Ciencia de la Tierra Desde el Espacio

Transcripción

1 Ciencia de la Tierra Desde el Espacio Una introducción a las aplicaciones de la observación de la Tierra desde el espacio en Sudamérica Autores Rachel Whitton Jefa de equipo, NASA DEVELOP National Program Robert Bradley NASA DEVELOP National Program Giovanni Colberg NASA DEVELOP National Program Yanina Colón NASA DEVELOP National Program Editores Kim Keith CEOS SEO, Science Systems & Applications, Inc. (SSAI) c/o National Aeronautics & Space Administration (NASA) Lucía Kocar WGEdu, Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) Josefina Otero WGEdu, Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) Anabel Lamaro WGEdu, Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) Yolanda Berenguer WGEdu, Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) i

2 Diseño de Portada y Diagramación de Libro Tracey Silcox Science Systems & Applications, Inc. (SSAI) Asimismo agradecemos las significativas colaboraciones de Patricia Alvarez WGEdu, Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) Guy Duchossois Ex Director de Observaciones de la Tierra de la European Space Agency (ESA) Tania Maria Sausen Co-Presidente del WGEdu, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) ii

3 Prefacio El Comité de Satélites de Observación de la Tierra (CEOS- Committee on Earth Observation Satellites) se creó en 1984 con el fin de proporcionar un marco para la coordinación de los programas de teleobservación espacial de uso civil para un mejor entendimiento del sistema terrestre. Las tareas del CEOS son desempeñadas por varios grupos de trabajo, uno de los cuales se focaliza en la educación, entrenamiento y desarrollo de capacidades y se denomina WGEdu (Working Group on Education, Training and Capacity Building). Creado en 1999, el WGEdu coordina las actividades ya existentes y las planificadas en relación a las técnicas de observación de la Tierra, el análisis y la interpretación de datos y el uso de productos estandarizados derivados, formatos, servicios y aplicaciones. Asimismo, algunos organismos miembros del WGEdu llevan adelante actividades regulares de desarrollo de capacidades de manera individual o conjunta a nivel educativo. Además producen materiales educativos y de entrenamiento para público con diferentes perfiles. Los materiales producidos se encuentran disponibles en la sección WGEdu del sitio web del CEOS ( y en los sitios web oficiales de las instituciones miembros. En 2009, el WGEdu lanzó el proyecto EduFlow, con el objetivo de generar material educativo y entrenamiento. Con el respaldo y financiamiento de Systems Engineering Office (SEO) del CEO el material tiene como objetivo atender las temáticas claves del CEOS que son elegidas anualmente por WGEdu. El primer producto generado por EduFlow (2010) fue desarrollado por el SEO del CEOS y el Develop National Program (Programa Nacional de Desarrollo) de la NASA, en colaboración con la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) de Argentina y la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO). Este libro brinda una visión general de los programas existentes de satélites de observación de la Tierra, y de sus instrumentos a bordo, de varias agencias miembro del WGEdu. También expone las situaciones ambientales que involucran a la Argentina y sus países vecinos ilustrando cómo la tecnología espacial ayuda a mitigar los efectos y consecuencias de estos problemas. Aunque el material fue pensado para la lectura del público en general, está dirigido a docentes de escuelas secundarias, quienes desempeñan un rol esencial en fomentar el interés y el conocimiento sobre las tecnologías de observación de la Tierra desde el espacio. iii

4 Indice Capítulo 1 Estudio de la Tierra desde el Espacio: Aplicaciones de las Tecnologías de Percepción Remota...1 Sección 1.1 Qué es la percepción remota?...1 Sección 1.2 Satélites e instrumentos...5 Algunos Programas Sobre Satélites de Observación de la Tierra...5 cbers (China-Brazil Earth Resource Satellite)...6 el Programa Landsat...6 envisat (ENVIronmental SATellite)...6 terra y Aqua, Instrumento MODIS (Moderate Resolution Imaging spectro-radiomter)...7 Sección 1.3 Nuevas Tecnologías: Percepción Remota y SIG...7 Sección 1.4 Observaciones de la Tierra desde el Aula...8 Sección 1.5 Ubicación Geográfica de la República Argentina...9 Capítulo 2 Calidad del Agua de los Océanos...11 Sección 2.1 El Agua es Muy Importante!...11 Sección 2.2 Casos de Estudio...12 Floraciones Algales...12 Pesca de la Merluza Argentina...15 Derrames de Petróleo...18 Sección 2.3 El Impacto Sobre las Comunidades Locales: Impactos sociales & Económicos...20 Sección 2.4 Una Mirada Desde el Espacio: Aplicaciones y Conclusiones...21 Capítulo 3 Reducción de Incendios Forestales...23 Sección 3.1 Causas y Consecuencias de un Incendio...23 Sección 3.2 Casos de Estudio...23 Incendios en el Delta del Río Paraná...23 Incendios en la Rrovincia de Córdoba...24 iv

5 Sección 3.3 El Impacto Sobre las Comunidades Locales: Impactos Sociales & Económicos...28 Sección 3.4 Una Mirada Desde el Espacio: Aplicaciones y Conclusiones...28 Capítulo 4 Monitoreando el Cambio Climático...31 Sección 4.1 Inundaciones, Incremento Global del Nivel del mar y cambio Climático...31 Sección 4.2 La Niña y El Niño: un Fenómeno Climático Global...32 Sección 4.3 Incremento del Nivel del mar a Escala Global...34 Sección 4.4 Casos de Estudio...35 Inundaciones en áreas Productivas de la Argentina...35 Sección 4.5 El Impacto Sobre las Comunidades Locales: impactos Sociales & Económicos...36 Sección 4.6 Una Mirada Desde el Espacio: Aplicaciones y Conclusiones...38 Capítulo 5 Terremotos: La Percepción Remota es de Mucha Ayuda...39 Sección 5.1 Estructura de la Tierra...39 Sección 5.2 Introducción a los terremotos en Sudamérica Por Qué Ocurren?...40 Sección 5.3 La Utilización de la Teledetección y de los SIG para la Evaluación de Riesgos Sísmicos...42 Sección 5.4 Lo que esto significa para las comunidades locales: Impactos socio-económicos...44 Sección 5.5 Una Mirada Desde el Espacio: Aplicaciones y Conclusiones...45 Capítulo 6 Volcanes: Un Tema Caliente...47 Sección 6.1 Introducción a los Volcanes...47 Sección 6.2 Percepción Remota Aplicada al Monitoreo de los Volcanes Activos...48 Estudio de Caso: El Chaitén...48 Sección 6.3 Lo Que esto Significa para las Comunidades Locales: Impactos Socio-Económicos...51 Sección 6.4 Una Mirada Desde el Espacio: Aplicaciones y Conclusiones Apéndice BIbLIOGRAFIA...55 citas y Recomendaciones...55 paginas WEB recomendadas...56 Figuras...59 vii

