La terra è un pallido, punto blu se visto dallo spazio. Il suo colore blu è dovuto al fatto che il nostro pianeta natale è coperto per il 71% dall'acqua. La NASA monitora l'acqua della Terra dallo spazio, i cieli, stazioni di terra a terra, navi che solcano i mari e anche con app sui cellulari.

Mentre la Terra è così bagnata che sembra blu dallo spazio, la maggior parte di quell'acqua è acqua salata. Solo il 2,5% dell'acqua sulla Terra è acqua dolce e quasi tutta quell'acqua è congelata, rinchiusa nelle calotte polari, ghiacciai e altri ghiacci. La piccola quantità di acqua dolce che rimane è tutto ciò che è disponibile per tutti i modi in cui utilizziamo l'acqua.

"Tutta l'acqua sulla Terra esiste già. Non possiamo farne di più, "ha detto Bradley Doorn, responsabile del programma per l'area del programma Risorse idriche della NASA Earth Applied Sciences. "Possiamo solo rintracciarlo, prevedilo e proteggilo mentre gira intorno al nostro mondo."

La NASA tiene traccia di quasi ogni aspetto di questo ciclo dell'acqua, mentre le precipitazioni cadono dalle nuvole; come acque sotterranee; mentre l'acqua penetra nel terreno; mentre si muove nei fiumi e nei laghi; poiché viene assorbito dalle piante e utilizzato dagli animali ed evapora nuovamente nell'atmosfera.

"L'acqua è una risorsa preziosa su questo pianeta, e uno che la NASA è all'avanguardia nel monitoraggio, " disse Doorn.

La natura ciclica dell'acqua dolce che si sposta nel nostro mondo ha portato alla domanda scientifica generale a cui la NASA sta cercando di rispondere sull'acqua nel nostro mondo:dove si trova, quando è, e in che condizioni. In misura sempre più fine, I ricercatori della NASA stanno determinando quanta e quando l'acqua dolce è disponibile in tutto il mondo. Poiché queste domande fondamentali della scienza vengono poste e hanno ricevuto risposta, La NASA sta inoltre cercando di sviluppare e rafforzare modi nuovi e innovativi di utilizzo dei dati per monitorare sia l'uso che la qualità dell'acqua dolce mondiale. Inoltre, mentre il mondo si riscalda a causa dei cambiamenti climatici, Gli scienziati della NASA stanno studiando come il ciclo dell'acqua mondiale è influenzato e ha effetti sul clima della Terra.

La Divisione Scienze della Terra della NASA studia l'acqua dolce utilizzando i dati raccolti in molti modi, compresi i satelliti, missioni aeree e persino informazioni raccolte da volontari. Gli scienziati della NASA studiano l'acqua, in quasi tutti i suoi aspetti sulla Terra, come precipitazioni, ghiaccio e neve, nelle riserve di acque sotterranee e in laghi e fiumi, solo per citarne alcuni. Alcuni esempi del focus della ricerca che gli scienziati della NASA prendono per studiare l'acqua includono modi per monitorare la qualità dell'acqua, determinare la disponibilità di acqua e prevedere la siccità, misurare l'irrigazione e l'uso dell'acqua per l'agricoltura, e precipitazioni mondiali.

Ciò che sale, Deve venire giù

La quantità di precipitazioni che cadono sulla Terra in un dato momento varia notevolmente da luogo a luogo, quindi avere una vista a livello di satellite fornisce osservazioni più uniformi in tutto il mondo perché include dati sugli oceani del mondo ed è più completo della maggior parte delle misurazioni a terra.

Nel 2019 gli scienziati hanno pubblicato un set di dati sulle precipitazioni in tutto il mondo che ha raccolto più di 20 anni di dati satellitari e di altro tipo. Si basa in modo significativo sulle informazioni raccolte dal progetto congiunto NASA e Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), la missione Global Precipitation Measurement (GPM) e un precedente, precursore della missione satellitare NASA-JAXA, la Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Questo Recupero multi-satellite integrato per GPM (IMERG) include anche informazioni da una costellazione di altri satelliti per l'osservazione della Terra, campagne aeree e stazioni di terra.

