• Un'immagine del fiume Congo proveniente dal radar ad apertura sintetica. European Space Agency

La NASA misurerà tutta l’acqua dolce del mondo

Il telerilevamento ha reso più semplice per gli scienziati monitorare fiumi e laghi, permettendo di avere dei dati precisi su come il cambiamento climatico stia influenzando i comportamenti dei bacini fluviali.

di Maria Gallucci 24-12-21
Il fiume Congo è il secondo sistema fluviale più grande del mondo dopo l'Amazzonia. Più di 75 milioni di persone dipendono da esso per il cibo e l'acqua, così come migliaia di specie di piante e animali che vivono nelle paludi e nelle torbiere collegate al fiume. L'enorme foresta pluviale tropicale che si estende al suo centro aiuta a regolare l'intero sistema climatico della Terra. La quantità di acqua nel sistema, tuttavia, è un mistero. 

Gli idrologi e gli scienziati del clima si affidano a stazioni di monitoraggio per controllare il corso del fiume e per misurare le precipitazioni nei sei diversi paesi che attraversa. Ma quella che una volta era una rete di circa 400 stazioni si è ridotta a 15, rendendo difficile sapere esattamente come il cambiamento climatico stia influenzando uno dei bacini fluviali più importanti dell'Africa. 

"Per intervenire, per gestire l'acqua, dobbiamo conoscere le nostre risorse idriche", afferma Benjamin Kitambo, geologo del Congo Basin Water Resources Center, a Kinshasa, Repubblica Democratica del Congo, "ma noi non lo sappiamo". I ricercatori di tutto il mondo stanno colmando sempre più le lacune di dati sul campo utilizzando le informazioni raccolte dallo spazio. I satelliti dotati di strumenti di telerilevamento possono scrutare in luoghi in cui le misurazioni "in situ", quelle effettuate sul posto, sono obsolete, difficili da raccogliere o tenute private. 

Kitambo ha parlato in videochiamata da Tolosa, in Francia, dove sta conducendo una ricerca di dottorato presso il Laboratory of Space Geophysical and Oceanographic Studies. In questi giorni sta analizzando raccolte di misurazioni satellitari e modelli idrologici per capire come stanno cambiando gli affluenti, le zone umide, i laghi e i bacini idrici del fiume Congo. Ciò include lo studio dei record di oltre 2.300 stazioni di misurazione "virtuali", che stimano due metriche chiave in tutto il bacino: "altezza dell'acqua superficiale" o livello dell'acqua al di sopra di un punto di riferimento e estensione dell'acqua superficiale. 

Il geologo sostiene che la maggior parte dei dati sul campo della regione risalgono a prima del 1960, l'anno in cui la maggior parte dei paesi della regione ottenne l'indipendenza dai colonizzatori europei. Da allora, la ricerca è nettamente diminuita e la raccolta di dati sulle acque superficiali si è rivelata difficile. 

Circa cinque anni fa, il Congo Basin Water Resources Center ha iniziato a installare una rete di stazioni di monitoraggio dell'acqua per far fronte alla "grave mancanza di conoscenze di base" sui principali canali navigabili del fiume, che spesso fungono da strade. Ma alcuni luoghi nel vasto bacino erano troppo remoti o accidentati per essere raggiunti dai ricercatori. In altri, le persone hanno rimosso gli strumenti appena installati per vendere i materiali o perché temevano di essere spiati.

Molte parti del mondo affrontano sfide simili. Secondo una valutazione del 2018 pubblicata sulla rivista “Water Resources Research”, i paesi dell'America Latina e dei Caraibi hanno visto un "drastico declino" delle misurazioni a terra dagli anni 1980. Nel bacino del fiume Mekong, che si estende attraverso sei nazioni dalla Cina al Vietnam, i paesi difendono strenuamente i loro dati sulla disponibilità di acqua, se mai li raccolgono.

Eppure misurare l'acqua è fondamentale per aiutare le persone a prepararsi ai disastri naturali e ad adattarsi ai cambiamenti climatici, affermano gli esperti. Si prevede che l’aumento delle temperature globali aumenterà il rischio di tempeste e inondazioni improvvise in alcune aree e di gravi siccità in altre. Nel frattempo, enormi progetti infrastrutturali e un vasto sviluppo urbano stanno alterando e mettendo a dura prova le risorse di acqua dolce come fiumi e laghi.

Questo bisogno di sapere è alla base di una serie di ambiziose iniziative di ricerca che utilizzano strumenti di telerilevamento. Con l'evolversi della tecnologia per la raccolta e l'analisi dei dati dallo spazio, gli scienziati stanno delineando un quadro più chiaro di come l'acqua scorre attraverso la Terra e circola nell'atmosfera.

