巴西INPE用卫星图像追踪Billings水库溶解有机碳分布

Frances Jones | Agência FAPESP – Uma metodologia desenvolvida no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) permite usar imagens de satélite para rastrear as manchas de poluição nas águas verdes e turvas da Represa Billings, um dos maiores e mais importantes reservatórios da Região Metropolitana de São Paulo. O modelo de monitoramento mapeia como está distribuído pela represa o carbono orgânico dissolvido (COD) – um indicador de matéria orgânica, esgoto não tratado e algas. Se por um lado a tecnologia ainda não substitui a precisão das coletas locais para apontar os valores exatos de concentração, por outro ela entrega um quadro amplo e contínuo das áreas mais críticas e impactadas pela ação humana. Desenvolvido com apoio da FAPESP, o estudo foi publicado em agosto no International Journal of Remote Sensing . Como explica Cláudio Clemente Faria Barbosa , coordenador do Laboratório de Instrumentação de Sistemas Aquáticos ( LabISA-Inpe ) e coautor do artigo, a presença de uma pequena quantidade de matéria orgânica na água é importante, pois funciona como alimento para as bactérias reciclarem elementos essenciais à vida aquática. “Mas seu excesso provoca a redução do oxigênio na água, o que pode levar à mortandade de peixes quando os níveis de poluição são elevados”, afirma o professor do programa de Pós-Graduação em Sensoriamento Remoto. Ainda segundo o pesquisador, a quantidade de matéria orgânica e a de carbono dissolvido na água estão intimamente ligadas e, portanto, medir a primeira permite calcular a segunda de forma indireta. Os autores destacam que a poluição no entorno da represa desequilibra o ciclo natural do carbono, pois o excesso de resíduos aumenta a emissão de gases de efeito estufa (como metano e CO2) para a atmosfera. Por transformar o reservatório em uma fonte emissora, esse monitoramento torna-se essencial no atual cenário de mudanças climáticas. Além disso, o aumento das temperaturas e dos ciclones extratropicais produzem ventos que causam a desestratificação da coluna d’água – ou seja, a quebra das camadas naturais que separam as águas mais quentes e ricas em oxigênio, em geral mais próximas à superfície, das mais frias e pobres em oxigênio, do fundo. O desequilíbrio contribui para a rápida disponibilização de nutrientes e a intensa floração de algas. Com o uso de um espectrorradiômetro, o pós-graduando do Inpe Renato Martins mede o quanto a luz do sol penetra e reflete na água do reservatório de Funil ( foto: Claudio Barbosa ) Este foi o segundo trabalho da equipe do LabISA com foco na Billings, represa construída há mais de cem anos e de relevância estratégica para a Região Metropolitana de São Paulo, por sua contribuição para o abastecimento urbano, a produção de energia elétrica e a contenção de enchentes. Em 2023, o grupo publicou outro artigo descrevendo um método para mapear cianobactérias no reservatório, também a partir de imagens de satélite. Encontradas naturalmente em rios e lagos, as cianobactérias possuem um pigmento azulado – a ficocianina (por isso também são conhecidas como algas azuis) – e podem ser neurotóxicas para humanos, peixes e aves quando presentes em grandes quantidades. Em ambos os estudos, foram desenvolvidos algoritmos capazes de estimar a presença dos constituintes da água a partir dos padrões da luz refletida pela represa. A cor registrada por imagens de satélite é convertida em medidas que permitem calcular a concentração de pigmentos e associá-la à qualidade do reservatório em larga escala. O carbono, em especial, foi calculado a partir da estimativa da matéria orgânica dissolvida colorida (CDOM), de coloração cinza-escura (cor de chá), que é a parte da matéria orgânica que absorve radiação eletromagnética e pode ser medida por imagens de satélite. “Há outra parte da matéria orgânica que passa pelo que chamamos de branqueamento [perda de cor pela ação do sol] e não interage mais com a luz, então não dá para estimar diretamente por sensoriamento remoto”, explica o engenheiro ambiental e sanitarista Daniel Andrade Maciel , pesquisador do Inpe e autor correspondente do artigo mais recente. “Mas podemos calcular essa proporção.” O monitoramento por meio de imagens de satélite supera as dificuldades e os custos de realizar coletas manuais frequentes em áreas muito extensas. De acordo com os pesquisadores, a Billings é um exemplo de reservatório eutrofizado, ou seja, que apresenta alta concentração de nutrientes na água – por causa do despejo direto de esgotos, da presença de elementos de fertilizantes químicos, da decomposição de algas, folhas, galhos e material orgânico provenientes da Serra do Mar. Com isso, ela