Os plásticos são sempre predominantes e têm sido uma parte indispensável das nossas vidas nos últimos 50 anos. Como resultado, a produção e o consumo excessivo desse material levaram a um aumento significativo na produção de plástico global e posterior descarte nas últimas duas décadas. No entanto, devido às más práticas de gestão de resíduos em todo o mundo, uma quantidade substancial de plásticos, variando de macro (> 25mm) a nano (<100nm), acaba em ecossistemas marinhos.

Em particular, os microplásticos são partículas de 1 a 5 mm que se originam principalmente de fontes primárias, como fibras têxteis, microesferas cosméticas e resíduos de fabricação, ou fontes secundárias, como a quebra de peças plásticas maiores [1]. Essas partículas de plástico ocorrem em diferentes composições químicas e possuem diferentes propriedades, flutuações e comprimentos de onda espectrais. Os polímeros microplásticos mais comumente encontrados incluem polietileno (PE), polipropileno (PP), policloreto de vinila (PVC), poliestireno (PS) e poliamida (PA), todos quebrados sob a influência da radiação UV, salinidade do mar e abrasão devido a por exemplo ondas [2].

As características espectrais únicas destes diferentes polímeros plásticos nos espectros de infravermelho próximo (NIR) e infravermelho de comprimento de onda curto (SWIR) são hoje amplamente utilizadas em processos de triagem óptica na indústria de resíduos [4]. Apesar disso, uma análise robusta e abrangente da extensão espacial dos polímeros de tamanho micro no ambiente marinho ainda é escassa devido à incapacidade das atuais ferramentas aéreas de avaliar de forma confiável os padrões e acumulações globais de distribuição [3]. Como resultado, há uma clara necessidade de avanços neste campo, uma vez que as imagens de sensoriamento remoto oferecem as altas resoluções temporais, espectrais e espaciais da superfície do oceano necessárias para quantificar a quantidade de poluição microplástica flutuante nas camadas superficiais do mar. Devido a um aumento na conscientização global e avanços na tecnologia, os pesquisadores agora estão envolvidos em uma variedade de projetos e estudos. Um dos estudos mais recentes neste campo examinou as propriedades ópticas dos microplásticos em correlação com a refletância aprimorada nas imagens da cor do oceano para melhorar a avaliação de sua detecção e quantificação nos comprimentos de onda visível e infravermelho. O estudo foi conduzido por Garaba e Dierssen e avaliou a refletância espectral de microplástico do Oceano Atlântico Norte. Eles descobriram que as refletâncias espectrais “poderiam ser representadas como um único espectro médio de volume com notáveis ​​características de absorção em ~ 931, 1215, 1417 e 1732 nm” [3]tendo assim similaridade aos espectros de polímeros conhecidos da indústria de resíduos.

 Figura 1: Refletância normalizada dos microplásticos colhidos em meio marinho, pelotas virgens de polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno tereftalato (PET), polietileno (PP) e polimetilmetacrilato (PMMA). Retirado de Garaba e Dierssen (2018)
Figura 1: Refletância normalizada dos microplásticos colhidos em meio marinho, pelotas virgens de polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno tereftalato (PET), polietileno (PP) e polimetilmetacrilato (PMMA). Retirado de Garaba e Dierssen (2018)

No entanto, outro factor crucial, nomeadamente a cor do oceano, deve ser tido em conta para uma avaliação bem sucedida dos padrões de abundância e distribuição de microplásticos nos mares e outras massas de água. Emberton e colegas deram uma visão geral dos sensores remotos multiespectrais e hiperespectrais para a cor do oceano em satélites [6] que também freqüentemente carregam outros instrumentos que são úteis para a detecção de plásticos marinhos. Um exemplo é o satélite Sentinel-3, que transporta o “Ocean and Land Cover Instrument” (OLCI). Este instrumento tem 21 bandas na faixa de 0,4 a 1,02 μm, mas o Sentinel-2 também transporta o Radiômetro de Temperatura da Superfície do Mar e da Terra (SLSTR) que compreende nove bandas no espectro de 0,55 a 12 μm [7]. Esses instrumentos permitem a aplicação de modelos de rastreamento de partículas, bem como levantamentos oceânicos em geral, levando a um modelo de refletância mostrando distribuições precisas de microplásticos marinhos. A Agência Espacial Européia (ESA) está respondendo ao problema da poluição por plásticos marinhos e ao potencial das técnicas de observação da Terra para determinar as acumulações e a distribuição desse gigantesco problema. Eles estão enfrentando o problema com o lançamento de seu novo programa ‘OptiMAL’ – que usa dados derivados dos instrumentos ORLI e SLSTR da Sentinel-3 para detectar não apenas os fragmentos macro, mas também os microplásticos que são suspenso nas camadas da superfície do mar [10]. Quando mais madura, essa abordagem de monitoramento será capaz de fornecer medições globais precisas e em tempo próximo e, assim, ser uma ferramenta poderosa no contexto científico. Espera-se que o ‘poder da imagem’ seja capaz de aumentar a consciência política e pública e, assim, aumentar a participação para mitigação e remediação de um problema global significativo.

Outra questão que precisa ser abordada é a observação mais detalhada de dinâmica oceânica e correntes de superfície marítima, em particular. Este é um fator que atualmente não é medido diretamente pelos sistemas existentes de observação da Terra [8]mas sim pelo monitoramento de bóias flutuantes. Nos mares, os microplásticos são, dependendo de sua flutuabilidade, flutuando na camada da superfície do mar ou suspensos na coluna de água [9]. A circulação oceânica global, impulsionada principalmente pelos cinco giros subtropicais, e as correntes costeiras permitem o transporte de longa distância dessas partículas em padrões complexos devido a variações sazonais e locais. Essas vias de circulação são responsáveis ​​pelos riscos associados à poluição por microplásticos marinhos devido à sua distribuição espacial e temporal.

