2 BACHILLERATOCIENCIAS DE LA TIERRA Y EL MEDIO AMBIENTE CENTRO DE ESTUDIOS CIMAG

TEMA 3. NUEVAS TECNOLOGAS EN LA INVESTIGACIN DEL MEDIO AMBIENTE1. INTRODUCCIN Entre las principales tecnologas empleadas en los estudios del medio ambiente se encuentran los sistemas informticos de simulacin ambiental, la teledeteccin, el GPS, los SIG y otros sistemas telemticos que estn proporcionando una visin global del planeta al permitir el manejo de cantidades ingentes de informacin y el desarrollo de modelos predictivos que facilitan la toma de decisiones.2. SATLITES METEOROLGICOS Y DE INFORMACIN AMBIENTAL - Satlites meteorolgicos. Envan informacin sobre las condiciones atmosfricas y son una herramienta fundamental para la prediccin del tiempo. Son geoestacionarios, es decir, su movimiento est sincronizado con el de rotacin de la Tierra, por lo que parecen inmviles y siempre observan la misma zona. Se sitan a gran altitud (36.000 Km) por lo que sus imgenes abarcan zonas muy amplias. El ms conocido es el meteosat que enva imgenes de Europa cada 30 con una resolucin de un cuadrado de 2,5 Km de lado. - Satlites de informacin medioambiental. Se emplean para conocer las caractersticas de la superficie terrestre. Cuentan con sensores multiespectrales, por lo general, con tres canales para el espectro visible (rojo, verde y azul) y uno o ms para el infrarrojo. Son heliosncronos. Giran alrededor de la Tierra en una rbita desde la que van barriendo distintas reas de la superficie terrestre. Sobrevuelan cada punto siempre a la misma hora. Se sitan a menor altitud (800-1.500 Km) que los geoestacionarios, por lo que las imgenes son de mayor precisin y el rea observada es mucho menor. Destacan los Landsat 5 y 7 con sensor TM (Thematic mapper) que presenta tres bandas para el visible (R, G, B) y cuatro bandas para el IF. Tienen una resolucin de 30 m lo que significa que el mximo detalle de la imagen corresponde a un cuadrado (pxel) de 30 m de lado. Son los satlites utilizados por el programa GLOBE.3. GPS. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL Ideado con fines militares en EE.UU., actualmente, se usa con fines civiles, sobre todo para navegacin. Es un sistema constituido por 28 satlites situados a 20.200 Km. de altitud, que van provistos de relojes atmicos muy precisos.Funcionamiento del sistema: - Los satlites emiten seales muy precisas que son recogidas por los receptores GPS. stos, por triangulacin, determinan las coordenadas y la altitud en cada momento. - Para que el GPS funcione son necesarias, al menos, las seales de tres satlites de los 28 del sistema. - Debido a su utilidad militar y por motivos de seguridad se introduce un pequeo error (hasta 30 m.) para evitar fines no deseados. Aplicaciones: Su uso principal es la navegacin terrestre y martima. Permite establecer rutas, conocer la velocidad y la direccin en la que nos movemos, pilotar automticamente embarcaciones etc. Las principales aplicaciones en la gestin ambiental son: - Elaboracin mapas (cartografa) y planificacin del territorio. - El posicionamiento de puntos de inters (vertidos de contaminantes, incendios forestales, rescates, plagas, ) - Tareas de seguimiento de animales en peligro de extincin, rutas migratorias, etc. El sistema ruso Glonass - GLONASS es un Sistema Global de Navegacin por Satlite (GNSS) desarrollado por Rusia y que representa la contrapartida al GPS estadounidense y al futuro Galileo europeo. - Consta de una constelacin de 24 satlites (21 en activo y 3 satlites de repuesto) situados en tres planos orbitales con 8 satlites cada uno y siguiendo una rbita inclinada de 64,8 con un radio de 25 510 kilmetros. La constelacin de GLONASS se mueve en rbita alrededor de la tierra con una CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES 4 altitud de 19 100 kilmetros (algo ms bajo que el GPS) y tarda aproximadamente 11 horas y 15 minutos en completar una rbita. - El sistema est a cargo del Ministerio de Defensa de la Federacin Rusa y los satlites se han lanzado desde Tyuratam, en Kazajistn.