Tutto detto, il record raccoglie i dati dal 1997 ad oggi. Questi record includono viste quadridimensionali della pioggia, neve, nevischio e tempeste, quanto è pesante la precipitazione e come cambia nel tempo. Mentre IMERG produce un prodotto di maggiore precisione che richiede tempo per l'elaborazione e la preparazione, ogni mezz'ora è disponibile un riepilogo quasi in tempo reale delle precipitazioni globali che viene utilizzato per applicazioni sensibili al tempo come previsioni meteorologiche e ripristino di emergenza. Questa base pluridecennale di dati su pioggia e neve in tutto il mondo mostra come le precipitazioni possono deviare dal normale, modelli informativi che predicono i raccolti, epidemie e smottamenti.

Vedere piante stressate

Un progetto che attualmente sta lavorando per includere i dati IMERG come uno sforzo più ampio per monitorare l'agricoltura è guidato da Christopher Hain del Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama. Lui e il suo team hanno creato uno strumento di monitoraggio agricolo globale a livello mondiale che fornisce avvisi precoci di siccità esaminando lo "stress della vegetazione".

Circa il 31% di tutta l'acqua dolce superficiale negli Stati Uniti viene utilizzata per l'irrigazione agricola, secondo l'US Geological Survey, e le piante vanno sotto stress quando non hanno

abbastanza acqua. Quando una pianta rilascia acqua dalle sue foglie, in un processo chiamato "traspirazione, " li raffredda. Ciò consente agli agricoltori di monitorare le letture della temperatura di un campo nel tempo per determinare la salute delle loro colture. Se un campo è insolitamente caldo, mostra che le piante sono sotto stress molto prima che le foglie appassiscano e diventino marroni.

Questo stress della pianta è in parte quantificato da questi cambiamenti di temperatura nell'indice di stress evaporativo. È utilizzato in molti prodotti diversi ed è incorporato nel monitor della siccità degli Stati Uniti, una mappa sviluppata dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA). Aggiornato su base settimanale, classifica le condizioni di siccità negli Stati Uniti. Come parte di un progetto finanziato dalla NASA Earth Applied Sciences, Il team di Hain sta espandendo l'uso di questi dati oltre gli Stati Uniti a un "indice globale di stress evaporativo" mondiale.

Oltre ai dati IMERG, questo indice include un indicatore della temperatura dell'impianto preso dallo strumento ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer on Space Station (ECOSTRESS) della NASA, che è stato lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2018. Contribuiscono all'indice anche le temperature della superficie terrestre da molti satelliti della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), osservazioni dai satelliti Terra e Aqua della NASA e dal satellite NASA/NOAA Suomi National Polar Orbiting Partnership (Suomi NPP).

Questo indice di stress delle piante include anche i dati della serie di satelliti Landsat; la più lunga registrazione continua di dati di scienze della Terra dallo spazio. Iniziato nel 1972, Landsat è una partnership tra la NASA e l'U.S. Geological Survey (USGS) e i dati Landsat vengono utilizzati nei progetti idrici della NASA Earth Applied Sciences, dalla misurazione dello stress sui vigneti in California al monitoraggio delle scarse risorse idriche nelle aree remote della Navajo Nation.

Gestire l'acqua in Occidente

Negli Stati Uniti occidentali, soggetti a siccità, l'acqua è una risorsa particolarmente scarsa, ecco perché nel 2015 l'area del programma Earth Applied Sciences Water della NASA ha istituito il Western Water Applications Office (WWAO). Facilita il trasferimento di dati satellitari e altri dati della NASA nelle mani dello stato occidentale, agenzie idriche locali e federali.

