Em 1889, perto da remota cidade fronteiriça de Embudo, Novo México, John Wesley Powell, o famoso explorador do Grand Canyon e segundo chefe do Serviço Geológico dos EUA, iniciou uma revolução científica silenciosa.

Ele sabia que a água seria cada vez mais importante para o oeste americano, mas ninguém havia desenvolvido uma maneira de descobrir quanto estava disponível. Powell montou um acampamento de campo com 14 alunos, três instrutores, dois trabalhadores e um cozinheiro, e encarregou-os de desenvolver o primeiro medidor para medir a quantidade de água que flui em um rio dos EUA.

Com seu sucesso, era possível saber quanta água poderia ser retirada do Rio Grande para irrigação sem que ele se tornasse inavegável ou, pior, secando completamente.

Mais de um século depois, o USGS opera mais de 10, 000 medidores de córregos em todo o país. Eles são muito semelhantes ao primeiro medidor Embudo. Outros países operam milhares mais.

Hoje, hidrólogos como eu usam a rede de medidores de fluxo, junto com redes igualmente vastas de sensores que medem a chuva, umidade do solo, profundidade da neve e outras partes do ciclo da água. Essas ferramentas ajudam a mostrar quanta água está disponível para as pessoas e os ecossistemas e como essa água se move de um lugar para outro.

Movendo-se para o espaço

Nos últimos 30 anos, a hidrologia se deparou com um problema difícil. Simplesmente não há sensores suficientes para as perguntas que os hidrologistas desejam responder.

Experimente, por exemplo, para medir a quantidade de neve armazenada em uma cadeia de montanhas como a Sierra Nevada da Califórnia. Essa água é um recurso crítico para o estado. A Sierra Nevada contém cerca de 130 "almofadas de neve" que medem a quantidade de água armazenada na neve diretamente acima deles. Mas a área medida pelos sensores é algo como 2 milionésimos de um por cento da área total da Sierra.

Se você tentar descobrir o total de água armazenada nas serras, você se depara com uma parede metodológica. Não há uma boa maneira de chegar lá diretamente.

Este tipo de problema surge em toda a hidrologia, da neve à umidade do solo e dos rios aos reservatórios. Embora colocar mais sensores seja uma opção, eles são caros de manter, e é impossível produzir o suficiente para medir uma cordilheira inteira. Uma opção melhor seria medir grandes áreas de uma só vez.

Começando cerca de duas décadas atrás, um pequeno grupo de cientistas sugeriu uma nova solução:e se eles pudessem medir o ciclo da água a partir do espaço?

Jay Famiglietti, da Universidade de Saskatchewan, foi um desses cientistas. Muito do trabalho de Famiglietti usou a missão Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), um par de satélites lançado em 2002. Os satélites, apelidado de Tom e Jerry, perseguem uns aos outros ao redor do planeta e usam pequenas variações na distância entre eles para medir as mudanças na gravidade da Terra. Muitas dessas variações vêm do movimento da água. GRACE rastreia mudanças no armazenamento total de água nas águas subterrâneas, a superfície e a atmosfera.

"[GRACE] pinta um quadro atraente, porque nos permite ver a impressão digital humana sobre a disponibilidade de água, e o impacto da mudança climática na disponibilidade de água, "Famiglietti me disse. Parte de seu trabalho com o GRACE mostrou perdas profundas de água subterrânea no norte da Índia, o Oriente Médio e outros lugares que podem ser vulneráveis ​​a futuras faltas de água. O par original de satélites GRACE ficou offline em 2017, mas um novo par foi lançado no ano seguinte.

Uma idade de ouro

Outros satélites projetados para medir partes específicas do ciclo da água entraram online na mesma época do GRACE, embora tenham algumas limitações.

IceSAT, ativo de 2003 a 2009, mediu a forma mutável de geleiras e mantos de gelo, mas seus lasers tinham alguns problemas técnicos que limitaram sua vida útil. A Tropical Rainfall Measurement Mission forneceu dados sobre a precipitação em baixas latitudes, mas funcionou mal para neve e regiões com fortes tempestades. Os cientistas descobriram maneiras aprimoradas de usar dados de sensores passivos de micro-ondas, alguns dos quais já estavam em órbita, para estimar a umidade do solo, mas eles forneceram dados apenas em escalas relativamente grosseiras.

A partir de 2014, uma nova geração de satélites ofereceu melhorias. A Missão Global de Precipitação, uma constelação de satélites, melhorou substancialmente no TRMM.IceSAT-2, que a NASA lançou em 2018, tem lasers muito melhores do que seu antecessor. Missões dedicadas de umidade do solo lançadas pela Agência Espacial Européia e NASA oferecem medições mais ajustadas do que os sensores anteriores poderiam.

Faço parte de uma equipe internacional que lançará o primeiro projeto dedicado a medir os recursos hídricos mais facilmente acessíveis da Terra:rios e lagos. A missão de Superfície de Água e Topografia Oceânica (SWOT) é um sensor ativo que, começando em 2021, irá enviar pulsos de radar para a Terra e medir quanto tempo eles levam para retornar ao satélite. Por meio de algoritmos bem ajustados, SWOT irá medir as mudanças na quantidade de água armazenada em milhões de lagos e reservatórios em todo o mundo e estimar, do espaço, a quantidade de água que flui pela maioria dos principais rios do mundo.

Com todos esses satélites, os hidrólogos serão capazes de rastrear muitas partes individuais do ciclo da água usando observações do espaço. O próximo desafio será colocar todas essas medições juntas de uma forma coerente. Cada satélite tem suas próprias idiossincrasias. Os cientistas estão trabalhando para integrar todos os seus dados passados ​​e presentes com simulações de computador do ciclo da água da Terra.

Juntos, essas observações podem ajudar a prever melhor a seca, rastrear inundações e informar o mundo sobre como as mudanças climáticas estão alterando o acesso aos recursos hídricos. Por exemplo, um conjunto de satélites mostrou que as bacias sem litoral do mundo, já está entre os lugares mais secos da Terra, mais notavelmente o Mar de Aral na Ásia Central, estão perdendo água rapidamente.

As agências espaciais também estão projetando novas missões para cobrir partes do ciclo da água que os satélites atuais ainda não podem observar adequadamente, como a neve acumulada na Sierra Nevada. Estimar a evaporação também continua sendo um desafio real. Os métodos atuais produzem padrões globais muito diferentes, and the path toward new solutions for reliably estimating evaporation from space remains uncertain.

Satellites have gone from curios on the sidelines of hydrology to central players in understanding the global water cycle. When John Wesley Powell sent 20-odd members of the new USGS to the banks of the Rio Grande, he likely couldn't have imagined that, 130 years later, water scientists like me would be following in his footsteps using satellites orbiting hundreds of miles overhead.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.