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7 Los satélites proveen imágenes y datos de la Tierra? Capítulo 1 Estudio de la Tierra desde el Espacio: Aplicaciones de las tecnologías de percepción remota Sección 1.1 Qué es la percepción remota? La percepción remota es una de las tecnologías de avanzada utilizadas para observar y estudiar la Tierra. Lillesand, Kiefer y Chipman la definen en el año 2008, como una técnica para obtener información acerca de un objeto o área utilizando un dispositivo que no se encuentra en contacto físico con aquel objeto o área. Al dispositivo o instrumento se lo conoce como sensor, su tamaño puede variar desde pequeños dispositivos que pueden ser transportados por el hombre hasta grandes y complejos instrumentos instalados en aviones o satélites. (Figura 1.1). Existen dos tipos de sensores: activos y pasivos. Los activos tienen su propia fuente de energía e iluminan o escanean el objeto y luego reciben la radiación que es reflejada o retrodispersada desde el mismo. Los sensores pasivos, por otro lado, utilizan fuentes de energía externas, como la luz del sol reflejada, para observar un objeto. (Figura 1.2 A, B). Figura 1.1 Satélite Argentino SAC-C y sus partes. Crédito de la imagen: CONAE Las ventajas de los sensores activos incluyen la posibilidad de obtener mediciones en cualquier momento, independientemente del momento del día o de la época del año. Un ejemplo de sensor activo es el radar de apertura sintética (SAR), que se detallará en los siguientes capítulos. Figura 1.2 A. Sensor Pasivo B. Sensor Activo. Crédito de la imagen: Centro de Teledetección de Canadá. Página 1

8 Cualquier objeto, a no ser que posea una temperatura de cero absoluto(-273 C), absorbe, refleja y emite energía en todo momento y de una manera única. A esta energía se la conoce como radiación electromagnética y se la clasifica según la frecuencia y longitud de onda, y se representa mediante el espectro electromagnético. En el extremo de mayor energía del espectro se encuentran los rayos X y Gama (de alta frecuencia y corta longitud de onda) mientras que al sector de menor frecuencia se lo asocia con ondas de radio y microondas (larga longitud de onda) y en la zona central del espectro se ubican las longitudes de onda pertenecientes a la luz visible (Figura 1.3). Por lo tanto la percepción remota involucra una interacción entre la radiación entrante, la reflejada y la emitida desde los objetos de interés. (Figura 1.4). Figure 1.4 Electromagnetic Radiation (EMR). Image credit: Geomatics Laboratory Energy & Geosciences Institute, University of Utah. Passive sensors record Sensor Sun Pasivo energy Energía Reflected solarlight Energía Thermal reflejada emission Energía térmica emitida Active sensor Own source of energy Can operate at night Can penetrate clouds Página 2

9 Figura 1.5 Sistema de Teledetección. Crédito de la imagen: Departamento de Agricultura de Estados datos crudos son procesados por un software específico que traduce la información a un formato digital que facilita la interpretación (Figura 1.5). Antes de comenzar a analizar algunos casos de estudio, es importante definir y comprender algunos términos y conceptos fundamentales asociados con las imágenes satelitales. Una imagen satelital tiene un formato digital que está conformado por áreas más pequeñas de igual forma y tamaño conocidas como pixeles. Estos representan la energía de esa área con un valor numérico, llamado también número digital (Figura 1.6). La pantalla de la computadora muestra cada uno de los números digitales como diferentes niveles de gris. Desde un primer momento, los sensores captan la energía electromagnética y la registran como una matriz de números. La información obtenida de un estrecho sector del espectro electromagnético (como vimos en la Figura 1.2) es recopilada y almacenada en un canal, al que a veces se conoce como banda. Podemos combinar y visualizar estas bandas de información digital utilizando los tres canales del monitor de la computadora (azul, verde y rojo). Los datos de cada canal se representan como uno de los colores primarios y dependiendo del brillo relativo (es decir, del valor digital) de cada pixel en cada canal, los colores primarios se combinan en diferentes proporciones de acuerdo a la teoría del color (Figura 1.7). Figura 1.6. Formato digital de una imagen satelital. Crédito de la imagen: Centro de Teledetección de Canadá. Página 3

10 Figura 1.7 Imagen SAC C del Rio de la Plata. Crédito de la imagen: CONAE. A. Banda 1. B. Banda 2. C. Banda 3. D. Combinación de las bandas en color real (RGB 321). Tipos de resoluciones Resolución espacial se refiere al tamaño de los objetos más pequeños que pueden distinguirse por medio del sensor o a la dimensión lineal sobre el terreno representada por cada uno de los pixeles de la imagen. Resolución espectral describe las longitudes de onda específicas que el sensor puede captar dentro del espectro electromagnético. Resolución temporal se refiere a la frecuencia a la cual el satélite obtiene imágenes de un área de interés. Resolución radiométrica se refiere al número de posibles valores digitales en cada una de las bandas y se determina por el número de bits en los cuales se divide esa energía registrada. Página 4

