Usando tênis branco, um chapéu de cowboy e macacão, Bernie Fowler entra no rio Patuxent, em Maryland, todo mês de junho para ver o quão fundo ele pode ir e ainda ver a parte de cima de seus sapatos. Quando jovem, ele podia ver seus pés no fundo do rio enquanto ficava com a altura do peito para pescar caranguejos azuis. Agora na casa dos noventa, ele se aventura no rio para avaliar a clareza da água. Fowler tem coletado este ponto de dados nos últimos 29 anos e contando, chamando de "profundidade do tênis".

Os cientistas fazem medições precisas da clareza da água a partir de dados de satélite, mas os cálculos podem ser complexos e difíceis de explicar para pessoas fora da disciplina de oceanografia. Agora, a NASA está adotando a ideia do tênis de Fowler para comunicar medições de clareza da água por satélite, permitindo que as observações sejam facilmente compartilhadas com o público em geral interessado, governos locais ou qualquer pessoa interessada. Os cientistas da NASA chamam esse algoritmo de "Profundidade da Tênis de Fowler" - a profundidade da água, em metros, em que uma pessoa não pode mais ver seus sapatos brancos. O estudo foi publicado na edição de abril de 2017 do jornal The Optical Society Optics Express .

O senador aposentado Fowler, do estado de Maryland, tem usado a "profundidade do tênis" como forma de comunicar as mudanças locais na clareza da água aos seus vizinhos e à comunidade. A clareza da água é vital porque a luz solar deve ser capaz de ir além da superfície para ajudar as plantas subaquáticas a crescer e manter um ecossistema saudável. Em todo o mundo, as águas costeiras podem se tornar turvas devido ao excesso de partículas minerais em suspensão (por exemplo, solo erodido) ou abundâncias anormalmente altas de fitoplâncton (algas microscópicas). Embora esses efeitos ocorram naturalmente, eles podem ser exacerbados pela atividade humana em uma bacia hidrográfica, como limpeza de terras, desenvolvimento Urbano, e o lançamento de esgoto subtratado. A falta de clareza da água pode afetar drasticamente a saúde humana, a cadeia alimentar, e a indústria pesqueira.

"Quando você fala com as pessoas sobre a química do rio com palavras científicas como eutrofização, entra por um ouvido e sai pelo outro, "disse Fowler." Se você calçar tênis branco e entrar no rio até não conseguir ver os pés, isso dá a você um bom entendimento do que está acontecendo. "Em 11 de junho, 2017, Fowler, a família dele, amigos e comunidade entrarão no rio Patuxent no Parque Jefferson Patterson e farão medições de profundidade de tênis pelo 30º ano consecutivo.

Cientistas sentados em um laboratório de ecologia do oceano se concentram na precisão, disse Lachlan McKinna, oceanógrafo do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, e um dos autores do estudo. "Mas às vezes precisamos de maneiras melhores de nos comunicar com o público em geral."

Ben Crooke, um estagiário de verão da NASA de 17 anos, ajudou a derivar Fowler's Sneaker Depth como o primeiro autor do artigo. Crooke passou parte de seu verão analisando os dados e imagens de satélite de Fowler para entender as tendências locais na clareza da água.

Crooke e a equipe analisaram os dados do instrumento de bordo do satélite Aqua, o espectrorradiômetro de imagem de resolução moderada, ou MODIS. O instrumento mede diferentes cores de luz, ou comprimentos de onda, que são refletidos de matéria suspensa na água. Eles observaram especificamente a quantidade de luz vermelha refletida de partículas e sedimentos flutuantes que fazem a água parecer turva.

A equipe então desenvolveu um modelo matemático para relacionar a quantidade de luz vermelha refletida, conforme medido pelo MODIS, com a profundidade do tênis, medido fisicamente por Fowler no rio Patuxent, para os anos de 2002 a 2016.

O algoritmo resultante fornece uma maneira fácil de visualizar e comunicar a clareza da água ao público. Ele também fornece medições de profundidade de tênis observadas por satélite para qualquer dia do ano não obstruído por muitas nuvens e para todo o estuário do rio Patuxent.

"Observamos quanta variabilidade havia na profundidade do tênis naquele dia do ano em comparação com todos os outros dias do ano, "disse Crooke, que se formou na Sandy Spring Friends School em Ashton-Sandy Spring, Maryland, e planeja estudar ciências ambientais neste outono no Skidmore College em Nova York.

Crooke e a equipe observaram como a qualidade da água do Patuxent varia com a estação. Os meses de inverno tiveram a maior profundidade de tênis de Fowler (ou seja, melhor visibilidade) porque o fluxo do rio é mínimo, significando menos sedimentos de entrada, e as condições ambientais são menos favoráveis ​​para o crescimento do fitoplâncton. O final da primavera e o início do verão tendem a ter a menor profundidade de tênis (ou seja, menor visibilidade) porque mais fitoplâncton e sedimentos estão presentes.

O estudo também mostrou fontes potenciais que influenciam a clareza da água do rio Patuxent. Nos últimos anos, a melhoria da gestão de bacias hidrográficas reduziu os impactos das atividades de uso da terra que podem poluir o rio, como limpeza de terras, tratamento de esgoto, agricultura, e desenvolvimento urbano. No entanto, a floração do fitoplâncton no verão ainda continua no estuário do rio Patuxent, sugerindo que os nutrientes que promovem a floração estão chegando ao rio da Baía de Chesapeake - uma ideia sugerida por estudos anteriores.

Embora a profundidade do tênis tenha sido projetada principalmente como uma ferramenta de comunicação para o público, a equipe da NASA não descarta seu uso para a ciência. O conceito de profundidade do tênis é, na verdade, semelhante à medição de profundidade do disco Secchi feita mensalmente pelo Programa da Baía de Chesapeake. Na oceanografia, cientistas baixam uma planície, disco branco com um pé de diâmetro - chamado de disco de Secchi - na água em uma corda e registre a profundidade em que ele desaparece de vista. Essas medições são úteis para cientistas marinhos que desejam saber a profundidade que a luz está atingindo para entender como o fitoplâncton e outra vegetação subaquática estão crescendo.

"A profundidade da sapatilha de Fowler virá como uma métrica para observar as tendências de clareza da água a longo prazo para resultados cientificamente significativos e comunicá-los ao público em geral, "disse Ivona Cetinic, oceanógrafo da Associação de Pesquisas Espaciais das Universidades da NASA Goddard e um dos autores do estudo. Cetinic e a equipe ainda precisam fazer alguns ajustes. Para um, eles podem definir o limite máximo da profundidade do tênis como a altura de Fowler - uma maneira de manter o contexto do número e homenagear a dedicação e o trabalho de Fowler na baía de Chesapeake. Segundo, a equipe gostaria de receber mais pontos de dados da comunidade para ajudar a refinar o algoritmo.

"Se você tem um par de tênis brancos velhos e os calça ou um cordão e tira algumas medidas, que pode nos ajudar a construir um conjunto de dados e ajustar o algoritmo, "disse McKinna.