Fuente: Copernicus

Publicado: 14/07/2022

Enlace al artículo original publicado en inglés

Preservando nuestras aguas

El agua es vital para la vida. Con nuestros recursos marinos cada vez más en peligro, la atención del mundo se está desplazando hacia la protección de sus activos desde océanos, mares, ríos y lagos hasta los arroyos y estanques más pequeños. Uno de los problemas es la contaminación, y en particular, la contaminación plástica.

Debido a sus propiedades intrínsecas (bajo coste y peso ligero), el plástico es el material preferido para un gran número de aplicaciones cotidianas. Sin embargo, no hay rosa sin espinas ya que son estas mismas propiedades las que amenazan el bienestar de los recursos hídricos. Al fragmentarse con bastante facilidad, el plástico se rompe en pedazos diminutos que van desde tamaños visibles hasta microplásticos. Cuando se desechan incorrectamente, estos fragmentos pueden terminar en las aguas y, a menudo, son arrastrados por las descargas de los ríos y por las corrientes marinas y oceánicas. Debido a los patrones naturales de estas corrientes, los objetos inanimados tienden a acumularse en puntos críticos específicos, formando "islas de basura" que representan un peligro para los animales marinos ya sea por ingestión o lesiones por contacto.

Se están elaborando importantes iniciativas para combatir este problema en el escenario mundial. La Unión Europea (UE), por ejemplo, está incorporando el desmantelamiento gradual de los envases de plástico en su paquete insignia Green Deal. A nivel mundial, las Naciones Unidas han propuesto el proyecto de resolución sobre basura marina y microplásticos con el objetivo de “prevenir y reducir significativamente la contaminación marina de todo tipo, en particular de las actividades realizadas en tierra, incluidos los desechos marinos y la contaminación por nutrientes” para 2025.

Abordar estos problemas requiere de las herramientas apropiadas. Con ese fin, actualmente existen tres áreas principales de investigación:

• Detección de islas de basura plástica marina;

• Identificación de patrones de flujo y acumulación, a través de la predicción de trayectorias, y

• Posibles técnicas de prevención, mitigación y/o eliminación.

Copernicus abre importantes nuevas vías para la vigilancia de la basura plástica marina

Los métodos de observación e imágenes in situ, que generalmente requieren misiones de campo con embarcaciones tripuladas y personal capacitado, no son rentables ni eficientes para una vigilancia exhaustiva. Además, en ocasiones no son particularmente exitosas. No obstante, una vez que se ha detectado la ubicación, el tamaño y la composición de los conjuntos de basura, se puede ampliar el conocimiento a través de vehículos aéreos no tripulados (UAV, por sus siglas en inglés). Aunque su uso está algo limitado por su alcance (normalmente del orden de unos pocos kilómetros), la mayoría de los drones son útiles para estudios de reconocimiento y con fines especiales. Además, se pueden utilizar en experimentos de control cerca de la costa para la creación de datos de referencia.

Tan pronto como se detecta la ubicación de la contaminación, los modelos de corrientes oceánicas del Servicio Marino de Copernicus se utilizan para proporcionar información (condiciones iniciales y forzamiento) para los modelos de seguimiento de partículas. La modelización de la deriva o los modelos de seguimiento de las partículas oceánicas, basados ​​en las corrientes oceánicas y la mezcla vertical de las capas de agua, tienen el potencial de indicar las probables vías de transporte tridimensional (deriva y/o hundimiento) y el tiempo promedio que tardan los plásticos en viajar desde su fuente original a su ubicación actual. Esto permite detectar por dónde entrarán los plásticos al océano (identificar la fuente de contaminación), cómo se propagan por el océano abierto y estimar cuánto tiempo han estado allí.

Estos modelos se pueden usar para rastrear el movimiento de las siguientes maneras:

• “Hacia adelante”, que permite seguir la partícula de plástico desde su origen hasta su ubicación actual en mar abierto utilizando los modelos de corrientes oceánicas del Servicio Marino de Copernicus. Dicho seguimiento funciona para los plásticos a la deriva en la superficie, pero también se puede realizar para localizar partículas de plástico en las profundidades del océano.

• "Hacia atrás o retro", que nos permite reconstruir el viaje de la contaminación plástica desde su ubicación actual hasta su origen para identificar la potencial fuente en la que puede haberse originado la contaminación.

La inteligencia artificial (IA) y los algoritmos juegan un papel central en el esfuerzo por combatir la contaminación de los desechos marinos, ya que ayudan a filtrar grandes cantidades de datos de Copernicus. Desde algoritmos de identificación hasta la extracción de corrientes y patrones en flujos de datos marinos globales, el uso combinado de imágenes satelitales, datos in situ, procesamiento algorítmico e IA proporciona una herramienta muy valiosa. Nunca antes habíamos podido recopilar y, lo que es más importante, procesar grandes cantidades de información para formular ideas como ahora. Con la separación espectral (algoritmo que descompone la luz en sus componentes) y la IA como las dos alternativas principales para la identificación de la basura plástica, se está trabajando mucho para desarrollar diferentes soluciones en todo el mundo.