11 Sección 1.2 Satélites e instrumentos Existen más de 150 satélites de Observación de la Tierra de diferentes agencias espaciales y/o organizaciones que se encuentran orbitando alrededor de la Tierra y el número continúa en amplia expansión (Tatem et al., 2008). Estos satélites son categorizados según el tipo de sensor(es) que tienen a bordo (actives o pasivos), su trayectoria orbital y la altitud a la que vuelan. Los satélites poseen características únicas que los hacen particularmente útiles para la percepción remota de la superficie de la Tierra. Figura 1.8 Orbitas de los satélites. A. Geoestacionario. B. Casi-polar. Crédito de la imagen: Centro de Teledetección de Canadá. A la trayectoria seguida por un satélite se la conoce como su órbita. Estas se ajustan a la capacidad y al objetivo de los sensores que llevan. La selección de la órbita puede variar en función de la altitud, su orientación y rotación relativa a la Tierra. Los satélites que se encuentran a una altitud elevada, y que visualizan la misma porción de la superficie de la Tierra en todo momento, se dice que poseen órbitas geoestacionarias (Figura 1.8 A). Los satélites meteorológicos y de comunicaciones, por lo general poseen este tipo de órbita. Muchos satélites son diseñados para seguir una órbita (básicamente norte-sur) lo que junto con la rotación de la Tierra (en dirección oeste-este), les permite cubrir la mayor parte de la superficie terrestre en un cierto periodo de tiempo. Estas son orbitas casi-polares, denominadas así por la inclinación de la órbita con respecto a una línea que corre entre el Norte y el Polo Sur (Figura 1.8 B). Muchas de estas órbitas son sincronizadas con el sol, y se denominan heliosincrónicas, de manera que puedan cubrir cada sector del mundo a una hora local constante del día, conocida como hora solar local. Algunos programas sobre satélites de observación de la Tierra SAC-C (Satélite de Aplicaciones Científicas C) La misión de cooperación internacional SAC-C (Figura 1.9) surge de un acuerdo entre la NASA, la Comisión Nacional de Actividades Espaciales de Argentina (CONAE), la Agencia Espacial Francesa (CNES), la Agencia Espacial Brasilera (INPE), el Instituto Danés de Investigación Espacial y la Agencia Espacial Italiana (ASI). Lanzado en el año 2000, el SAC-C proporciona imágenes de ambientes terrestres y costeros e información acerca de la estructura y la dinámica de la atmósfera terrestre, la ionósfera y el campo geomagnético de la Tierra. Tiene aplicaciones relacionadas con la agricultura, medio ambiente, forestación, hidrología, oceanografía y ecología, entre otras. Lleva un sensor con capacidad única para capturar imágenes durante la noche que es de mucha utilidad para monitorear incendios forestales y tormentas eléctricas. Otro instrumento único a bordo del satélite SAC-C es el WTE (Whale Tracker Experiment- Experimento Rastreador de Ballenas) desarrollado para estudiar la ruta migratoria de la ballena Franca- Austral. Figura 1.9 Representación del satélite SAC-C Satélite. Crédito de la imagen: CONAE Página 5

12 CBERS (China-Brazil Earth Resource Satellite) El CBERS (Figura 1.10) es un programa desarrollado por China y Brasil. El CBERS-1 fue lanzado en el año 1999 y se continuó en el año 2003 con el lanzamiento del CBERS-2 y en 2007 el CBERS-2B. Estos satélites proporcionan imágenes de alta calidad de la superficie de la Tierra en varias longitudes de onda del espectro electromagnético, que abarcan grandes áreas del terreno con aplicaciones potenciales a escala regional y nacional. Posee aplicaciones relacionadas con la identificación de campos de agricultura, mapeo de uso de la tierra, gestión costera, etc. Figura 1.10 Representación del satélite CBERS-2B Crédito de la imagen: INPE/CBERS El Programa Landsat Los satélites Landsat, administrados por la United States Geological Survey (USGS- Servicio Geológico de los Estados Unidos) y la NASA, han tomado imágenes de resolución espacial media desde el año La misión más actual, Landsat 7 ETM+ (Enhanced Thematic Mapper +) fue lanzada en abril de 1999 (Figura 1.11). Provee imágenes útiles para diversas aplicaciones como la identificación de recursos de la Tierra, el estudio de la superficie del terreno e identificación de coberturas, monitoreo ambiental, agricultura y forestación, monitoreo y evaluación de desastres, detección de coberturas de nieve y hielo, y el monitoreo del cambio geológico. Figura 1.11 Representación del satélite Landsat 7 en órbita. Crédito de la imagen: NASA Envisat (Environmental Satellite) Fue lanzado en marzo de 2002 por la ESA (Figura 1.12). Su principal objetivo es brindarle a las naciones europeas una plataforma de percepción remota para colaborar en estudios medioambientales. Lleva un sensor activo llamado Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR-Radar de Apertura Sintética Avanzado). Este instrumento es muy útil para una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo el estudio de las corrientes oceánicas, la topografía oceánica y del terreno, la detección y monitoreo de los derrames de petróleo en el mar, etc. Además a bordo del ENVISAT se encuentra un sensor óptico pasivo que se utiliza para aplicaciones atmosféricas, del terreno y del océano y regiones costeras como imágenes de color oceánico, de vegetación y cobertura de nubes y/o precipitaciones. Posee también un sensor infrarrojo que proporciona con gran exactitud datos sobre la temperatura superficial del mar y la vegetación del suelo. Un paquete de tres instrumentos que miden concentraciones de elementos químicos atmosféricos proporciona datos acerca de los gases residuales menores y de contaminantes atmosféricos. Figura 1.12 Representación del satélite Envisat. Crédito de la imagen: Agencia Espacial Europea. Página 6

