di Fowler sulla baia di Chesapeake. Secondo, il team accoglierebbe con favore più punti dati dalla comunità per aiutare a perfezionare l'algoritmo.

"Se hai un paio di vecchie scarpe da ginnastica bianche e le metti ai piedi o uno spago e prendi delle misure, che potrebbe aiutarci a costruire un set di dati e mettere a punto l'algoritmo, " disse McKinna.