Le fioriture algali dannose possono causare grossi problemi nelle aree costiere e nei laghi degli Stati Uniti. Quando gli organismi acquatici contenenti tossine si moltiplicano e formano una fioritura, può far ammalare persone e animali domestici, contaminare l'acqua potabile, e forzare la chiusura dei siti nautici e balneari.

Con risorse limitate per monitorare queste fioriture spesso imprevedibili, i gestori dell'acqua si stanno rivolgendo alle nuove tecnologie della NASA e dei suoi partner per rilevare e tenere traccia dei potenziali pericoli. Ciò è particolarmente critico nei laghi e nei bacini idrici che le persone utilizzano sia per il tempo libero che per l'approvvigionamento idrico.

Una nuova app per dispositivi mobili Android, dalla U.S. Environmental Protection Agency (EPA) e ora disponibile su Google Play, avviserà funzionari e membri del pubblico quando potrebbe formarsi una fioritura algale dannosa, a seconda dei cambiamenti specifici nel colore dell'acqua osservati dai satelliti. L'app è un prodotto del Cyanobacteria Assessment Network multi-agenzia, o CiAN.

"L'interesse è usare il telerilevamento come un occhio nel cielo, sistema di allarme rapido per ottenere un quadro dei cianobatteri nocivi nei laghi interni degli Stati Uniti, " ha detto Jeremy Werdell, il capo della NASA Goddard Space Flight Center per CyAN, che comprende anche l'EPA, l'US Geological Survey (USGS) e la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

"Le risorse sono limitate, e non è possibile per tutti sul campo monitorare tutti i corpi idrici interni per tutto il tempo, " ha detto. "I satelliti stanno fornendo uno strumento per aiutare a informare come e quando spendere risorse per andare a raccogliere campioni d'acqua".

La NASA studia da decenni la qualità dell'acqua dallo spazio, a partire dal 1978 con lo strumento Coastal Zone Color Scanner che utilizzava il colore dell'oceano per studiare le popolazioni di fitoplancton. Con strumenti successivi, come lo spettroradiometro per immagini a risoluzione moderata sui satelliti Terra e Aqua della NASA, la risoluzione era abbastanza buona da distinguere laghi e bacini interni più grandi, e gli scienziati hanno iniziato a utilizzare i dati per rilevare le firme dei cianobatteri nell'acqua dolce.

I cianobatteri si trovano naturalmente in molti corpi idrici, dai Grandi Laghi ai piccoli stagni di quartiere. In piccoli numeri, queste alghe non sono un problema. Ma nelle giuste condizioni:acqua calda, luce del sole, oltre a sostanze nutritive che spesso lavano via i campi agricoli:i cianobatteri possono moltiplicarsi e formare fioriture potenzialmente tossiche.

Anche se le singole alghe sono microscopiche, le fioriture possono essere viste dallo spazio. In numero massiccio, le fioriture dei cianobatteri possono apparire come grandi strisce verdi e macchie a causa del loro principale pigmento fotosintetico. La loro presenza può essere rilevata anche mediante fluorescenza, che le fioriture algali emettono in risposta all'esposizione alla luce solare. Utilizzando le caratteristiche uniche del fiore, strumenti sui satelliti NASA/USGS Landsat, i satelliti Copernicus Senteinel-2 e Copernicus Sentinel-3 dell'Agenzia spaziale europea, così come molti altri, sono in grado di individuare la presenza di alghe.

Con i programmi per computer sviluppati per elaborare le osservazioni satellitari di Sentinel-3, I supercomputer della NASA producono rapporti settimanali sul colore - e altre informazioni sulla qualità dell'acqua - di oltre 2, 000 laghi negli Stati Uniti nell'ambito del progetto CyAN, disse Bridget Seeger, un ricercatore presso Goddard in Greenbelt, Maryland.

Gli utenti della nuova app CyAN saranno in grado di contrassegnare un particolare lago con uno spillo, che apparirà in verde se il lago appare privo di fioriture, giallo se sono presenti alghe ma al di sotto di una certa soglia di preoccupazione, o rosso, indicando che è probabile che sia presente una fioritura. È progettato non solo per i gestori della qualità dell'acqua, Seeger ha detto, ma per le persone che mettono una canoa sulla macchina e discutono su dove andare, o un fornitore che indirizza le persone al miglior lago per il kayak.

CyAN è iniziata nel 2015, e ha collaborato con agenzie statali e locali per identificare fioriture potenzialmente dannose, disse Blake Schaeffer, un ecologista di ricerca con l'EPA e il capo di quell'agenzia per il programma.