13 Terra y Aqua, MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectro-Radiometer) El MODIS es un sensor que está abordo del satélite Terra (lanzado en el año 1999) (Figura 1.13 A) y del satélite Aqua (lanzado en el 2002) (Figura 1.13 B). La órbita del Terra es de norte a sur a través del Ecuador por la mañana, mientras que el Acqua hace su pasada de sur a norte por el Ecuador por la tarde. Ambos sensores cubren toda la superficie terrestre cada 1 o 2 días. Estos datos sirven para entender la dinámica global y los procesos que tienen lugar en los terrenos, los océanos y en la atmosfera baja. El MODIS desempeña un rol fundamental en la validación de los modelos terrestres globales que sirven para predecir cambios globales de manera lo suficientemente precisa como para asesorar a los que toman las decisiones en lo que respecta a la protección de nuestro ambiente. Figura 1.13 A. Representación de Satélite Terra. Crédito de la imagen: NASA. Figura 1.13 B. Representación de Satélite Aqua. Crédito de la imagen: NASA. Sección 1.3 Nuevas tecnologías: Percepción remota y SIG (Sistemas de Información Geográfica) La percepción remota y el SIG van de la mano. Un SIG es un sistema de hardware, software y procedimientos que facilitan la administración, manipulación, análisis, modelado, representación y visualización de datos georeferenciados para resolver problemas complejos, por ejemplo referentes a la planificación y gestión de recursos (NCGIA, 1990) (Figura 1.14). Una vez que los datos han sido recopilados, son procesados e interpretados por medio de software específicos para que luego puedan ser analizados y representados en mapas, tablas, gráficos, etc. Son almacenados en una base de Figura 1.14 Sistemas de datos relacional, que permite efectuar Información Geográfica. múltiples análisis y cuyos resultados Crédito de la imagen: están asociados geográficamente. Esto Departamento de permite que las imágenes y los datos Geografía de la Universidad provenientes de diferentes fuentes o de Binghamton, New York, áreas de estudio sean correlacionadas, USA analizadas y representadas en una o varias capas y manipuladas tanto cualitativa como cuantitativamente (Figura 1.15). Figura 1.15 El Concepto de capas en un Sistema de Información Geográfica (SIG). Crédito de la imagen: Departamento de Geomática de la Universidad de Melbourne. Página 7

14 Criterios de Selección de la Información Data selection criteria Spatial Espacia When Temporal Spectral Applications Platforms / sensors Resolutions Sección 1.4 Observaciones de la Tierra desde el aula La percepción remota y la tecnología SIG son herramientas importantes que ayudan a los individuos, comunidades y gobiernos a resolver problemas ambientales a diferentes escalas. Las observaciones desde el espacio son un método preciso, oportuno y global para el estudio de la Tierra. Hoy en día, muchas escuelas son incentivadas a incluir dentro de su currícula materias vinculadas a ésta temática, dándoles a los estudiantes un importantísimo caudal de información y las habilidades apropiadas para encarar los cambios ambientales en constante incremento Estas tecnologías son necesarias para la toma de decisiones importantes acerca del futuro de la Tierra y de sus habitantes a nivel local, regional y nacional. La creciente toma de conciencia de estas habilidades y el estímulo para estudiar estas tecnologías expone a los estudiantes como futuros investigadores, líderes o tomadores de decisiones. Los capítulos que siguen demuestran que algunas aplicaciones de las imágenes satelitales afectan las vidas diariamente e informan acerca de decisiones que tienen un evidente impacto económico y social. Estas demostraciones se centran principalmente en Argentina, con algunos ejemplos de otras áreas de Sudamérica. Cada capítulo trata sobre cómo los datos obtenidos a partir de la percepción remota y el SIG pueden utilizarse en conjunto con otras fuentes de información para estudiar la Tierra y sus problemáticas ambientales. Página 8

15 Sección 1.5 Ubicación geográfica de la República Argentina La Argentina se encuentra ubicada en el continente sudamericano y limita con Chile al oeste y con el Océano Atlántico Sur al este. De acuerdo con el último censo oficial (2001), posee una población de habitantes y cerca de 15 millones de argentinos viven en la provincia de Buenos Aires. La ciudad capital de Argentina es la Ciudad Autónoma de Buenos Aires (Figura 1.16) Figura 1.16 Ubicación Geográfica de Argentina y la provincia de Buenos. Crédito de la imagen: CONAE. Página 9

16 El agua es un elemento vital del medioambiente, esencial para la vida plantas, animales y seres humanos y debemos hacer todo lo posible para cuidarla. Capítulo 2 Calidad del agua de los Océanos Sección 2.1 El agua es muy importante! El agua es un elemento vital del medioambiente, esencial para la vida plantas, animales y seres humanos y debemos hacer todo lo posible para cuidarla. Es importante asegurar su calidad actual y para las generaciones futuras. La Tierra se ve desde el espacio como un planeta azul (Figura 2.1) ya que tres cuartas partes de su superficie están cubiertas por agua. Son muchas las razones por las cuales la sociedad debe estar atenta a la situación ambiental de los océanos, realizando monitoreos y estudios que demandan grandes desafíos. Los métodos tradicionales de estudio mediante campañas realizadas con barcos oceanográficos han contribuido con la comprensión de la dinámica oceánica. Estas técnicas son limitadas, principalmente Figura 2.1 Distribución de los Océanos en el planeta Tierra. Crédito de la imagen: NOAA. porque solo pueden hacer mediciones en un único punto del océano a la vez. La utilización de instrumentos transportados por satélites tiene la ventaja de observar la totalidad de la superficie oceánica varias veces por día lo que permite la detección de cambios (Hardman-Mountford, et al. 2009). La calidad del agua puede ser considerada como una medida de la aptitud del agua para un uso concreto basado en una selección de propiedades físicas, químicas y biológicas. Para determinarla, los científicos miden y analizan sus características tales como la temperatura, los minerales disueltos y el número de bacterias, entre otros. Las características seleccionadas luego son comparadas con estándares numéricos y lineamientos para decidir si el agua es apropiada para un uso especifico (Cordy, 2001). Página 10