"La gestione dell'acqua negli Stati Uniti occidentali è particolarmente impegnativa, "dice Indrani Graczyk, Responsabile WWAO. "Questo perché la maggior parte delle precipitazioni cade in inverno e viene immagazzinata nel manto nevoso di montagna, ma deve fornire agli utenti per tutto il lungo, estati secche.

Uno dei tanti programmi della NASA che studiano le importanti connessioni tra la disponibilità di neve e acqua è l'Airborne Snow Observatory. Questo progetto pluriennale dell'aereo della NASA è iniziato nell'aprile 2013 ed è stato una collaborazione tra il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA e il Dipartimento delle risorse idriche della California. Ha creato le prime mappe dell'intero manto nevoso di due importanti bacini montani in California e Colorado, producendo le misurazioni più accurate di quanta acqua trattengono, una manna per i milioni di americani che fanno affidamento su quei bacini idrici per il loro approvvigionamento idrico.

Il progetto Airborne Snow Observatory ha inoltre effettuato le prime misurazioni della neve nell'area creata dalle montagne circostanti, noto come "bacino, " così come sulle montagne stesse. Questa comprensione delle precipitazioni in montagna fornisce dati che vengono ora incorporati in tutto il mondo per aiutare a migliorare la gestione dell'acqua per 1,5 miliardi di persone in tutto il mondo che si affidano allo scioglimento della neve per l'acqua.

Dati nel palmo della tua mano

Oltre alle missioni satellitari e aeree, La NASA sta anche usando il potere dei cittadini scienziati per monitorare le risorse idriche del mondo. Un esempio è il Global Learning and Observations della NASA a beneficio del programma Environment Programme (GLOBE). Iniziato nel 1995, questo programma mondiale e riunisce studenti, insegnanti, scienziati e cittadini e attraverso la sua app per cellulare GLOBE Observer, gli utenti possono caricare informazioni sulla copertura nuvolosa, profondità delle precipitazioni e altre informazioni che vengono poi trasmesse ai team scientifici che le utilizzano come parte della loro ricerca nel monitoraggio delle risorse idriche in tutto il mondo.

Un'altra risorsa scientifica portatile è CyAN, un'applicazione per telefoni cellulari Android che fa parte del Cyanobacteria Assessment Network multi-agenzia, (Ciano). La rete è iniziata nel 2015 con l'obiettivo di sviluppare un approccio uniforme e sistematico per identificare le fioriture algali potenzialmente dannose utilizzando dati satellitari e altri. Mentre le singole alghe sono microscopiche, nelle giuste condizioni possono moltiplicarsi e "fiorire" e rilasciare tossine dannose che possono far ammalare persone e animali domestici, contaminare l'acqua potabile e forzare la chiusura di siti nautici e balneari.

Questi fiori possono essere abbastanza grandi da essere visti sia ad occhio nudo, e dallo spazio tramite le immagini dei satelliti che osservano la Terra. Nell'ambito di questo continuo, missione a lungo termine, un'applicazione per telefoni cellulari ora combina le informazioni satellitari con i dati caricati dall'utente su fioriture algali potenzialmente dannose di cianobatteri.

Sviluppato con la U.S. Environmental Protection Agency (EPA), l'app del telefono cellulare, include la potenza di supercalcolo della NASA, e fornisce rapporti settimanali sul colore e altre informazioni sulla qualità dell'acqua di più di 2, 000 laghi negli Stati Uniti. Gli utenti possono scegliere un lago particolare e visualizzare un indice codificato a colori della qualità dell'acqua. L'app consente inoltre agli utenti di inviare dati, trasformare il report di ciascun utente in una fonte di dati per i responsabili della qualità dell'acqua per rivedere e confermare i dati.

