Usando un ejército de pequeños satélites, Los investigadores han demostrado que los niveles de agua en los lagos pequeños del norte de Canadá y Alaska son mucho más variables durante el verano de lo que se pensaba. Los resultados, publicado en Cartas de investigación geofísica , podría tener implicaciones sobre cómo los científicos calculan las emisiones de gases de efecto invernadero naturales de estos lagos del norte.

El estudio utilizó imágenes tomadas por una red de más de 150 CubeSats (pequeños satélites del tamaño de cajas de zapatos) que realizaron observaciones casi diarias de más de 85 satélites. 000 pequeños lagos de América del Norte durante el verano de 2017. Las imágenes permitieron a los investigadores ver cómo los lagos cambiaron con el tiempo. Encontraron cambios pequeños pero significativos en la costa en lagos individuales que sumaron cientos de kilómetros cuadrados de cambios en el área del lago en toda la región de estudio.

"Se han realizado muchas investigaciones sobre los cambios impulsados ​​por el clima en el área del lago, pero se centra principalmente en cambios a largo plazo, "dijo Sarah Cooley, un doctorado estudiante de la Universidad de Brown y autor principal del estudio. "Esta es la primera vez que alguien ha analizado la escala fina, cambios a corto plazo, y descubrimos que hay mucha más variabilidad dentro de una temporada de lo esperado ".

El área de estudio captura una franja sustancial de tundra ártica y bosque boreal, un bioma que rodea el hemisferio norte de la Tierra en una banda de aproximadamente 50 a 70 grados de latitud norte. La región alberga ecosistemas críticos de bosques y tundra, así como la mayor densidad de lagos del planeta. por lo que comprender su hidrología es científicamente importante. Una de las razones es que los lagos boreales son una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero naturales. Sus sedimentos contienen toneladas de carbono orgánico, que fluye desde el paisaje circundante. Luego, parte de ese carbono se descompone y se emite a la atmósfera en forma de dióxido de carbono y gases de efecto invernadero metano.

Este nuevo hallazgo de una fluctuación sustancial de la costa en verano tiene implicaciones en la forma en que los científicos calculan estas emisiones. dicen los investigadores. Esto se debe a que las áreas costeras donde el agua fluye y refluye de una temporada a otra son puntos críticos conocidos para la producción y emisión de gases de efecto invernadero. Pero las estimaciones de las emisiones de los lagos generalmente asumen que las costas son estables dentro de cada temporada. El hallazgo de una sorprendente fluctuación de la costa dentro de la temporada, los investigadores dicen, sugiere que los modelos de emisiones actuales de los lagos boreales pueden estar subestimados.

"Una costa que fluctúa emitirá más carbono que una costa estable, ", Dijo Cooley." Estas fluctuaciones a corto plazo, que nadie había mapeado antes, sugieren que estos lagos están emitiendo potencialmente más gas de lo que la gente pensaba ".

Otro hallazgo que sorprendió al equipo de investigación fue la gran importancia general de las fluctuaciones de la costa en el antiguo escudo canadiense. un rocoso, paisaje húmedo en el centro de Canadá, donde millones de pequeños lagos cubren el 20 por ciento del paisaje.

"Estudios anteriores suponían que los lagos de esta zona eran relativamente estables, "dijo Laurence C. Smith, coautor del estudio y líder del proyecto del Experimento de vulnerabilidad del Ártico-Boreal de la NASA, lo que ayudó a financiar el estudio. "Para nuestra sorpresa, la alta resolución, Las imágenes de alta frecuencia proporcionadas por CubeSats revelaron que las pequeñas fluctuaciones de la costa en esta área rica en lagos se suman a números impresionantemente grandes ".

En todo, El estudio exploró cuatro subáreas del Ártico y el subártico de América del Norte y descubrió que el Escudo Canadiense, poco estudiado, es el más dinámico de todos. con alrededor del 1,4 por ciento de su paisaje inundado estacionalmente por pequeñas fluctuaciones en los niveles de los lagos.

Big data, pequeños satélites

Otra conclusión del estudio, Cooley dice:es que muestra el poder de CubeSats para adquirir datos que los satélites más grandes no pueden recopilar.

"Lo que más me entusiasma desde una perspectiva científica es la capacidad de hacer uso de estas nuevas imágenes de CubeSat, "Cooley dijo." No podríamos haber hecho estas observaciones sin los CubeSats, y aquí mostramos que es posible extraer información científica valiosa de esas imágenes ".

Grandes satélites de agencias espaciales adornados con instrumentos científicos sensibles pueden recopilar todo tipo de información, pero simplemente no realice suficientes pasadas por encima de la cabeza para detectar los cambios que ocurren en períodos cortos de tiempo. Y los satélites que pasan a diario carecen de la resolución de la cámara para realizar observaciones a escala fina del área del lago.

Los CubeSats, lanzado recientemente por una empresa llamada Planet, ofreció una solución potencial. La empresa opera más de 150 satélites, que orbitan la Tierra en una disposición que les permite obtener imágenes de toda la masa terrestre de la Tierra cada día a medida que el planeta gira debajo de ellos. Y aunque los diminutos satélites carecen de equipos científicos sofisticados, tienen cámaras de alta potencia capaces de capturar imágenes con una resolución de 3 metros.

Pero los datos de CubeSat presentan algunos desafíos únicos, Cooley dice. Por ejemplo, los datos de ubicación de CubeSats tienden a no ser tan precisos como los de los satélites de las agencias espaciales. Y las imágenes de CubeSat carecen de filtros que las hagan más fáciles de analizar. Los datos satelitales de la NASA o la Agencia Espacial Europea (ESA) se filtran para eliminar las imágenes tomadas en días nublados u otras imágenes de baja calidad.

Entonces Cooley tuvo que diseñar su propio sistema para compensar esos problemas. Para el estudio, entrenó un algoritmo de aprendizaje automático para detectar patrones de datos anómalos y desecharlos. Por ejemplo, Los casos en los que un lago desaparece repentinamente en un día solo para volver a verse unos días después se deben muy probablemente a la cobertura de nubes u observaciones con fallas. no es una desaparición real del lago. El algoritmo podría marcar tales instancias y eliminarlas de los datos.

Usando ese algoritmo, Cooley y sus colegas pudieron examinar más de 25 terabytes de datos de CubeSat. Cooley dice que espera que los CubeSats proporcionen descubrimientos más interesantes de las ciencias de la tierra en los próximos años.

"Veo esto como el comienzo de un nuevo período en la teledetección, en que, de repente, todo tipo de observaciones de la Tierra que pueden no haber sido posibles antes, serán posibles con estos pequeños, satélites simples, "Dijo Cooley.