17 Sección 2.2 Casos de estudio Las observaciones de la Tierra desde el espacio tienen un gran potencial para ayudar a estudiar y entender los problemas ambientales a lo largo de la extensa costa del Mar Argentino. Tienen la ventaja de brindar una gran variedad de información valiosa acerca de la temperatura del agua, las concentraciones de clorofila, contaminación, etc. Este capítulo trata sobre cómo los sensores a bordo de satélites como el SAC-C, el Terra/Aqua (con el sensor MODIS a bordo) y la serie Landsat proporcionan imágenes y datos del océano para evaluar las problemáticas ambientales de la región. Floraciones algales Durante las dos últimas décadas se aprecia un marcado aumento de los graves impactos causados por los fenómenos conocidos como floraciones de algas nocivas (HABs). La existencia de microalgas nocivas o tóxicas representa una amenaza significativa cada vez más relevante para la salud humana, los recursos pesqueros y los ecosistemas marinos en todo el mundo. Muchas son las causas, naturales o antropogénicas, que pueden ser responsables de esta expansión de las HABs. Las actividades humanas relacionadas con el mar probablemente estén empeorando la situación debido al incremento de nutrientes aportados a las zonas costeras, el transporte y por las descargas de aguas de lastre, entre otros factores (GEOHAB, 2001). Figura 2.2 Información Global del sensor SeaWiFS data (los continentes están pintados de gris). Crédito de la imagen: Goddard Space Flight Center, NASA Página 11

18 Figura 2.3 A. Imagen MODIS, floración de fitoplancton cerca de las costas del Sur de Argentina. 10 de Febrero del B. Imagen MODIS, floración de fitoplancton cerca de las costas del Sur de Argentina. 9 de Febrero del C. Imagen MODIS, Tormenta de polvo. 24 de Enero del Una nueva metodología desarrollada para la identificación y monitoreo de las floraciones algales consiste en la utilización de las denominadas imágenes de clorofila. Estos son productos generados a partir de varios sensores tales como MODIS y SeaWiFS que permiten cuantificar la clorofila oceánica a escala global y realizar estudios para interpretar los cambios espacio-temporales producidos en los océanos (Figura 2.2). En la amplia costa argentina, estos fenómenos se producen como resultado de muchos factores. Uno de ellos es la pendiente del fondo del mar frente a la costa Este de América del Sur. Este gradiente provoca el afloramiento de agua proveniente de zonas profundas, que contiene nutrientes del que se alimenta el fitoplancton (Figuras 2.3AB). Página 12

19 Figura2.4 Imagen de satélite SAC-C del 10 de Febrero del A. Floración de fitoplancton cercano a la costa. B. Clasificación y cuantificación de la floración obtenida a partir de la imagen SAC-C anterior. Crédito de la imagen: CONAE Otro de los factores que influyen en la aparición de estos fenómenos son las tormentas de polvo, comunes en estas latitudes que depositan hierro y otros minerales en el océano (Figura 2.3), contribuyendo a la proliferación de microalgas. La teledetección posibilita la clara identificación de las zonas afectadas y permite a su vez, teniendo en cuenta las diferentes respuestas espectrales, cuantificar las variaciones en concentración de la floración (Figura 2.4). La Figura 2.5 muestra fotos tomadas mediante microscopio electrónico de microorganismos llamados cocolitofóridos, causantes de las floraciones que observamos en las imágenes previas. Las imágenes se obtuvieron de la biblioteca de imágenes del Museo de Historia Natural de Londres. Figura 2.5 Imagen del microscopio Electrónico de Cocolitofóridos. Crédito de la imagen: Museo Histórico Natural, USA. La costa marítima argentina posee una gran riqueza pesquera que es importante conocer y proteger para una explotación sustentable. Conservarla es esencial para el legado de las generaciones venideras. Página 13

20 Pesca de la Merluza Argentina La información satelital utilizada en estudios oceanográficos y en la industria pesquera brinda un amplio rango de datos de mediciones químicas, físicas y biológicas que proporcionan información operativa y útil para el manejo sustentable de los recursos oceánicos. El conjunto de estos datos son incorporados a los sistemas de gestión de la industria pesquera de todo el mundo ya que permite la identificación de zonas potenciales de captura (Figura 2.6). Durante los últimos 10 años, los satélites han capturado datos sobre el océano vinculados con el color del agua, la radiación infrarroja y la altura de la superficie del mar. Esta información de base permite obtener las concentraciones de clorofila, la temperatura superficial del mar y las corrientes oceánicas, respectivamente. Por ejemplo: los datos del color de los océanos son especialmente relevantes para el estudio de los ecosistemas oceánicos ya que la concentración de clorofila es una medida de la biomasa fitoplanctónica, el nivel trófico base del ecosistema. También pueden detectarse otros constituyentes que provocan variaciones en el color del agua del mar de acuerdo a la luz absorbida o dispersada. Un ejemplo de estos dispersantes son la materia orgánica disuelta y los sedimentos. Figura 2.6 Abundancia de captura de peces en los Ecosistemas Marinos: Crédito de la imagen: NOAA. Página 14

21 La medición de la temperatura superficial del mar es otro parámetro útil para la interpretación de los procesos físicos y químicos que se producen en el mar y que cumplen un rol fundamental en la regulación de los ecosistemas marinos. Argentina se encuentra entre las 20 naciones pesqueras más importante del mundo y es la cuarta en Sudamérica. Su industria pesquera ha crecido enormemente a lo largo de las últimas décadas. Es importante considerar la distribución geográfica de las áreas pesqueras para poder evaluar su potencial impacto ambiental. La merluza argentina (Merluccius hubbsi) es una de las especies más productivas. Habita principalmente en la plataforma continental a 200 metros de profundidad y a una temperatura promedio de 5.5 C. Las áreas de desove se ubican principalmente en aguas costeras menos profundas (menos de 100 metros). En la figura 2.7 se muestra la distribución espacial de esta especie. El Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero (INIDEP) de Argentina es el encargado de estudiar la dinámica de las poblaciones de peces de explotación comercial a fin de mantener los niveles de abundancia en equilibrio y hacer un uso sustentable del recurso. Los científicos recomiendan niveles aceptables de capturas que se basan en las diferentes capacidades reproductivas de las poblaciones. A B Figura 2.7 A. Distribución espacial de la Merluza Argentina. Crédito de la imagen: Atlas de Sensibilidad Ambiental de la Costa del Mar Argentino. B. Esquema de la Merluza Argentina. C. Foto de Pescadores trabajando. Crédito de la imagen: MercoPress. Página 15

