Ant Juodosios jūros krantų plytintis Razelmo ežeras yra didžiausios Europos pelkės ir pasaulio paveldo vietovės – Dunojaus deltos – dalis.
Iš arti ir iš toli
Tyrėjai dalyvauja ES finansuojamame projekte pavadinimu CERTO, kuriuo stebima vandens kokybė pakrantėse ir vietose, kuriose vyksta perėjimas tarp gėlo ir sūraus vandens, pavyzdžiui, mariose, žiotyse ir didelėse upėse. Komanda gauna žinių ne tik iš vandens transporto, bet ir iš kai ko daug tolimesnio: palydovinio tinklo.
„Tradiciškai žmonės vyko laivais ir ėmė mėginius“, – sakė profesorius Steve Groom, CERTO koordinatorius ir mokslo / žemės stebėjimo vadovas Plimuto jūrų laboratorijoje Jungtinėje Karalystėje. „Bet tai brangu ir jie negali būti visose vietose palei pakrantę tą pačią dieną. Mes pereiname prie palydovų naudojimo, kad papildytume stebėjimą in situ“.
Razelm-Sinoe marios XX a. aštuntajame dešimtmetyje buvo beveik uždarytos nuo Juodosios jūros vykdant planą sukurti gėlo vandens šaltinį žemės ūkiui.
Šiuo metu jos turi tik vieną įėjimą į jūrą. Ribota vandens apykaita su jūra ir mineralinių bei maistinių medžiagų nuotėkis iš netoliese esančių ūkių XX a. 10-ajame dešimtmetyje paskatino pernelyg didelį augalų ir dumblių augimą bei sumažino deguonies kiekį, o tai pakenkė žuvims ir laukinei gamtai mariose.
Marių įvairovė, įskaitant įvairų vandens gylį ir druskingumo lygį, paverčia ją vertinga tyrimų vieta – ir susidomėjimas yra ne tik akademinis. Sveikos pakrančių vandenų būklės užtikrinimas yra gyvybiškai svarbus tiek ekosistemoms, tiek žmonėms, kurie pragyvena iš tokios veiklos kaip žvejyba, ūkininkavimas ir turizmas.
Pagalba iš dangaus, kurią gauna CERTO tyrėjai, ateina per „Copernicus“, Žemės stebėjimo dalį ES kosmoso programoje. „Copernicus“ naudoja palydovinius duomenis vandens kokybei ir kiekybei stebėti.
„CERTO atkreipia dėmesį į palydovinių duomenų naudojimą“, – sakė Adriana Maria Constantinescu, Razelm-Sinoe marių atvejo tyrimo techninė vadovė. „Galime gauti geros kokybės duomenis iš palydovinių vaizdų, o darbas, kurį atliekame in situ, padeda tobulinti algoritmus“.
Vandens spalvos
CERTO naudoja vietos matavimus ir palydovinio stebėjimo duomenis iš šešių vietų. Tarp jų yra visame pasaulyje garsi Venecijos lagūna Italijoje ir Kuršių marios Lietuvoje.
Projektu, kuris turėtų baigtis rugsėjį po beveik ketverių metų, tiriami vandens klasifikavimo būdai.
„Techninis terminas yra optiniai vandens tipai, tačiau tai yra tiesiog būdas pasakyti „šis vanduo yra šiek tiek drumzlinas“ arba „ši sritis yra graži ir mėlyna“, – teigė Groom.
Šis terminas vandens telkinius skirsto į kategorijas pagal jų atspindimos šviesos spalvą.
Pavyzdžiui, drumstuose žaliuose tvenkiniuose yra daugiau organinių medžiagų, tokių kaip dumbliai, nei skaidriuose tvenkiniuose, ir jie atspindi mažiau mėlynos šviesos. Drumstas vanduo taip pat rodo maistinių medžiagų perteklių, kuris gali būti žalingas žuvims ir laukinei gamtai.
Taip palydovų naudojimas siekiant išmatuoti, kiek šviesos atspindi vandens telkiniai, gali padėti nustatyti jų būklę be poreikio išvykti laivu ir paimti mėginių. Tai taip pat suteikia mokslininkams duomenų bazę, kuria jie gali remtis analizuodami vandenis, priskiriamus tam pačiam tipui.
„Vertė yra ta, kad nebūtinai turite atlikti in situ matavimus, kad patvirtintumėte savo algoritmus visur“, – sakė Groom. „Bandome pereiti nuo ežerų iki vandenynų ir sugalvoti bendrą vandens tipų rinkinį visiems tiems vandenims“.
Naudotojui patogi informacija
CERTO taip pat siekiama, kad mokslininkams būtų lengviau pasinaudoti turima informacija apie vandens kokybę ir užpildyti esamas duomenų spragas.