I satelliti che osservano la superficie terrestre misurano e mappano l'acqua utilizzando sensori ottici e radar. I sensori ottici formano immagini di corpi idrici rilevando la radiazione solare che si riflette dai bersagli sulla Terra. Una forma di rilevamento radar, chiamata radar ad apertura sintetica, misura l'estensione e l'altezza dell'acqua superficiale trasmettendo impulsi di energia a microonde verso terra e quindi misurando la quantità di energia riflessa verso il veicolo spaziale, nonché il tempo necessario per il rilevamento dei segnali di ritorno A differenza dei sensori ottici, il radar può vedere attraverso le nuvole e di notte. 

Gli scienziati possono quindi combinare queste osservazioni per esplorare come le risorse idriche di una regione cambiano nel tempo. Uno studio che utilizza 30 anni di immagini satellitari del programma Landsat della NASA ha scoperto che l'acqua si è spostata drasticamente sulla superficie terrestre a causa sia del movimento naturale dei fiumi che di interventi umani come dighe e irrigazione. Circa 70.000 km quadrati di terra sono ora ricoperti d'acqua e 107.000 km quadrati di acqua sono diventate terra, secondo quanto riportato in un articolo del 2016 dai ricercatori dell'istituto di ricerca olandese Deltares.

Eppure, anche con la tecnologia di telerilevamento oggi disponibile, sorprendentemente pochi corpi d'acqua dolce sono monitorati da vicino per la altezza delle loro acque mentre molti satelliti radar esistenti si concentrano principalmente su oceani e calotte glaciali. Secondo la NASA, fino ad oggi, ogni singolo satellite ha misurato solo circa il 5-10 per cento dei fiumi più grandi del mondo e solo il 15 per cento dei cambiamenti di stoccaggio dell'acqua nei laghi del mondo.

Un nuovo sistema radar costruito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, sarà presto in grado di osservare una parte maggiore della superficie terrestre, con una risoluzione 10 volte superiore alle attuali tecnologie. L'interferometro radar in banda Ka utilizza due antenne per trasmettere e ricevere impulsi su un'area di 120 km di larghezza mentre il satellite passa sopra un bacino d’acqua. Un'antenna invia segnali a un punto sottostante e il sistema analizza i due segnali di ritorno mediante triangolazione. Ciò consente agli scienziati di misurare l'altezza delle acque superficiali con un margine d’errore di soli 10 centimetri.

La NASA e l'agenzia spaziale francese CNES hanno in programma di lanciare un satellite con il sensore in banda Ka alla fine del 2022 come parte di una missione congiunta chiamata Surface Water and Ocean Topography (SWOT), con l'aiuto delle agenzie spaziali canadesi e britanniche. Insieme agli oceani, il satellite delle dimensioni di un SUV osserverà i laghi, i fiumi e i bacini idrici del pianeta durante la sua orbita ripetuta di 21 giorni.

"Avremo accesso alle informazioni globali sulle acque di superficie in un modo che non abbiamo mai avuto prima", afferma Cedric David, un idrologo del Jet Propulsion Laboratory. Gli scienziati saranno in grado di osservare i cambiamenti nella quantità di acqua immagazzinata sulla superficie terrestre e stimare la quantità di acqua che scorre attraverso i sistemi fluviali. 

Ricercatori come Kitambo affermano che le osservazioni di SWOT aumenteranno l'accuratezza e la qualità dei loro modelli numerici, che simulano e prevedono i comportamenti dell’acqua nel corso del tempo. Nello specifico, gli scienziati possono utilizzare i dati SWOT per calcolare lo scarico giornaliero, o il volume di acqua che scorre attraverso i canali, dai principali affluenti del Congo e all'interno della foresta pluviale al centro del bacino. Questo li aiuterà a capire lo sviluppo delle inondazioni stagionali, che colpiscono tutto, dalla pesca e l'agricoltura agli habitat della fauna selvatica e alla sicurezza umana. 

David osserva che, insieme ad altri progetti simili, la nuova missione darà alla NASA la possibilità di conoscere buona parte del ciclo dell'acqua della Terra, inclusi oceani, umidità del suolo, acque sotterranee, calotte glaciali e ora acque superficiali. "Molti di noi la definiscono l’età dell’oro", conclude.


Maria Gallucci è una giornalista di New York che si occupa di energia e ambiente.

(rp)
  • Fritz Policelli e il suo team al Goddard Space Flight Center stanno creando mappe come questa preliminare del fiume Ohio, combinando l'apprendimento automatico con i dati raccolti dal Sentinel-1 per tenere traccia delle larghezze del flusso. NASA Goddard Space Flight Center / University of Maryland