22 Figura 2.8 A. Oxígeno disuelto B. Salinidad C. Temperatura superficial del mar D. Concentración de Clorofila FALTA INDICAR LA LETRA D SOBRE EL MAPA Crédito de la imagen: Atlas de Sensibilidad Ambiental de la Costa y el Mar Argentino. MACN- CONICET- Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable. La Figura 2.8 muestra un ejemplo de los diversos mapas que pueden confeccionarse utilizando imágenes satelitales y datos medidos en el terreno, integrados a través de un Sistema de Información Geográfica (SIG). El mapa de la distribución anual de oxígeno disuelto superficial (Figura 2.8 A) y el mapa de concentración salina (Figura 2.8 B) fueron elaborados a partir de datos históricos tomados en estaciones oceanográficas. En 2009, la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzó su misión SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity- Salinidad de océanos y humedad de suelos), que fue diseñada para medir la humedad del suelo y la salinidad de los océanos. En un futuro próximo, la CONAE y la NASA obtendrán datos de la salinidad de los océanos por medio de la misión SAC-D/Aquarius. El mapa de la temperatura superficial del mar se obtuvo utilizando imágenes de radiómetros de alta resolución montados en los satélites de la serie NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration -Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica- Figura 2.8 C). El mapa de concentración de clorofila (Figura 2.8 D) fue generado utilizando datos del sensor SeaWiFS de la NASA (Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor) a bordo del satélite SeaStar, mostrando datos de clorofila en el Mar Argentino en el año En conclusión, las imágenes satelitales brindan la posibilidad de evaluar como varían con el tiempo, ciertos parámetros tales como la concentración de clorofila, posibilitando la generación de modelos predictivos de estimación. Página 16

23 Derrames de petróleo Reducir el riesgo de desastres como consecuencia de derrames de petróleo es esencial para proteger el ambiente y minimizar las pérdidas económicas. El monitoreo continuo de las zonas potenciales de derrames es un componente importante dentro de los procedimientos de gestión de los desastres ambientales relacionados con la industria del petróleo. Los avances en las tecnologías vinculadas a la percepción remota ayudan a identificar a los agentes potencialmente responsables de la contaminación y a identificar derrames menores antes de que causen un daño generalizado (Jha et al., 2008). Ningún sensor es capaz de brindar por sí solo, toda la información requerida para la planificación ante situaciones de emergencia; por lo tanto en general se utilizan datos de varios sensores. Si bien las imágenes satelitales no son apropiadas para la planificación táctica de los derrames de petróleo, brindan una visión sinóptica del área afectada. La percepción remota por medio de sensores pasivos, requiere de un cielo despejado y buenas condiciones atmosféricas, lo que no siempre es posible tener. Otro inconveniente que se presenta al utilizar esta tecnología es el prolongado período de tiempo que se necesita para procesar el conjunto de datos, que puede interrumpir la planificación ante situaciones de emergencia (Brown & Fingas, 1997). En conclusión puede decirse que las imágenes satelitales son útiles para la planificación estratégica de los derrames de petróleo más que para las cuestiones tácticas (Fingas & Brown, 2005). Los datos deberían estar disponibles en tiempo real y permitir una fácil interpretación, ya que el tiempo es especialmente crítico cuando se trata de un derrame de petróleo en mar abierto donde el viento y las corrientes dispersan rápidamente la mancha (Jha et al., 2008). Los avances en los sensores geoespaciales, los métodos de análisis y la tecnología de comunicaciones presentan nuevas oportunidades para que el monitoreo sea más eficiente y menos costoso. Las principales fuentes de contaminación en los océanos por estas causas son generadas por el transporte del crudo en barcos y la exploración/explotación en plataformas off-shore. Los derrames generan graves problemas en la calidad del agua, las costas, los seres vivos y por lo tanto en la industria pesquera. Los efectos tóxicos inmediatos del petróleo en la biota marina incluyen la mortalidad en masa de peces y otros animales, pero los efectos ecológicos a largo plazo pueden ser peores. Los restos del derrame contaminan el sustrato orgánico costero y marino, interrumpiendo la cadena alimenticia. Estas situaciones afectan de manera significativa a la pesca comercial. En enero de 1999, tuvo lugar uno de los más grandes derrames de petróleo. Un buque petrolero de la empresa Shell chocó con otro barco en las costas de la ciudad de Magdalena, Buenos Aires, Argentina, derramando su contenido en el agua y contaminando el ambiente. Este caso produjo importantes daños desde el punto de vista socio ambiental (Figura 2.9). Figura 2. 9 Derrame de petróleo en el Río de Plata. Crédito de la imagen: CONAE A. Ubicación geográfica de la Ciudad de Mag dalena. Landsat 5 TM B. Derrame de petróleo del 17 de Enero de Landsat 5 TM. C. Detalle de la imagen anterior. D. Cuantificación de derrame. Página 17

24 importante mencionar al último y más catastrófico derrame de petróleo que tuvo lugar en el Golfo de México el 20 de abril de 2010 cuando una explosión en una plataforma off-shore mató a docenas de trabajadores y dejó a muchos otros con heridas de gravedad. Durante aproximadamente tres meses, emergió continuamente petróleo crudo desde la boca del pozo que se encontraba dañada a cientos de metros de profundidad (Figura 2.10). Figura 2.10 Imagen del derrame de petróleo ocurrido en el Golfo de México ACLARAR el tema de la fecha el 25 de Abril del 2010, cinco días desde el comienzo del derrame. A. Imagen MODIS en el satélite Aqua. B. y C. imágenes ALI del satélite EO-1. Crédito de la imagen: Earth Observatory, NASA. Reducir el riesgo de los desastres producto de los derrames de petróleo es fundamental para proteger el ambiente y reducir las pérdidas económicas. Las mejoras en las tecnologías de percepción remota pueden ayudar a identificar a los agentes que son potencialmente responsables de la contaminación y a identificar los derrames menores antes de que causen un daño generalizado. Página 18