I responsabili della qualità dell'acqua con le regioni EPA e l'Ufficio per l'acqua hanno collaborato con CyAN per testare e valutare l'app e i dati satellitari, Egli ha detto, per di più, gruppi di scienziati cittadini, anche i gruppi tribali e il pubblico hanno mostrato interesse per i dati.

"Stiamo mettendo il potere delle informazioni satellitari direttamente nelle mani delle persone, " Schaeffer ha detto. "Non devono estrarre i dati; possono scegliere di ricevere i dati".

Il programma ha dei limiti, però. I satelliti non possono vedere attraverso le nuvole, e grazie alla risoluzione di Sentinel-3A, i laghi dovrebbero essere larghi poco più di mezzo miglio (900 metri) per essere tracciati con i dati della massima qualità.

Per scrutare laghi e bacini artificiali ancora più piccoli, Schaeffer e altri si stanno rivolgendo a Landsat. A causa di problemi con i cloud (e una rivisitazione meno frequente), satelliti Landsat, gli scienziati ottengono circa una misurazione chiara di un dato sito ogni mese. Ma con la maggiore risoluzione spaziale di Landsat, possono tenere traccia delle informazioni sulla qualità dell'acqua da oltre il 60% dei laghi e bacini artificiali degli Stati Uniti, o più di 170, 000 corpi idrici.

Landsat e Sentinel-3 sono complementari; Landsat ha una maggiore risoluzione spaziale, mentre Sentinel-3 raccoglie dati su singoli siti più frequentemente e rileva lunghezze d'onda più appropriate per i cianobatteri. Inoltre, I satelliti Landsat dispongono di sensori termici che possono essere utilizzati per monitorare la temperatura superficiale dei laghi, che è utile, poiché le temperature più calde favoriscono la crescita della fioritura. Schaeffer sta studiando come aggiungere questo ulteriore fattore al programma di monitoraggio.

In definitiva, l'obiettivo è creare un sistema di monitoraggio della qualità dell'acqua che sfrutti i dati provenienti da molte fonti:Sentinel-2, Landsat, e altri satelliti, così come le informazioni raccolte sull'acqua, disse Nima Pahlevan, ricercatore presso Goddard e membro del team scientifico Landsat.

Lui e il suo team stanno lavorando su come utilizzare al meglio i dati Landsat e Sentinel per identificare i laghi, fiumi, serbatoi e altri corpi idrici con presenza eccessiva di alghe. La missione Landsat è operativa dalla fine degli anni '70, in modo che ricercatori e gestori idrici possano tracciare la storia di un dato lago per determinare se ogni lago, o potenzialmente anche un singolo pixel all'interno di un'immagine di un lago, è cambiato, e se indica una fioritura.

"Speriamo che con queste immagini, prodotto in tempo quasi reale, in appena 3-4 ore, possiamo costruire un sistema per emettere avvisi specifici per ciascun lago o bacino idrico, "ha detto Pahlevan.

Una sfida che il gruppo sta affrontando è che non ci sono molte misurazioni dell'acqua effettuate nei diversi laghi con cui confrontare, e verificare, cosa riporta il satellite. Con il supporto del Landsat Project Science Office, Pahlevan e collaboratori hanno posizionato tre strumenti a Green Bay, Wisconsin, Lago Okeechobee, Florida, e Grizzly Bay, California, effettuare misurazioni dell'acqua per il confronto con Landsat e altre misurazioni satellitari.

Con quei dati dal campo, e lavorare questa estate che include il monitoraggio di una manciata di laghi utilizzando Landsat e Sentinel-2, Pahlevan spera di costruire il programma ed estenderlo a un sistema operativo con più sedi entro l'estate 2020.

Per persone come Donalea Dinsmore, che lavora per il Wisconsin Department of Natural Resources (DNR), più strumenti di monitoraggio satellitare sarebbero una gradita aggiunta alla suite di metodi che lo stato utilizza per controllare dove si verificano fioriture algali dannose. Ogni estate, il dipartimento riceve domande sul fatto che il letame verde che galleggia sui laghi sia dannoso, o segnalazioni di cani ammalati dopo aver nuotato o bevuto da un lago, lei disse. Il DNR del Wisconsin ha personale che monitora molte delle migliaia di laghi dello stato, ma non possono arrivare ovunque.

"Con 15, 000 laghi, puoi visitarli tutti? E a seconda di quando visiti, potresti perdere solo una fioritura, " Dinsmore ha detto. "Può essere un programma di monitoraggio davvero complicato e costoso se vai alla cieca".