El Sistema Galileo Es un sistema de posicionamiento de la UE que se esperaba que estuviera operativo en el ao 2008. Su uso civil permitir situar u objeto con menos margen de error que el GPS, slo 4 metros. Galileo es la iniciativa de la Unin Europea y la Agencia Espacial Europea, que acordaron desarrollar un sistema de radionavegacin por satlite de ltima generacin y de alcance mundial propio, que brindara un servicio de ubicacin en el espacio preciso y garantizado, bajo control civil. Galileo comprende una constelacin de 30 satlites divididos en tres rbitas circulares, a una altitud de aproximadamente 24.000 Km, que cubren toda la superficie del planeta. stos estarn apoyados por una red mundial de estaciones terrestres. El primer satlite fue lanzado el 28 de diciembre de 2005 y se espera que el sistema est completamente operativo a partir de 2010 (dos aos ms tarde de lo inicialmente previsto). Galileo ser compatible con la prxima generacin de NAVSTAR-GPS que estar operativa antes del 2012. Los receptores podrn combinar las seales de 30 satlites de Galileo y 28 del GPS, aumentando la precisin de las medidas.4. TELEDETECCIN Es la tcnica que permite la observacin a distancia y la obtencin de imgenes de la superficie terrestre desde sensores instalados en aviones o en satlites artificiales. 4.1. Componentes de un sistema de teledeteccina) Sensor. Situado en un avin o satlite. Son aparatos que detectan la energa del espectro de radiacin electromagntico emitida por un cuerpo. Muchos satlites incorporan sensores multiespectrales que detectan energa de diferentes longitudes de onda. b) Flujo de energa detectada por los sensores. Es la radiacin electromagntica que permite el funcionamiento del sistema. Dependiendo de la energa utilizada se distinguen dos tipos de sensores: Pasivos. Utilizan la energa emitida por el sol y reflejada por los elementos situados en la superficie terrestre. Esta energa procede del Sol, y es reflejada por la superficie terrestre, o bien absorbida y posteriormente emitida por los cuerpos (vegetacin, agua, puentes, carreteras, edificios,). Activos. Emiten radiacin y captan su reflejo, como el radar o el sonar.

c) Centro de recepcin. La imagen obtenida por el sensor (imagen analgica) se transmite a tierra en forma de imagen digital (cdigos de 1 y 0), donde son captadas por una antena. La informacin recibida es procesada mediante programas informticos y distribuida para su uso.4.2. Aplicaciones de la teledeteccin Permite obtener un gran nmero de imgenes y la observacin peridica de la superficie terrestre. Por lo que permite establecer comparaciones temporales y detectar variaciones en una zona concreta. Se utiliza para estudios de: avance y retroceso de hielos y desiertos, cambio climtico, agujero de ozono, meteorologa, riesgos de inundaciones, localizacin de bancos de pesca, identificacin de cultivos, etc.4.3. Fotografas areasSe obtienen desde un avin (tambin desde satlites). Utilizan la reflexin natural de la luz (captan el espectro de radiacin visible). Son imgenes de gran detalle y fcilmente interpretables al corresponder con la visin ocular normal. Pueden ser verticales (las ms utilizadas) que permiten la visin estereoscpica y oblicuas que se utilizan para imgenes de edificios y ciudades.La visin estereoscpica: Se realizan dos tomas del mismo territorio, en dos pasadas distintas y con diferente ngulo de incidencia, de forma similar a las imgenes tomadas por cada uno de nuestros ojos. Las dos imgenes del par tienen un recubrimiento de 2/3. La observacin se realiza con un estereoscopio y las imgenes que se ven reflejan el relieve real.4.4. Imgenes por satliteLos sensores utilizan las radiaciones del espectro que no son absorbidas por la atmsfera, sobre todo: - Regin central o zona visible. Aunque contiene los siete colores del arco iris, el ojo humano percibe el azul, el verde y el rojo. Se emplean en fotografas convencionales pancromticas (b/n) o en color. - Regin del infrarrojo. Dividida a su vez en tres zonas: Infrarrojo prximo. Usada en fotografa convencional con pelculas especiales y en sensores digitales. til para masas de vegetacin.