25 Sección 2.3 El impacto sobre las comunidades locales: Impactos sociales & económicos Los cambios en la calidad del agua oceánica generan problemas socioeconómicos que repercuten en el ambiente y las poblaciones regionales. En muchos casos, estos cambios pueden ser estudiados y en ocasiones mitigados utilizando imágenes satelitales ya que ofrecen la posibilidad de una evaluación exhaustiva del estado de la situación. En Argentina la industria pesquera está subsidiada por el gobierno. La especie más explotada en las aguas del Mar Argentino es la merluza, de cuya comercialización dependen muchas organizaciones y empresas; sin embargo, la sobreexplotación y la pesca desmedida de ejemplares juveniles, así como la destrucción del hábitat natural provocan disminución en las reservas. Otro factor que influye negativamente en esta industria, son algunas floraciones algales potencialmente tóxicas ya que causan la muerte de peces y perjudican poblaciones de invertebrados marinos. Un ejemplo de dichos eventos son las mareas rojas que tienen un impacto directo en la salud humana por ingesta de Figura 2.11 Fotografías de floraciones algales y sus consecuencias ecológicas. A. Floración de Microcystis sp. Lago Ontario, Canada, Día: 18 de Agosto de Crédito de la imagen: Juli Dyble, NOAA Great Lakes Environmental Research Lab B. Ganso de Canadá nadando entre una densa floración algal no tóxica. Crédito de la imagen: C. Floración de Noctiluca sp. En la Bahía de Isahaya. organismos contaminados o por contacto directo con el agua (Figura 2.11). Por otro lado, los derrames de hidrocarburos tienen un impacto socioeconómico importante afectando directamente a las comunidades. Por ejemplo en Argentina, los habitantes de la ciudad de Magdalena crearon un sitio web relacionado con el derrame de petróleo ocurrido en 1999 ( petroleomagdalena.com). En este sitio se vuelcan opiniones de la población en general y de científicos. Por ejemplo, el Dr. Isidoro Schalamuk, un prestigioso geólogo argentino escribió: el daño que la empresa Shell causó con el derrame de petróleo en las reservas de agua dulce del estuario del Rio de La Plata contaminó 30 kilómetros de las costas de Buenos Aires La magnitud del derrame no tiene precedentes en el país. Los estudios llevados a cabo años después del derrame, mediante muestreos y análisis del agua y sedimentos demostraron la persistencia de los hidrocarburos en los humedales, pastizales y playas. La contaminación masiva afecta tanto a los componentes bióticos como abióticos del ecosistema costero y deja residuos tóxicos que afecta a las personas que entran en contacto con estos elementos es un problema difícil de revertir, especialmente en aquellos sectores de la población que directa o indirectamente Página 19

26 Figure 2.12 A. and B.: Pictures of environmental consequences of oil spills. Image credit: Nuestromar.org. Sección 2.4 Una Mirada desde el Espacio: Aplicaciones y conclusiones En los sectores productivos como la industria pesquera o la acuicultura, es útil la confección de mapas para la delimitación de áreas y sectores pesqueros de manejo y/o conservación. Estos mapas están disponibles en internet de manera interactiva que permiten a los usuarios manipular la información a fin de tener herramientas eficientes para un manejo racional del recurso. En relación a las floraciones algales, las imágenes satelitales son utilizadas por los científicos, las empresas pesqueras y los tomadores de decisiones para la evaluación de la aparición de las mismas a fin de abordar de manera correcta los problemas asociados. Los mapas de concentración de clorofila pueden utilizarse para indicar biomasa algal y sus cambios a lo largo del tiempo. Para una correcta aplicación de estos algoritmos es necesario realizar un pre-procesamiento de la información vinculado por ejemplo con: la corrección atmosférica y discriminación de sedimentos en suspensión, entre otros. Los estudios basados en trabajo de campo, percepción remota y SIG aplicados al monitoreo de derrames de petróleo puede ser útiles para determinar la extensión del derrame. Además, ayudan a la toma de decisiones acerca de los procesos de mitigación necesarios para lograr el menor daño ambiental posible en las áreas afectadas. Las imágenes satelitales y el SIG desempeñan un rol fundamental en la planificación, desarrollo y gestión de los ambientes marinos Página 20

27 Las principales contribuciones de la percepción remota a los incendios forestales pueden agruparse en tres categorías: Estimación de riesgos (antes del incendio), Detección (durante el incendio), Evaluación (después del incendio). Capítulo 3 Reducción de incendios forestales Sección 3.1 Causas y consecuencias de un incendio Los incendios son un proceso natural que juega un rol importante en todos los bosques, reciclando los nutrientes y reduciendo la cantidad de combustible en el suelo. Su función es mantener la salud del ecosistema, reduciendo el impacto de enfermedades e insectos y manteniendo espacios despejados dentro del bosque para permitir la sucesión ecológica. Sin embargo, el crecimiento de los bosques más viejos, la mayor oferta de combustibles (madera de fácil combustión), y el rápido aumento de los asentamientos urbanos dan lugar a un aumento de zonas de alto riesgo de incendio. Como consecuencia desde los años 70, los incendios forestales han aumentado en tamaño, intensidad, y gravedad, viéndose reflejado en un aumento de los gastos asociados a la remediación de estos ambientes. Los incendios amenazan continuamente a los bosques y los ecosistemas en todo el mundo y tienen efectos adversos también en el suelo y las poblaciones humanas. Cuando se queman los bosques, el suelo es despojado de sus nutrientes quedando susceptible a la erosión, la cubierta forestal se reduce drásticamente por la muerte de los árboles y las poblaciones de animales se reducen por muerte o pérdida del hábitat. Los incendios también provocan un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, contribuyendo al calentamiento global. La exposición al aire contaminado por el humo tiene efectos prolongados sobre la salud humana, causando problemas respiratorios y cardiovasculares. La gestión eficaz de los incendios forestales requiere el conocimiento exacto y oportuno de la superficie total quemada, el tipo de bosque, y la distribución y la dinámica del fuego. Las imágenes satelitales y los SIG juegan un papel importante en la detección de las áreas afectadas y en el desarrollo de un modelo espacial para la predicción de áreas posibles de ocurrencia y propagación. Por ejemplo es importante contar con información sobre uso y cobertura del suelo, topografía, las vías de acceso, poblaciones cercanas, drenaje y parámetros meteorológicos, entre otros. Sección 3.2 Casos de estudio Incendios en el delta del Río Paraná Los Deltas son considerados sistemas de humedales en un sentido funcional, ya que es el régimen hidrológico el principal condicionante de los procesos ecológicos que se desarrollan en los mismos (Mitsch & Gosselink, 2000). La región del Delta del Paraná constituye una compleja planicie inundable Página 21

