Usando um exército de pequenos satélites, pesquisadores demonstraram que os níveis de água em pequenos lagos no norte do Canadá e no Alasca variam muito mais durante o verão do que se pensava anteriormente. As evidências, publicado em Cartas de pesquisa geofísica , pode ter implicações em como os cientistas calculam as emissões de gases de efeito estufa naturais desses lagos do norte.

O estudo usou imagens obtidas por uma rede de mais de 150 CubeSats - pequenos satélites do tamanho de caixas de sapatos - que fizeram observações quase diárias de mais de 85, 000 pequenos lagos norte-americanos durante o verão de 2017. As imagens permitiram aos pesquisadores ver como os lagos mudaram ao longo do tempo. Eles encontraram pequenas, mas significativas mudanças na linha costeira em lagos individuais que somavam centenas de quilômetros quadrados de mudança na área do lago em toda a região de estudo.

"Tem havido muitas pesquisas sobre mudanças causadas pelo clima na área do lago, mas é principalmente focado em mudanças de longo prazo, "disse Sarah Cooley, um Ph.D. estudante da Brown University e principal autor do estudo. "Esta é a primeira vez que alguém olha em grande escala, mudanças de curto prazo, e descobrimos que há muito mais variabilidade dentro de uma temporada do que o esperado. "

A área de estudo captura uma faixa substancial de tundra ártica e floresta boreal, um bioma que circunda o hemisfério norte da Terra em uma faixa de cerca de 50 a 70 graus de latitude norte. A região é o lar de uma floresta crítica e ecossistemas de tundra, bem como a maior densidade de lagos do planeta, portanto, compreender sua hidrologia é cientificamente importante. Uma razão para isso é que os lagos boreais são uma fonte significativa de emissões naturais de gases de efeito estufa. Seus sedimentos contêm toneladas de carbono orgânico, que vem da paisagem circundante. Parte desse carbono então se decompõe e é emitido para a atmosfera na forma de dióxido de carbono e gases de efeito estufa metano.

Esta nova descoberta de flutuação substancial da linha costeira de verão tem implicações na forma como os cientistas calculam essas emissões, dizem os pesquisadores. Isso porque as áreas costeiras, onde a água diminui e flui de uma estação para outra, são pontos críticos conhecidos de produção e emissão de gases de efeito estufa. Mas as estimativas das emissões do lago geralmente presumem que as linhas costeiras sejam estáveis ​​em cada estação. A descoberta de uma flutuação costeira surpreendente dentro da estação, os pesquisadores dizem, sugere que os atuais modelos de emissões de lagos boreais podem estar subestimados.

"Uma linha costeira que está flutuando vai emitir mais carbono do que uma linha costeira estável, "Cooley disse." Essas flutuações de curto prazo, que ninguém jamais havia mapeado antes, sugerem que esses lagos estão potencialmente emitindo mais gás do que as pessoas pensavam. "

Outra descoberta que surpreendeu a equipe de pesquisa foi a grande importância geral das flutuações da costa no antigo Escudo Canadense, um rochoso, paisagem úmida na região central do Canadá, onde milhões de pequenos lagos cobrem 20% da paisagem.

"Estudos anteriores presumiram que os lagos nesta área eram relativamente estáveis, "disse Laurence C. Smith, um co-autor do estudo e líder do projeto para o Experimento de Vulnerabilidade Ártico-Boreal da NASA, que ajudou a financiar o estudo. "Para nossa surpresa, a alta resolução, imagens de alta frequência fornecidas pelo CubeSats revelaram que pequenas flutuações na linha costeira nesta área rica em lagos somam números impressionantemente grandes. "

Em tudo, o estudo explorou quatro subáreas do Ártico e subártico da América do Norte e descobriu que o escudo canadense pouco estudado é o mais dinâmico de todos, com cerca de 1,4 por cento de sua paisagem inundada sazonalmente por pequenas flutuações nos níveis dos lagos.

Big data, pequenos satélites

Outra lição do estudo, Cooley diz, é que ele mostra o poder do CubeSats para adquirir dados que satélites maiores não podem coletar.

"Do ponto de vista da ciência, o que mais me entusiasma é a capacidade de usar essas novas imagens do CubeSat, "Cooley disse." Não poderíamos ter feito essas observações sem os CubeSats, e aqui mostramos que é possível extrair informações científicas valiosas dessas imagens. "

Grandes satélites de agências espaciais enfeitados com instrumentos científicos sensíveis podem reunir todos os tipos de informações, mas simplesmente não faça passagens de sobrecarga suficientes para detectar as alterações que ocorrem em curtos períodos de tempo. E os satélites que passam diariamente não têm a resolução da câmera para fazer observações em escala precisa da área do lago.

The CubeSats, lançado recentemente por uma empresa chamada Planet, ofereceu uma solução potencial. A empresa opera mais de 150 satélites, que orbitam a Terra em um arranjo que permite que eles visualizem toda a massa de terra da Terra a cada dia, enquanto o planeta gira abaixo deles. E embora os minúsculos satélites não tenham equipamento científico sofisticado, eles têm câmeras de alta potência capazes de capturar imagens com resolução de 3 metros.

Mas os dados CubeSat apresentam alguns desafios únicos, Cooley diz. Por exemplo, os dados de localização do CubeSats tendem a não ser tão precisos quanto os dos satélites da agência espacial. E as imagens CubeSat carecem de filtros que as tornam mais fáceis de analisar. Os dados de satélite da NASA ou da Agência Espacial Européia (ESA) são filtrados para eliminar imagens tiradas em dias nublados ou outras imagens de baixa qualidade.

Então Cooley teve que projetar seu próprio sistema para compensar esses problemas. Para o estudo, ela treinou um algoritmo de aprendizado de máquina para detectar padrões de dados anômalos e descartá-los. Por exemplo, casos em que um lago desaparece repentinamente em um dia apenas para voltar a ser visto alguns dias depois são mais prováveis ​​devido à cobertura de nuvens ou observações erradas, não um desaparecimento real do lago. O algoritmo pode sinalizar tais instâncias e removê-las dos dados.

Usando esse algoritmo, Cooley e seus colegas conseguiram filtrar mais 25 terabytes de dados CubeSat. Cooley diz que espera que descobertas mais interessantes das ciências da terra venham do CubeSats nos próximos anos.

"Eu vejo isso como o início de um novo período em sensoriamento remoto, de repente, todos os tipos de observações terrestres que podem não ter sido possíveis antes se tornarão possíveis com esses pequenos, satélites simples, "Cooley disse.