representa um bom estudo de caso, replicável em outros ambientes aquáticos eutrofizados do Brasil e de outros países tropicais. Embora essas medições já sejam realizadas em outros países, principalmente do Hemisfério Norte, havia o desafio de se mapear o carbono por meio do CDOM em um reservatório tropical e eutrofizado. “Quando há alta concentração de nutrientes e luz solar, ocorre um crescimento excessivo de algas. É mais complicado estimar o carbono, principalmente em condições de floração, porque as algas absorvem o mesmo tipo de luz [na mesma região espectral ou comprimento de onda] da matéria orgânica dissolvida colorida, dificultando as estimativas”, diz Maciel. Há uma sequência de etapas similares no desenvolvimento de um modelo como esse, seja para monitorar carbono, cianobactéria ou floração de algas (medida por meio da clorofila), explicam os pesquisadores. Primeiro, é necessário ir a campo coletar e registrar os dados in situ . Uma vez no local, mede-se em pontos determinados e com equipamentos específicos (chamados espectro-radiômetros) a luz solar que incide sobre a superfície da água (irradiância) e a que é refletida de volta (radiância) – o quanto retorna para o sensor a bordo do satélite. As informações revelam como os componentes da água absorvem ou espalham a luz e, assim, eles são identificados. O trabalho de campo em geral ocorre ao longo de quatro ou cinco dias seguidos, incluindo o dia e o horário em que o satélite estiver passando sobre o local, a 700 quilômetros de altitude, para a validação posterior do modelo. “Os satélites que usamos passam por volta das 10h30 da manhã. Fazemos sempre uma série de medidas entre as 10h da manhã e as 2h da tarde, em todos os dias de campo. Com isso, temos medidas para validações bem próximas da passagem do satélite”, conta Barbosa. Para medir o coeficiente de absorção da matéria orgânica dissolvida, a amostra da água é colocada em uma caixinha transparente (cubeta de quartzo) de 10 centímetros após passar por um filtro com poros de 0,22 micrômetros. O equipamento emite um feixe de luz de um lado da cubeta e verifica quanto saiu do outro lado, depois de atravessar pela amostra de água que contém a matéria orgânica dissolvida. “Quando o equipamento emite, por exemplo, 100 fótons e chegam à outra ponta da cubeta 40 fótons, posso calcular o quanto aquela água absorveu de radiação eletromagnética em vários comprimentos de onda”, conta Maciel. “A diferença é o que chamamos de coeficiente de absorção do CDOM. É esse valor que conseguimos relacionar depois com as informações do sensoriamento remoto. Após estimar a matéria orgânica dissolvida colorida, o modelo faz uma relação linear com o carbono orgânico dissolvido.” Barbosa diz que o modelo ainda deverá ser refinado antes de o monitoramento de carbono da Billings ser disponibilizado na plataforma Mapaquali , um projeto que também contou com apoio da FAPESP. No portal , serão disponibilizados os mapas da Billings, apontando locais com maior ou menor presença de matéria orgânica dissolvida colorida, de cianobactérias e de fitoplânctons (detectados a partir da clorofila). “Desenvolvemos um sistema automatizado que gera o mapeamento o tempo todo e atualiza a imagem a cada dois ou cinco dias, dependendo do satélite utilizado”, diz Barbosa. Em dias muito nublados, o mapeamento fica comprometido. Atualmente, já há no portal mapas de clorofila-a (pigmento que indica a presença de algas) e ficocianina (pigmento que indica a presença de cianobactérias) de seis reservatórios ao longo da cascata do rio Tietê, que é como os cientistas chamam o sistema de represas de hidrelétricas interligadas naquele curso d’água. A ideia dos pesquisadores agora é expandir a experiência para um modelo que abranja todo o Brasil, incluindo as águas costeiras e continentais. O trabalho partirá das informações reunidas em um grande banco de dados organizado por Maciel durante seu pós-doutorado, realizado com apoio da FAPESP sob a supervisão de Barbosa. Em artigo publicado na revista Scientific Data em julho de 2025, o grupo apresenta a base de dados que viabiliza essa análise da qualidade da água por sensoriamento remoto. Chamada de BRAZA, ela reúne informações sobre 2.895 medições em mais de 128 lagos, rios, reservatórios e águas costeiras em todas as regiões do país. O esforço contou com a colaboração de 17 instituições do Brasil e dos Estados Unidos. Os dados – abertos a toda a comunidade – estão disponíveis para o público . O artigo A new remote sensing-based algorithm for estimating dissolved organic carbon in an urban eutrophic reservoir pode ser acessado em: tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01431161.2026.2715139 .