Os 5 centímetros superiores da camada superficial do solo em todas as massas de terra da Terra contêm uma fração infinitesimal da água do planeta - menos de um milésimo de um por cento. No entanto, por causa de sua posição na interface entre a terra e a atmosfera, essa pequena quantidade desempenha um papel crucial em tudo, desde a agricultura ao tempo e clima, e até mesmo a propagação de doenças.

O comportamento e a dinâmica deste reservatório de umidade têm sido muito difíceis de quantificar e analisar, Contudo, porque as medições têm sido lentas e trabalhosas de fazer.

Essa situação mudou com o lançamento em 2015 de um satélite da NASA chamado SMAP (Soil Moisture Active Passive), projetado para fornecer medições globalmente abrangentes e frequentes da umidade na camada superior do solo. O primeiro ano de dados observacionais do SMAP foi agora analisado e está fornecendo algumas surpresas significativas que ajudarão na modelagem do clima, previsão do tempo, e monitoramento da agricultura em todo o mundo.

Esses novos resultados são relatados no jornal Nature Geoscience , em um artigo da líder da equipe científica SMAP, Dara Entekhabi, recente formada pelo MIT Kaighin McColl PhD '16, e quatro outros. Entekhabi é professor do Laboratório Ralph M. Parsons de Ciência e Engenharia Ambiental no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do MIT.

As observações SMAP estão fornecendo um nível de detalhe sem precedentes, informações mundiais sobre a quantidade de água nos primeiros 5 centímetros do solo, coletados globalmente a cada dois a três dias. Entekhabi diz que isso é importante porque essa camada fina é uma parte fundamental do ciclo global da água nos continentes, e também um fator chave nos ciclos globais de energia e carbono.

Precipitação em terra, e a evaporação dessa umidade da terra, “transfere grandes quantidades de energia” entre os continentes e a atmosfera, Entekhabi diz, e o clima da Terra seria drasticamente diferente sem esse elemento. Os oceanos, contendo 97 por cento da água da Terra, desempenham um papel importante no armazenamento e liberação de calor, mas sobre a terra esse papel é fornecido pela umidade na camada superior do solo, embora através de mecanismos diferentes. Essa umidade "é minúscula, pequena fração do orçamento de água, mas está situado em uma zona muito crítica na superfície da terra, e desempenha um papel desproporcionalmente crítico no ciclo da água, ", diz ele." Desempenha um papel significativo na moderação do clima, em escalas de tempo sazonais e anuais. "

Compreendendo melhor esses ciclos, graças aos novos dados, pode ajudar a tornar as previsões meteorológicas mais precisas em escalas de tempo mais longas, o que poderia ser um benefício importante para a agricultura. Várias agências federais já começaram a usar os dados SMAP, Entekhabi diz, por exemplo, para ajudar a tornar a previsão das condições de seca e inundação mais precisa.

"O satélite está fornecendo uma qualidade extraordinária de informações sobre a umidade do solo superficial que torna essa análise possível, ", diz ele. A missão principal do satélite de três anos está na metade do caminho, ele diz, mas a equipe está trabalhando para se inscrever em uma missão estendida que pode durar até uma década.

Uma das grandes surpresas com os novos dados é que este nível superior do solo preserva uma "memória" para anomalias climáticas, mais do que havia sido previsto pela teoria e anteriormente, medições mais esparsas. Memória refere-se à persistência de efeitos de quantidades anormalmente altas ou baixas de chuva. Ao contrário das expectativas da maioria dos pesquisadores, Acontece que esses efeitos persistem por alguns dias, em vez de apenas algumas horas. Na média, cerca de um sétimo da quantidade de chuva que cai ainda está presente na camada superior do solo três dias depois de cair - e essa persistência é maior nas regiões mais secas.

Os dados também mostram um efeito de feedback significativo que pode amplificar os efeitos de secas e inundações, Entekhabi diz. Quando a umidade evapora do solo úmido, ele resfria o solo no processo, mas quando o solo fica muito seco, o resfriamento diminui, o que pode levar a um clima mais quente e a ondas de calor que prolongam e aprofundam as condições de seca. Tais efeitos "haviam sido especulados, " ele diz, "mas não foi observado diretamente."

A missão contínua do SMAP também oferece oportunidades educacionais que ajudam a verificar e calibrar os dados de satélite. Com o mínimo de equipamento, os alunos podem participar de aulas práticas na coleta de dados, usando métodos de medição que são considerados o padrão ouro. Por exemplo, eles podem coletar uma amostra de solo em um volume fixo, como uma lata de atum, e pese antes e depois de secar. A diferença entre os dois pesos dá uma medida precisa do teor de umidade do solo naquele volume, que pode ser comparado com a medição de umidade do satélite.

Mesmo os jovens estudantes "podem realizar medições de 'padrão ouro', e tudo o que é preciso é uma balança de cozinha e um forno, "Entekhabi diz." Mas é muito trabalhoso. Então, nos envolvemos com escolas em todo o mundo para fazer essas medições. "