Mentre CyAN è un modo portatile per monitorare la qualità dell'acqua, I dati del telerilevamento della NASA sono incorporati in altre risorse di qualità dell'acqua, per esempio la NASA sta perfezionando il Freshwater Health Index con il gruppo no-profit Conservation International. Questo indice vede l'acqua come parte di un sistema che tiene conto anche dei dati sui centri abitati umani, nonché, dati ambientali e di altro tipo. Oltre a creare risorse come l'indice, La NASA addestra anche le persone a usarli. Per esempio, l'area del programma di sviluppo delle capacità delle scienze applicate della terra tiene corsi di formazione sia di persona che a distanza sull'indice di acqua dolce, come monitorare le fioriture algali dannose e molti altri corsi su come accedere e interpretare i dati di osservazione della Terra.

Troppo e troppo poco

Sebbene la qualità dell'acqua sia un problema, così è la quantità. Avere troppa o troppo poca acqua può essere devastante. Oltre alle missioni di precipitazione della NASA, altre due importanti missioni satellitari della NASA hanno aperto nuovi orizzonti nel monitoraggio dell'acqua mondiale.

Il satellite Soil Moisture Active Passive (SMAP), lanciato nel 2015, misura la quantità di acqua nei primi due pollici (5 centimetri) di terreno. Questi dati quasi in tempo reale mappano l'umidità globale del suolo, fornendo collegamenti tra l'acqua della Terra, energia e ciclo del carbonio. Per esempio, questi dati sono stati incorporati in un'applicazione software della NASA chiamata Land Information System e con altre risorse, fornisce agli utenti informazioni cruciali sulla saturazione del suolo, previsione della siccità e agricoltura.

La NASA traccia anche l'acqua attraverso la missione Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on (GRACE-FO). Una partnership tra la NASA e il Centro aerospaziale tedesco, GRACE-FO è un successore della missione GRACE, che ha fatto osservazioni dal 2002 al 2017.

La missione GRACE-FO è composta da due satelliti gemelli che si susseguono in orbita attorno alla Terra e sono separati solo da circa 137 miglia (220 km). Misurando costantemente la distanza tra loro, tengono traccia dei cambiamenti nel campo gravitazionale terrestre, che è influenzato dalle differenze di massa, come quando si passa vicino e poi sopra una catena montuosa. Mentre questi cambiamenti sarebbero impercettibili per noi, le misurazioni estremamente precise della distanza tra i due satelliti rivelano cambiamenti di gravità in tutto il mondo.

I dati vengono utilizzati per costruire mappe mensili del campo gravitazionale medio terrestre, offrendo dettagli su come la massa, si sta muovendo per il pianeta, che sulla scala dei mensili è per lo più imputabile al movimento dell'acqua. Pertanto i dati GRACE-FO possono essere utilizzati per scoprire i cambiamenti nello stoccaggio dell'acqua sotterranea, la quantità di acqua nei grandi laghi e fiumi, umidità del suolo della zona radicale, lastre di ghiaccio e ghiacciai, e il livello del mare causato dall'aggiunta di acqua all'oceano. Queste scoperte forniscono una visione unica del clima terrestre e hanno benefici di vasta portata per la società.

Dati sull'acqua ovunque

Nonostante tutti i nostri metodi per tracciare e monitorare la qualità e la quantità dell'acqua nel nostro mondo, c'è ancora molto da imparare su come guardare al meglio l'acqua del mondo, soprattutto perché il cambiamento climatico sta modificando il ciclo dell'acqua e influenzando la disponibilità di acqua in tutto il mondo.

I prodotti satellitari e di modellazione della NASA forniscono un enorme volume di preziose informazioni sulle risorse idriche globali, che si estende per anni in una vasta gamma di aree (da locale a globale) e su molte scale temporali (dall'ora ai decenni), e mentre queste informazioni vengono utilizzate per la ricerca scientifica in corso, molte delle risorse sono disponibili quasi in tempo reale, il che può renderle utili per applicazioni come rispondere a un uragano oa una siccità.

Tutti i dati della NASA sono gratuiti, e apertamente disponibile, consentendo a tutti di accedere alle informazioni, il tutto con l'obiettivo di guardare e proteggere l'acqua sul nostro palo, pianeta blu.