Iniciativas piloto actuales en el Mediterráneo

En un esfuerzo por cerrar esta brecha, el Departamento de Ciencias Marinas de la Universidad del Egeo, con la ayuda de sus estudiantes de licenciatura, lanzó una serie de estudios de investigación exploratorios cerca de la isla de Lesbos, en el Egeo, denominados "Proyectos de basura plástica (Plastic Litter Projects – PLP)". El primero de la serie, PLP2018, utilizó una técnica de separación para procesar datos de imágenes de Copernicus de libre acceso, específicamente datos de nivel 1C y 2 del Sentinel 2, junto con imágenes de drones in situ. Las imágenes del dron se utilizaron como herramienta de validación para verificar la cobertura de píxeles de plástico (qué porcentaje de cada píxel de datos es realmente basura plástica).

Aprovechando un conjunto de tres balsas de plástico de 100 metros cuadrados (sustitutos artificiales de las islas de desechos plásticos) compuestas de bolsas, redes y más de 3.600 botellas, PLP utilizó las bandas de imágenes RGB (rojo-verde-azul) y NIR (infrarrojo cercano) de Sentinel-2 para generar un caso de identificación de referencia. Los siguientes estudios, PLP2019 y 2020, trabajaron para simular tamaños y duraciones más realistas de las islas de plástico, estableciendo objetivos más pequeños y semipermanentes. PLP2021 evaluó la validez de los casos de referencia desarrollados en el mundo real a través de dos muestras de 600 m² (una de plástico y otra de madera), dando un paso importante hacia la producción de un mecanismo de identificación listo para su uso generalizado. PLP2022 se propone utilizar muestras inflables, allanando el camino para futuros experimentos no solo en el Mediterráneo, sino también en mares y océanos de todo el mundo.

Planetek Italia está llevando a cabo una iniciativa similar en colaboración con la Universidad Técnica Nacional de Atenas y la Universidad del Egeo, utilizando crowdsourcing, datos Sentinel-2 y datos satelitales hiperespectrales para la detección, cuantificación y seguimiento de la basura plástica marina (proyecto REACT).

La imagen hiperespectral es una técnica de observación de la Tierra que emplea un rango de frecuencias electromagnéticas para obtener imágenes de un objeto o área, en lugar de asignar rojo, verde y azul (colores primarios) a cada píxel de datos. El análisis involucrado implica descomponer la luz incidente en varias bandas espectrales. Por lo tanto, cada píxel proporciona no solo imágenes espaciales bidimensionales, sino también la firma de color única del objeto o área fotografiada, que revela mucho más sobre lo que se está fotografiando. Dichos datos de referencia formarían la base para los métodos y algoritmos de identificación que desarrollarán los investigadores en diferentes mares y océanos de diferentes continentes, basados ​​en los mismos principios fundamentales.

Planetek está empleando un enfoque mixto para el problema de la detección de basura plástica marina, combinando la separación de firmas espectrales y la IA. El proyecto está diseñado para respaldar la detección y el seguimiento de la basura marina para la Agencia Regional para la Prevención y Protección Ambiental de Puglia (ARPA Puglia), que implementa la Directiva Marco de Estrategia Marina de la UE en esta región autónoma italiana. Una vez más, se destaca la rentabilidad, la repetibilidad y la flexibilidad como objetivos y ventajas fundamentales de los métodos basados ​​en satélites. Las acciones clave involucradas incluyen el seguimiento regular de la basura plástica en áreas extensas, la comprensión de la dinámica espacial y temporal (migración y agregación) de la basura plástica y el apoyo a las actividades in situ a través de información procesable mejorada. Este proyecto en particular emplea una combinación de datos de Sentinel-2 y del Servicio de Vigilancia del Medio Ambiente Marino de Copernicus (CMEMS). El uso de imágenes hiperespectrales es prometedor como una nueva aplicación de la futura misión CHIME, un generador de imágenes hiperespectrales que se lanzará antes de la década de 2030 para complementar la primera generación de satélites Sentinels.

Conclusión: imaginar una acción mundial

A pesar del alcance local de los proyectos actuales, las herramientas de vigilancia actualmente disponibles pueden usarse en áreas extensas y son escalables a áreas más grandes. Establecer las bases para la detección de patrones de agregación y migración de basura plástica marina permitirá a la próxima generación de partes interesadas e investigadores estar mejor informados y mejor equipados para salvaguardar nuestras aguas en los años venideros.

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