Florações de algas nocivas podem transformar rapidamente um dia comum na praia em um problema de saúde pública. Há surtos que matam peixes e mamíferos marinhos; outros deixam o ar difícil de respirar.
Quando a ocorrência é severa, também pode interromper a coleta de mariscos, afetar o turismo e paralisar outros negócios costeiros que dependem de água limpa.
O maior desafio é o tempo de resposta. Quando as pessoas finalmente percebem a água descolorida ou encontram peixes mortos, a floração pode já estar se espalhando.
Mesmo hoje, testar a água costuma exigir embarcações, coleta de amostras, análises em laboratório e, muitas vezes, um dia ou mais de espera.
Com isso, comunidades costeiras ficam diante de uma pergunta difícil: onde procurar primeiro?
Uma necessidade de detecção mais precoce
Cientistas da NASA desenvolveram uma ferramenta de inteligência artificial que pode ajudar a responder a essa questão.
Ao integrar dados de vários satélites, a ferramenta identificou florações de algas nocivas no oeste da Flórida e no sul da Califórnia.
Surtos intensos podem trazer riscos à saúde e custar às economias costeiras dos Estados Unidos dezenas de milhões de dólares todos os anos.
Na Flórida, localidades como Tampa Bay e Sarasota lidam com florações de algas nocivas há décadas.
No Golfo do México, a espécie de alga Karenia brevis pode desencadear episódios de maré vermelha, que matam animais, sujam praias e provocam problemas respiratórios em nadadores e frequentadores do litoral.
Já na Costa Oeste, florações de Pseudo-nitzschia envenenaram, nos últimos anos, centenas de golfinhos, leões-marinhos-da-Califórnia e outros animais marinhos.
Algumas toxinas produzidas por algas podem até ser levadas pelo ar e causar doenças respiratórias em pessoas.
Ferramentas para identificar florações de algas
Satélites já ajudam a acompanhar florações a partir da órbita, mas a água costeira é complexa. Sedimentos, escoamento superficial, plantas, fundos rasos e a variação da luz podem atrapalhar a observação.
Um satélite pode captar um indício; outro, um sinal diferente. O desafio está em reunir todas essas pistas.
A equipe de pesquisa reuniu Michelle Gierach, do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, no sul da Califórnia, Kelly Luis (NASA JPL) e Nick LaHaye, do Spatial Informatics Group.
Eles combinaram resultados de cinco missões ou instrumentos espaciais, incluindo o satélite PACE, da NASA, e o TROPOMI.
O PACE consegue distinguir comunidades de algas por características como tamanho, forma e pigmentos. Já o TROPOMI detecta um brilho vermelho sutil que algumas algas emitem durante a fotossíntese.
Em conjunto, essas ferramentas ajudam a indicar não apenas que há algo na água, mas também que tipo de floração pode estar se formando.
Treinando o sistema de IA
O grupo utilizou um sistema de aprendizado de máquina auto-supervisionado. Isso significa que a IA aprendeu padrões a partir de grandes fluxos de dados de satélite sem que pessoas precisassem rotular previamente cada exemplo.
Depois, medições de campo e análises laboratoriais ajudaram a ligar esses padrões às condições observadas no mundo real.
O sistema foi treinado com dados de satélite de 2018 e 2019. Em seguida, os cientistas o testaram em períodos posteriores nas mesmas regiões.
Os primeiros resultados indicaram que a ferramenta consegue identificar e mapear corretamente florações nocivas - inclusive espécies específicas, como K. brevis - mesmo em águas costeiras com condições complicadas.
“Pelo menos, uma ferramenta como esta pode nos ajudar a saber onde e quando coletar amostras de água enquanto uma floração de algas está começando”, disse Gierach.
“Ela também pode impulsionar a colaboração entre especialistas, promovendo novas formas de conduzir a ciência e entregar produtos de apoio à decisão.”
Alertas melhores, menos pontos cegos
Órgãos de saúde já monitoram a água e emitem alertas ou determinam o fechamento de praias quando necessário. A NOAA também trabalha com estados e parceiros locais para produzir previsões de florações de algas nocivas durante as temporadas de ocorrência.
A IA não substituiria esses esforços. Em vez disso, poderia ajudar a direcioná-los mais cedo para os locais certos.
“Aplicar IA auto-supervisionada a fluxos massivos de dados de satélite está rapidamente se tornando uma ferramenta poderosa para gerar inteligência oceânica acionável”, afirmou Nadya Vinogradova Shiffer, cientista líder de programas na sede da NASA, em Washington.
O objetivo é criar “mapas sem lacunas”. Nenhum satélite, sozinho, consegue captar tudo - e nenhuma equipe em barco consegue testar cada trecho do litoral.
Ainda assim, ao combinar observações feitas do espaço com a coleta de amostras de água, autoridades podem obter uma visão muito mais clara antes que uma floração nociva vire uma crise maior.
Implicações mais amplas da pesquisa
A equipe está aprimorando a ferramenta com mais dados e de mais litorais. Também pretende testá-la em outros corpos d’água, incluindo lagos.
O estudo tem implicações para água potável, pesca, aquicultura e economias locais muito além das praias oceânicas.
“O objetivo deste trabalho é começar a aproximar tecnologias para atender melhor os usuários finais e suas necessidades, da aquicultura ao turismo”, disse Luis.
“Para isso, vamos colocar todos os nossos recursos da NASA na mesa.”
Para comunidades costeiras, a meta é direta: saber antes, reagir mais rápido e perder menos tempo tentando adivinhar onde o problema está começando.
O estudo completo foi publicado na revista AGU Earth and Space Science.
Crédito da imagem: NASA/USGS
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