Šiuo metu informaciją apie vandens kokybę teikia trys „Copernicus“ tarnybos, kurių kiekviena naudojasi skirtingais metodais, todėl mokslininkams sunku susidaryti bendrą vaizdą. Be to, kai kurių sričių, pavyzdžiui, tarpinių vandenų, visiškai neapima jokia tarnyba.
Projekto palikimas bus prototipinė programinė įranga, kurią galima „prijungti“ prie esamų „Copernicus“ tarnybų, taip pat populiari atvirojo kodo programinė įranga SNAP, kuri plačiau naudojama mokslinių tyrimų bendruomenėje.
Constantinescu, Razelm-Sinoe tyrimo vadovė, tikisi, kad CERTO darbas paskatins daugiau tyrimų mariose. Nendrynų filtravimo savybės arba jų vaidmuo slopinant vėjo keliamas bangas gali būti tam tikri gamtiniai sprendimai, tiriami siekiant kovoti su pakrančių erozija.
Gyvybiškai svarbus požeminis vanduo
Palydoviniai duomenys taip pat naudojami Europos požeminiam vandeniui stebėti.
ES finansuojamu projektu G3P stebimi gyvybiškai svarbaus požeminio vandens išteklių pokyčiai per trejus metus iki 2022 m.
Projekte buvo naudojami duomenys tiek iš „Copernicus“, tiek iš bendros JAV ir Vokietijos palydovinės misijos GRACE, kuri nuo jos pradžios 2002 m. pakeitė mokslininkų požiūrį į tai, kaip vanduo juda ir yra saugomas planetoje.
„Požeminis vanduo yra vienas iš pagrindinių žmonijos išteklių“, – tvirtino profesorius Andreas Güntner, koordinavęs G3P ir dirbantis GFZ Vokietijos geomokslų tyrimų centre Potsdame.
Požeminis vanduo sudaro beveik trečdalį visų gėlo vandens išteklių visame pasaulyje. ES jis užtikrina 65 % geriamojo vandens ir ketvirtadalį drėkinimo vandens žemės ūkyje.
Požeminį vandenį tarptautinė nevyriausybinė organizacija, žinoma kaip Globali klimato stebėjimo sistema, taip pat paskelbė esminiu klimato kintamuoju – kritiniu rodikliu, kaip keičiasi Žemės klimatas.
„Copernicus“ kol kas neteikia nuoseklių pasaulinių duomenų apie požeminio vandens išteklius ir jų vystymąsi.
Duomenų stebuklai
G3P komanda sukūrė naują duomenų rinkinį, kad užpildytų šią spragą.
Tyrėjai rėmėsi informacija iš GRACE, kuri turėjo du palydovus. Pradinė GRACE misija truko 15 metų, o 2018 m. prasidėjo tolesnis stebėjimas.
Atstumas tarp dviejų palydovų nuolat kinta priklausomai nuo masių pasiskirstymo žemiau jų. Pavyzdžiui, palydovui artėjant prie sunkiųjų masių, tokių kaip kalnai, ledo sluoksniai ir dideli požeminio vandens ištekliai, jis pagreitėja ir atstumas nuo kito palydovo padidėja.
Stebėdami erdvėlaivio gravitacinį stūmimą ir traukimą, kai jis skrenda per skirtingus kraštovaizdžius, mokslininkai sugebėjo nustatyti vandens pasiskirstymą ant Žemės paviršiaus ir po juo bei kaip jis keičiasi.
Žinoti daugiau apie požeminio vandens atsargas, jų pokyčius ir tai, kaip juos veikia žmogaus veikla, pavyzdžiui, ūkininkavimas, yra labai svarbu, nes šalys siekia apskritai pagerinti vandens išteklių valdymą.
„Kai kuriose pasaulio vietose vandens paėmimas iš vandeningųjų sluoksnių drėkinimui lėmė didesnį pašalinimą nei papildymą, kitaip tariant, netvarų naudojimą“, – sakė Güntner. „Pirmasis globaliu stebėjimu pagrįstas požeminio vandens duomenų rinkinys yra tikrai nuostabus dalykas“.
Vis dėlto dar reikės atlikti daug daugiau mokslinių tyrimų, kad būtų galima geriau panaudoti duomenų rinkinį.
„Kitas žingsnis yra nuodugni požeminio vandens duomenų, kuriuos gavome siekdami suprasti, kaip per pastaruosius 20 metų pasikeitė požeminio vandens ištekliai, kaip šie pokyčiai gali būti susiję su klimato kaita, besikeičiančiais krituliais ir kiek tai susiję su žmogaus įsikišimu, analizė“, – teigė Güntner.
Šiame straipsnyje paminėti tyrimai buvo finansuoti ES lėšomis. Straipsnis buvo publikuotas ES mokslinių tyrimų ir inovacijų žurnale „Horizon“.
