A tecnologia aerotransportada traz uma nova esperança para mapear aquíferos rasos nos desertos mais áridos da Terra
Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público A escassez de água está se expandindo por todo o planeta. Isto é particularmente grave nas zonas desérticas do Médio Oriente, que estão sujeitas a secas e a condições extremas, como inundações. Como resultado destas incertezas, há uma dependência crescente de aquíferos pouco profundos para mitigar esta escassez. No entanto, as características destes aquíferos permanecem pouco compreendidas devido à dependência de registos esporádicos de poços para a sua gestão.
Para enfrentar este desafio, uma equipe de pesquisadores da Escola de Engenharia Ming Hsieh da USC Viterbi, juntamente com colaboradores de todo o mundo, desenvolveu um novo protótipo para o que a equipe está chamando de "Radar de Sondagem Aerotransportada para Exploração Subsuperficial do Deserto de Aquíferos", apelidado de "Desert-SEA".
A nova técnica irá mapear o topo do aquífero, chamado lençol freático, abrangendo áreas de até centenas de quilômetros, usando um radar montado em uma aeronave de alta altitude. Segundo os investigadores, o Desert-SEA irá medir, pela primeira vez, as variabilidades na profundidade do lençol freático em grande escala, permitindo aos cientistas da água avaliar a sustentabilidade destes aquíferos sem as limitações associadas ao mapeamento in-situ em ambientes agressivos e inacessíveis.
"Compreender como as águas subterrâneas rasas se movem horizontal e verticalmente é o nosso objetivo principal, pois nos ajuda a responder a várias questões sobre a sua origem e evolução nos vastos e áridos desertos. Estas são questões que permanecem sem resposta até hoje", diz Heggy, cientista pesquisador da USC, especializado em sensoriamento remoto por radar de desertos e autor principal do artigo que descreve a tecnologia na Revista IEEE Geoscience and Remote Sensing .
Como funciona
A técnica usa radar de baixa frequência para sondar o solo. O radar envia uma série de ondas pulsadas para o solo, que são refletidas ao interagir com a camada saturada de água. A partir do sinal refletido, e usando um conjunto de antenas avançadas combinadas com técnicas computacionais, o lençol freático pode ser mapeado com resolução vertical e espacial relativamente alta.
Quando fotografado, um lençol freático estável geralmente aparece como um refletor plano, pois as quantidades de água retirada e a quantidade de água que entra no sistema (sua "recarga") são quase iguais. No entanto, se houver algum desequilíbrio, isso será refletido na imagem resultante, mostrando uma deflexão para cima ou para baixo no formato do lençol freático.
Uma técnica semelhante é amplamente utilizada para sondar o gelo na Antártica e em corpos planetários; no entanto, adaptá-lo para detectar aquíferos rasos nos desertos exigiu a resolução de vários desafios no projeto do radar que exigiram três anos de trabalho árduo com parceiros da indústria em Carlsbad, CA, para resolvê-lo.
"Em particular, tivemos que resolver a zona cega perto da superfície. O solo altamente atenuante de radar, as fontes de ruído não quantificadas e a interferência complexa podem mascarar a detecção de aquíferos rasos. As capacidades de sondagem e levantamento do nosso sistema superam as da penetração no solo comercial radares, sejam montados na superfície ou em drones, nosso sistema transmite sinais mais fortes, tem receptores mais sensíveis e opera mais rápido em várias ordens de magnitude", diz Heggy.
Os atuais mapas de águas subterrâneas rasas em diversas partes de desertos áridos, como o Saara, baseiam-se em dados de poços separados por dezenas, centenas e, por vezes, milhares de quilómetros, o que pode levar a estimativas imprecisas do seu volume e dinâmica.
Heggy sugere que isso seria como descobrir dados sobre as águas subterrâneas em todos os Estados Unidos apenas observando os dados de um poço em Nova Jersey. (A área desértica do Norte de África e da Península Arábica tem o dobro do tamanho do território continental dos Estados Unidos). Assim, os registos de poços por si só não podem fornecer uma avaliação adequada da sua rápida evolução, adverte Heggy.
Segundo os pesquisadores, a capacidade do Desert-SEA de transmitir sinais de alta potência e usar processamento avançado a bordo pode preencher as lacunas nos dados apresentados pela distribuição geográfica dos registros de poços.
Com este novo protótipo, Heggy prevê que mesmo com um pequeno avião voando a trezentos quilômetros por hora, a equipe poderia cobrir em uma hora o que os pesquisadores normalmente cobririam em um ano a partir de dados de registro de poços.
O coautor Bill Brown foi o engenheiro-chefe do projeto. Brown diz:"O Desert Sea Radar representa um avanço significativo em detecção aérea e engenharia ambiental. Ao integrar radar de alta frequência com tecnologias de IA, ele pode gerar mapeamentos tridimensionais em tempo real de fontes de água subterrâneas. Esta capacidade é crucial para garantir a gestão sustentável da água em regiões áridas."
Embora esta tecnologia seja testada no Médio Oriente, tem ampla aplicação noutros locais sujeitos a secas prolongadas, nomeadamente na Ásia Central e na Austrália, e até mesmo nos desertos dos EUA.
Esta tecnologia funciona melhor em áreas muito secas como a areia e a sua importância particular vai além da compreensão do abastecimento de água atual. Também pode ser utilizado para avaliações repetidas para compreender a sustentabilidade da agricultura e, consequentemente, para garantir a segurança alimentar dos habitantes destes ambientes extremos.
“Ter a capacidade de observar mais de 30 metros de profundidade através da areia seca, através de vastos desertos e em tempo recorde, vai permitir-nos responder a questões fundamentais sobre o fluxo e refluxo das águas subterrâneas nestas regiões e como podemos usá-las de uma forma forma mais sustentável", disse Elizabeth Palmer, bolsista Fulbright que trabalha no projeto.
"Fico sempre feliz em participar de missões de pesquisa aerotransportada. No entanto, como a missão Desert-SEA terá um impacto humanitário no alívio do estresse hídrico, isso me dá sentimentos únicos de motivação e orgulho", Akram Amin Abdellatif, pesquisador do Technical Universidade de Munique (TUM) anotada.
O próximo passo da equipe de pesquisa é pegar esse protótipo projetado e construir um modelo de voo para ser implementado em helicópteros e aeronaves de asa fixa.