Figura 2: Mapeamento de trilhas de pontos de lixo plásticos em oceanos globais. Retirado de ESA (2018)
Figura 2: Mapeamento de trilhas de pontos de lixo plásticos em oceanos globais. Retirado de ESA (2018)

Portanto, não há apenas a necessidade de desenvolver sensores de cor oceânica, bem como o confinamento da refletância espectral de diferentes tipos de microplásticos nos oceanos, mas também a Precisamos preencher a lacuna em nossas capacidades de observação do espaço para determinar as correntes da superfície do mar. Isto é particularmente válido para habitats de fronteira, como zonas frontais, que são conhecidas por serem pontos quentes de agregação de polímeros de superfície [3]. Um dos dois finalistas da proposta de ser o Explorer 9 da ESA, lançado em 2025, é a missão SKIM (Sea Surface Kinematics Multiscale Monitoring) desenvolvida pelo “Instituto Francês para Pesquisa Oceânica” (Ifremer). O SKIM é projetado para detectar e medir explicitamente as correntes da superfície do mar, o gelo, bem como as ondas, usando um inovador radar de banda Ka Doppler. Ele irá estimar o vetor de velocidade da superfície do oceano usando oceanografia Doppler satélite, bem como espectros de ondas do oceano. Esta nova era de avaliação da superfície da superfície do mar poderia melhorar significativamente a detecção de correntes de transporte de microplásticos e da dinâmica oceânica em geral, cobrindo não apenas os oceanos globais, mas também os mares regionais [19659046]. correntes simuladas e medições esperadas pelo SKIM (possível lançamento em 2025) e SWOT (com lançamento previsto para 2021). Fonte: Ifremer (2017).

Figura 3: Faixa SKIM vs SWOT: correntes simuladas e medidas esperadas pelo SKIM (possível lançamento em 2025) e SWOT (com lançamento previsto para 2021). Fonte: Ifremer (2017).
Figura 3: Faixa SKIM vs SWOT: correntes simuladas e medidas esperadas pelo SKIM (possível lançamento em 2025) e SWOT (com lançamento previsto para 2021). Fonte: Ifremer (2017).

Neste contexto, a necessidade de ciência interdisciplinar é mais importante do que nunca, a fim de reunir as peças para o quadro geral. A boa notícia é que mapas precisos de alta resolução e temporais da distribuição de microplásticos marinhos podem ser criados em um futuro próximo usando técnicas de sensoriamento remoto por satélite baseadas em dados de entrada de múltiplas fontes, como uma biblioteca espectral atualizada para plásticos marinhos em combinação com uma compreensão de dados atuais da superfície do mar em tempo próximo e detalhado. Esperamos que os recentes avanços no campo da Observação da Terra e o crescente apoio institucional para o desenvolvimento de aplicações estejam impulsionando as melhorias das técnicas de sensoriamento remoto espaciais para aumentar a conscientização global sobre a poluição por microplásticos marinhos.

Referências:

[1] Yonkos, L. T., Friedel, E. A., Perez-Reyes, A. C., Ghosal, S., & Arthur, C. D. (2014). Microplastics in four estuarine rivers in the Chesapeake Bay, USA. Environmental science & technology, 48(24), 14195-14202.[2] Goddijn-Murphy, L., Peters, S., van Sebille, E., James, N. A., & Gibb, S. (2018). Concept for a hyperspectral remote sensing algorithm for floating marine macro plastics. Marine Pollution Bulletin, 126, 255-262.[3] Garaba, S. P., & Dierssen, H. M. (2018). An airborne remote sensing case study of synthetic hydrocarbon detection using short wave infrared absorption features identified from marine-harvested macro-and microplastics. Remote Sensing of Environment, 205, 224-235.[4] Moroni, M., Mei, A., Leonardi, A., Lupo, E., & Marca, F. L. (2015). PET and PVC separation with hyperspectral imagery. Sensors, 15(1), 2205-2227.[5] Maximenko, N., Arvesen, J., Asner, G., Carlton, J., Castrence, M., Centurioni, L., … & Crowley, M. (2016, January). Remote sensing of marine debris to study dynamics, balances and trends. In Community White Paper Produced at the Workshop on Mission Concepts for Marine Debris Sensing.[6] Emberton, S., Chittka, L., Cavallaro, A., & Wang, M. (2015). Sensor capability and atmospheric correction in ocean color remote sensing. Remote Sensing, 8(1), 1.[7] ESA (2017) Sentinel online, user guides, available online: https://sentinel.esa.int/web/ sentinel/user-guides, accessed: 10.05.2018[8] Rodriguez, E., et al., 2016: Air-sea exchange drivers of climate variability, ocean circulation, and weather: a case for coincident observations of ocean surface winds and currents, white paper in response to ESAS 2017 RFI #2.[9] Zhang, H. (2017). Transport of microplastics in coastal seas. Estuarine, Coastal and Shelf Science.[10] ESA (2017) Investigating Detection of Floating Plastic Litter from Orbit, available online: https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/ESA_investigating_detection_of_floating_plastic_litter_from_orbit, accessed: 10.05.2018[11] Ifremer (2017) Sea surface Kinematics Multiscale monitoring: a proposal for ESA’s Earth Explorer 9, available online: http://www.umr-lops.fr/en/Projects/Active-projects/SKIM, accessed: 10.05.2018

Fonte:GISLounge
Autor: Claudia Windeck