28 Figura 3.1 Ubicación geográfica del Delta del Río Paraná. Crédito de la imagen: CONAE unidad natural de características biogeográficas y ecológicas únicas dentro del territorio de la Argentina (Figura 3.1). La conservación de esta región no es una tarea simple de planificar y llevar a cabo. Una única área protegida no basta para proteger una región tan heterogénea y naturalmente fragmentada como es el Bajo Delta del Paraná. Una de la más reciente iniciativa de conservación en la zona fue en febrero del 2004 por el gobierno de la provincia de Entre Ríos. En este caso se propuso incluir a los humedales fluviales del Río Paraná dentro de la lista de humedales de importancia internacional de la Convención sobre Humedales (RAMSAR 1971) (Kandus et al, 2006) (Figura 3.2). En estos humedales habitan más de 700 especies de plantas, 543 especies de vertebrados y 260 especies de aves que representan el 31 por ciento de total de aves de la Argentina. Figura 3.2 Áreas Protegidas (Kandus et al, 2006): 1) Reserva Integral de flora, fauna e Isla Botija 2) Reserva Integral Natural Delta en Formación 3) Reserva de la Biosfera Delta del Paraná 4) Área propuesta por la Convención sobre Los Hume dales como humedal de importancia para la conser vación (Ramsar, Irán, 1971) Humedales Entrerrianos del Paraná Los ecosistemas naturales se ven presionados por el avance de la agricultura en la zona. El modelo agropecuario en la Argentina se caracteriza por una continua expansión de la agricultura, predominando en los últimos años el monocultivo de soja; esto genera una presión sobre las tierras destinadas al pastoreo de ganado y sobre los ecosistemas naturales. Para el desarrollo de nuevas áreas productivas los agricultores aplican una metodología ancestral, que se basa en la quema de los pastizales naturales. Sin embargo, el fuego generado por esta actividad fácilmente pierde su control y puede provocar inconvenientes para las áreas urbanas vecina (Figuras 3.3 y 3.4). Incendios en la provincia de Córdoba En septiembre de 2006 se originó una sucesión de incendios en las Sierras Chicas y al norte de la laguna de Mar Chiquita en la provincia de Córdoba. Los incendios en la provincia ocurren principalmente en la región del Parque Chaqueño, afectando a bosques de quebracho blanco, de horco-quebracho y de quebracho blanco y colorado (Red Agroforestal Chaco Argentina, 1999; UMSEF, 2004). Página 22

29 Figura 3.3 Imagen SAC-C utilizada para la identificación de los incendios ocurridos en el Delta del Río Paraná (RGB: 3-2-1): A. 3 de Abril de B. 21 de Abril de C. 9 de Mayo de Crédito de la imagen: CONAE Página 23

30 Figura 3.4 Imagen SAC-C imagen utilizada para la identificación de las áreas quemadas en la Zona del Delta del Río Paraná. Crédito de la imagen: CONAE A. 3 de Abril de B. Área quemada en negro, 21 de Abril de C. Área quemada en negro, 21 de Abril de Página 24

31 Figura 3.5 Incendios en la provincia de Córdoba. Crédito de la imagen: CONAE A. Mapa de ubicación de la provincial de Córdoba. B. Mapa de la región Parque Chaqueño. C. Imagen del satélite Terra MODIS mostrando los incendios ocurridos en Septiembre de Figura 3.6 Imagen Landsat 5 TM Usada para identificar y cuantificar áreas quemadas por el incendio ocurrido en Septiembre de 2006 en la provincia de Córdoba. Crédito de la imagen: CONAE A. Área antes del incendio. Julio, 2006 B. Área quemada. Octubre, 2006 Página 25

32 Sección 3.3 El impacto sobre las comunidades locales: Impactos sociales & económicos En muchas oportunidades, se producen incendios intencionales para limpiar o habilitar las tierras para agricultura y ganadería, con la consecuente alteración de las áreas naturales. En los casos presentados como ejemplo: el Delta del Paraná y la provincia de Córdoba, la situación es muy seria. En el Delta, debido a la destrucción del hábitat y al incremento de la presión imperante sobre los recursos naturales, disminuyó el tamaño de las poblaciones e incluso se ha detectado la extinción de algunas especies nativas. En la provincia de Córdoba la situación es diferente pero no menos grave. Solo se encuentra una pequeña superficie forestal nativa muy afectada debido a la deforestación y a los incendios. Figura 3.7 Incendios en Córdoba, Septiembre 2006: A. Crédito de la imagen: Diario Infobae. B. Crédito de la imagen: Página de internet de Uol-Noticias. Encontrar soluciones para reducir y minimizar los daños causados por los incendios al medio ambiente, es un desafío de alta prioridad a la hora de analizar la problemática social y económica que a menudo son los causantes de estos eventos (Figura 3.7 A y B). Sección 3.4 Una mirada desde el Espacio: aplicaciones y conclusiones La percepción remota es una herramienta importante para comprender, prevenir y hacer frente a los impactos producidos por los incendios y para la toma de decisiones apropiadas para su gestión. Además permiten el estudio de los daños ocasionados por el fuego y el cambio en la cobertura del terreno a lo largo del tiempo, proporcionando información para las acciones a tomar en situaciones futuras. Los sensores remotos también pueden aplicarse en estudios más profundos analizando la manera en que otros parámetros (precipitaciones, viento y el uso del suelo, por ejemplo) impactan en el desarrollo o reducción de los incendios. Página 26

33 Sistema de Información Geográfica (SIG) Herramienta que puede ser utilizada para integrar información de varias fuentes (condiciones de riesgo, combustibilidad, Índices de vegetación, calidad de las tierras, patrones climáticos, topografía y otros factores de riesgo relacionados con los incendios). Utilizados para calcular y generar mapas de riesgo de incendios basados en datos de campo, imágenes satelitales y modelos. Página 27