p Qual é a aparência de um pesquisador de rios? A pergunta pode evocar imagens de pessoas inclinando-se sobre as laterais dos barcos para coletar amostras de água ou de pé em correntes rodopiantes com grandes redes para apanhar detritos, pernaltas na altura do peito quase totalmente submersas. p Você provavelmente não está imaginando alguém sentado em um computador, escrever código e conceber algoritmos complexos. No entanto, é assim que Xiaofeng Liu, professor assistente de engenharia civil e ambiental na Penn State e co-contratação do Institute for CyberScience (ICS), estuda rios:modelando-os computacionalmente.

p Liu é especialista na criação de modelos computacionais de fluidos, e ele aplica suas habilidades para prever como a água - e os materiais suspensos ou dissolvidos na água - fluem nos rios. Este trabalho tem grandes implicações para estudos ambientais.

p “Atualmente estamos trabalhando em um projeto para quantificar quanto dióxido de carbono (CO2) os rios emitem para a atmosfera, "disse Liu." Isso é crítico para calcular nosso orçamento global de carbono e entender as mudanças climáticas. "

p Rios que respiram

p Pesquisa recente na Universidade de Yale, publicado no jornal Natureza , descobriu que os rios contribuem com quantidades significativas de CO2 para a atmosfera - até um quarto do CO2 emitido pela queima de combustível fóssil e mudanças no uso da terra. Esta é uma quantidade surpreendente, dada a área de terra relativamente pequena que os rios ocupam.

p Para entender melhor esse fenômeno, os cientistas precisam de uma maneira melhor de quantificar quanto CO2 os rios realmente produzem.

p Em colaboração com a University of Texas at Austin (UT) e o Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), O laboratório de Liu está atualmente trabalhando neste problema criando um modelo que pode simular o movimento do carbono da água do rio para os sedimentos das margens e leito do rio, e vice versa. Esse movimento é importante porque a maior parte do CO2 ribeirinho é criada quando o carbono se infiltra nos sedimentos do rio e alimenta as reações químicas que produzem CO2.

p O carbono flui pelos rios e para os sedimentos por meio de muitos processos naturais. Os rios geralmente carregam materiais orgânicos, como detritos de plantas, que podem se decompor e emitir CO2.

p Embora existam alguns modelos de fluxo de carbono ribeirinho, O modelo de Liu é o primeiro a levar em conta o fato de que a água passa tanto para dentro como para fora do sedimento do rio.

p "A maioria dos modelos simula o movimento de entidades transmitidas pela água para o sedimento, mas não o contrário, "disse Liu." Na verdade, é uma rua de mão dupla, porque a água penetra no sedimento e também flui para fora dele. Para fazer um modelo verdadeiramente preciso, você tem que simular esse movimento dinâmico. "

p Os algoritmos complexos que Liu usa para criar este modelo requerem grande poder computacional. Liu depende de núcleos de computador fornecidos pela ICS-ACI, Nuvem de pesquisa de alto desempenho da Penn State.

p O parceiro de Liu na UT fará experimentos físicos em uma calha de 5 metros, um canal de água artificial destinado a simular o comportamento de uma seção de rio. Esses experimentos fornecerão os dados de que Liu precisa para refinar seu modelo.

p Uma vez que o modelo é calibrado em pequena escala, Os parceiros do PNNL de Liu irão testá-lo em uma escala muito maior - um trecho de dois quilômetros do rio Columbia no noroeste do Pacífico.

p O modelo ampliado permitirá que os pesquisadores entendam melhor o impacto dos rios nas emissões globais de carbono.

p "O problema que estamos enfrentando requer uma equipe de especialistas com diversos conjuntos de habilidades, "disse Liu." É empolgante fornecer a experiência em modelagem computacional para esta colaboração. "

p Liu espera que seu modelo seja usado não apenas para quantificar as emissões de carbono dos rios, mas também para compreender a propagação de poluentes ribeirinhos.

p “O modelo é muito flexível, "disse Liu." Estamos usando isso para simular carbono, mas com algumas mudanças pode modelar muitos contaminantes no rio. "

p Este projeto é financiado pelo Departamento de Energia (DoE), que executa PNNL. Liu acredita que o DoE acabará por usar o modelo em esforços para limpar a poluição no rio Columbia, partes das quais estão contaminadas com resíduos nucleares.

p Uma jornada sinuosa

p Embora o trabalho de Liu seja usado para proteger o meio ambiente, ele não começou sua carreira como pesquisador ambiental. Em vez de, como um estudante de graduação, ele estudou construção de barragens hidrelétricas.

p Mas na pós-graduação, ele mudou seu foco para como represas e outros sistemas feitos pelo homem afetam o meio ambiente, ganhando um mestrado em ciências ambientais.

p “Os engenheiros da época construíram barragens sem pensar muito sobre os impactos ambientais, "disse Liu." Mas gradualmente, a sociedade percebeu que essas barragens estavam causando consequências indesejadas nos rios. Conforme a conscientização cresceu, Fiquei mais interessado nos efeitos das represas e no impacto negativo que elas podem criar. "

p A jornada de Liu então deu outra volta. Depois de ganhar seu primeiro mestrado, ele fez outro mestrado em matemática aplicada.

p "A maioria dos nossos modelos computacionais são baseados na resolução de equações diferenciais, "disse Liu." Eu sabia que queria usar esses modelos para entender a dinâmica dos rios, mas eu precisava ter um entendimento profundo das equações primeiro. "

p O estudo da matemática deu a Liu os conhecimentos de que precisava para fazer seu doutorado em engenharia civil. Seus estudos de doutorado se concentraram na modelagem computacional de fluidos.

p As habilidades de Liu estão encontrando muitos usos. Além de desenvolver modelos para o projeto de respiração de carbono, ele também trabalhou em tópicos que vão desde a investigação da poluição da água causada por fraturamento hidráulico (fracking) até ajudar a remediar os riscos de munições subaquáticas não detonadas. Ele está até trabalhando em um projeto para ajudar os peixes a navegar com mais facilidade no rio Susquehanna.

p "Existem muitas perguntas importantes e interessantes que gostaria de responder, "disse Liu." Um grande problema é a questão da escala. Podemos fazer bons modelos do que acontece em um rio em um pequeno espaço. Mas como podemos tornar o modelo preciso ao simular muitos quilômetros de rio, sem se tornar tão complexo a ponto de exigir muito do computador para ser executado?

p "A escala de tempo é complicada, também. Os modelos atuais podem nos dizer o que pode acontecer em algumas horas ou dias. Mas também precisamos prever coisas que podem ocorrer décadas no futuro. Fazer a ponte entre essas escalas é um grande desafio. "

p Embora esses desafios sejam assustadores, Liu está ansioso para enfrentá-los. Ele é motivado por um senso de quão importante é a preservação de nossos cursos de água para a sociedade.

p "Esta profissão é antiga, mas tem importância perpétua para a civilização, "disse Liu." Sem água, onde estaríamos? "