Infrarrojo medio. Solo con sensores digitales. Recoge el calor emitido por los objetos o medios cuando contienen humedad. Infrarrojo lejano o trmico. Calor emitido por la superficie terrestre previamente calentada por el Sol. Detecta presencia de seres vivos u otras fuentes de calor como incendios. Sirve para estudiar el cambio climtico. -Microondas. Utilizadas por los sensores de radar sirven para realizar imgenes de la superficie en situaciones especiales como cuando estn cubiertas de nubes, o en oscuridad. La resolucin de un sensor establece el tamao del pxel. Posteriormente, mediante programas informticos pueden visualizarse en forma de imgenes en blanco y negro o en color. Resolucin espectral del sensor Son las distintas longitudes de onda o bandas en las que es capaz de medir un sensor. La resolucin del sensor aumenta al hacerlo en nmero de bandas (longitudes de onda) en las que opera. Por ejemplo, Landsat 5 y 7 utilizan el sensor TN (Thematic mapper) que opera en siete bandas de espectro. Obtencin de imgenes en color Resultan de la combinacin en un programa informtico de las imgenes tomadas en tres bandas espectrales. A cada banda se le hace corresponder un color pudiendo obtener imgenes en color natural o en falso color. Las ms utilizadas son:- Color natural o RGB = 3 2 1Se toman las imgenes en gris de las bandas 3, 2 y 1 y se les asigna un color de la siguiente manera: Banda 3 (corresponde al color rojo) ROJO Banda 2 (corresponde al color verde) VERDE Banda 1 (corresponde al color azul) AZULCada pxel tendr un color definido por la combinacin de los tres anteriores. - Falso color, RGB = 4 3 2La correspondencia es la siguiente: Banda 4 (corresponde al IF prximo) ROJO Banda 3 (corresponde al color rojo) VERDE Banda 2 (corresponde al color verde) AZUL4.5. RadiometraEs una tcnica similar a la teledeteccin, pero que utiliza, fundamentalmente, la radiacin no visible (infrarroja) que emite el objeto en estudio.5. SISTEMAS INFORMTICOS DE SIMULACINSon programas informticos que permiten el anlisis y la elaboracin de modelos predictivos en los estudios ambientales. Constituyen el medio ms eficaz para probar distintas hiptesis acerca de procesos ambientales mediante la utilizacin de modelos de los sistemas ambientales. Uno de los programas de simulacin ambiental ms conocidos es el WORLD que fue presentado por el Club de Roma en 1970. Su finalidad era determinar el comportamiento del mundo utilizando cinco variables: poblacin, recursos (no renovables), alimentos producidos, contaminacin y capital invertido.Se simul con ayuda del ordenador la evolucin de la Tierra desde el ao 1900 hasta el 2100. Las conclusiones se expusieron en el libro Los lmites del crecimiento en donde se determinaba que no se puede mantener el actual ritmo de crecimiento, tanto de la poblacin como de la economa. El programa sufri numerosas crticas por la sencillez del modelo y fue mejorado con las versiones WORLD 2 y 3. Los programas de simulacin se aplican a estudios de calidad del aire, el estado de los bosques, clima, aguas subterrneas, gestin de recursos, etc. Las conclusiones de la versin WORLD 3 aparecen en el informe Ms all de los lmites del crecimiento (1991): Si se contina con la tendencia actual de crecimiento de la poblacin mundial, la industrializacin, la contaminacin, la produccin de alimentos y el consumo de recursos, los lmites del planeta se alcanzarn dentro de los prximos cien aos. El resultado sera un declive sbito de poblacin y de capacidad industrial. Si se modifican las variables el sistema puede llegar a estabilizarse. Es posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas de estabilidad ecolgica y econmica que pueden ser mantenidas por mucho tiempo en el futuro. Si los pueblos de la Tierra se deciden por esta segunda alternativa, cuanto antes se empiece a trabajar a favor de ella mayores sern sus posibilidades de xito. Las crticas a los modelos:- Son maltusianos: culpa al aumento de poblacin de todos los problemas ambientales y con ello a los pases del Sur que son, por otra parte, los que menos recursos consumen.

- Se trata de modelos, es decir, de versiones simplificadas de la realidad y representan tendencias posibles no evolucin real. 6. PROGRAMAS DE COOPERACIN INTERNACIONAL EN LA INVESTIGACIN AMBIENTAL Son sistemas telemticos que se basan en la interconexin entre muchos ordenadores mediante una red de intercambio de informacin, con un objetivo comn. Los datos se toman a travs de sensores o con instrumentos de medida convencionales, se digitaliza la informacin y se manda almacena y transmite a travs de la red. Entre los programas de colaboracin internacional ms importantes para nosotros se encuentran los SIG y el GLOBE.6.1. Sistemas de informacin geogrfica. SIG Es un programa de ordenador que contiene datos de la misma porcin de un territorio organizados de forma geogrfica.Caractersticas: - Los datos proceden de imgenes desde aviones o satlites (teledeteccin) o de fuentes convencionales (mapas geogrficos, litolgicos, ) - Se representan en capas superpuestas en las que se describen la hidrologa, la litologa, la pendiente, infraestructuras, etc. de la zona de estudio. Tambin se incorporan datos cualitativos no representables en mapas (catastrales, censales,) - La informacin se distribuye dividiendo el espacio en celdillas determinadas por coordenadas geogrficas. Cada celdilla contiene la informacin correspondiente de los datos anteriores. Utilidad: - Se utilizan para estudios ambientales de: prevencin de riesgos, ordenacin del territorio, gestin de recursos, deteccin de impactos, etc. - Sirven, adems, para realizar simulaciones si se quiere llevar a cabo alguna modificacin en el territorio. 6.2. El programa GLOBE En castellano son las iniciales de Aprendizaje y Observaciones Globales en Beneficio del Medio Ambiente. - Es un programa de colaboracin entre cientficos (NASA y otros Centros y universidades americanos) y escuelas de primaria y secundaria de todo el planeta, que comenz en 1995. - Su objetivo es registrar datos desde las escuelas de todo el mundo relativos a parmetros ambientales (hidrologa, atmsfera, suelo y vegetacin) segn protocolos establecidos por los cientficos. - Los datos se toman en el entorno del centro educativo y su posicin se localiza con el GPS. Estos datos se introducen en la pgina www.globe.org tras ser sometidos a un filtro de veracidad. Con ellos se construye una base de datos ambientales mundial, y se elaboran mapas, grficos, etc. que pueden ser utilizados por todos los participantes en el programa. - El programa tambin pretende aumentar el grado de conciencia de los estudiantes sobre los problemas ambientales, familiarizarles con las nuevas tecnologas, mejorar el aprendizaje en las materias cientficas e incrementar el conocimiento de la Tierra.