دانشمندان میخواهند تمام رودخانههای زمین را از فضا زیر نظر بگیرند
بیشتر مردم تنها زمانی به رودخانهها فکر میکنند که یک رودخانه طغیان کرده باشد یا در حال خشک شدن باشد. اما رودخانهها همهچیز را به یکدیگر متصل میکنند؛ از اقیانوسها و جو زمین گرفته تا چشماندازهای طبیعی و شهرهایی که میلیاردها نفر برای تأمین آب خود به آنها وابسته هستند.
مشکل اینجاست که بسیاری از رودخانههای جهان در مناطق دورافتاده قرار دارند، مطالعه نشدهاند و نظارت منظم بر آنها بسیار دشوار است. اما این شرایط در حال تغییر است.
یک مقاله علمی جدید نشان میدهد که فناوری سنجش از دور ماهوارهای به مرحلهای رسیده است که میتواند به دانشمندان امکان دهد کیفیت آب و سلامت رودخانهها را در مقیاسی واقعاً جهانی بررسی کنند.
این پژوهش بهصورت مشترک توسط دونگمی فنگ، استاد مهندسی محیطزیست در دانشگاه سینسیناتی، شیائو یانگ از دانشگاه متودیست جنوبی و گروهی از متخصصان هیدرولوژی از سراسر جهان انجام شده است.
این مطالعه از یک رویکرد جدید در علم رودخانهها حمایت میکند؛ رویکردی که تصاویر ماهوارهای، تحلیل طیف نور و مدلسازی رایانهای را با یکدیگر ترکیب میکند.
هدف این است که رودخانهها دیگر فقط بهعنوان پدیدههای محلی بررسی نشوند، بلکه بهعنوان بخشی از یک سامانه بههمپیوسته در مقیاس سیارهای مطالعه شوند.
چرا مطالعه رودخانهها دشوار است؟
رودخانهها در نگاه اول پدیدههایی ساده برای ردیابی به نظر میرسند؛ آنها بزرگ هستند، در سراسر جهان وجود دارند و قرنهاست نقشهبرداری شدهاند. اما واقعیت بسیار پیچیدهتر است.
فنگ میگوید: «رودخانهها، بهویژه جریانهای کوچک آب، بسیار دشوار برای تعریف هستند. آنها تغییرپذیرند و ممکن است بهصورت دورهای جریان داشته باشند.»
بسیاری از رودخانهها ممکن است برای ماهها یا حتی سالها خشک بمانند و تعداد بیشماری از آبراهههای کوچک نیز از نظر فیزیکی غیرقابل دسترس هستند. حتی تعیین اینکه در یک زمان مشخص چه چیزی را میتوان رودخانه نامید، پرسشی ساده نیست.
روشهای سنتی پایش رودخانهها، یعنی اعزام پژوهشگران با تجهیزات برای جمعآوری نمونهها، برای رودخانههای بزرگ نزدیک شهرها عملکرد مناسبی دارد، اما امکان گسترش آن در مقیاس جهانی وجود ندارد. این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا اتفاقاتی که در رودخانههای دورافتاده رخ میدهد، تنها به همان منطقه محدود نمیشود.
رودخانهها رسوبات، مواد مغذی و آلایندهها را به سمت پاییندست و مصبها منتقل میکنند؛ مناطقی که محل پرورش ماهیها و زیستگاه بسیاری از موجودات دریایی هستند. آنچه هزاران کیلومتر دورتر در یک رودخانه وارد آب میشود، در نهایت بر اقیانوسها تأثیر میگذارد.
فنگ توضیح داد: «در این مقاله، ما از این ایده حمایت میکنیم که رودخانهها باید هم در مقیاس جهانی و هم بهصورت جداگانه مطالعه شوند.»
او افزود: «هر رودخانه منحصربهفرد است و ویژگی آن توسط آبوهوای خاص، محیط اطراف و میزان تأثیر فعالیتهای انسانی تعیین میشود.»
ماهوارهها چه چیزهایی را درباره رودخانهها مشاهده میکنند؟
فناوریای که امکان چنین کاری را فراهم میکند، بر پایه شناسایی تغییرات در طیف نور بازتابشده از سطح آب عمل میکند.
مواد مغذی مختلف و آلایندهها باعث تغییر در نحوه جذب و بازتاب نور توسط آب میشوند؛ تغییراتی که ماهوارهها میتوانند از مدار زمین شناسایی کنند.
ترکیب این فناوری با مدلسازیهای رایانهای، روشی ایجاد میکند که به کمک آن میتوان کیفیت آب را از راه دور، بهصورت پیوسته و در مقیاسی بررسی کرد که هیچ سیستم پایش زمینی قادر به رسیدن به آن نیست.
یانگ گفت: «این هدفی بلندپروازانه خواهد بود، اما ارزش تلاش را دارد.»
پیامدهای این فناوری تنها به تحقیقات علمی محدود نمیشود. رودخانهها منبع اصلی آب آشامیدنی برای شهرهای سراسر جهان هستند.
حدود ۹۰ درصد جمعیت جهان در فاصله کمتر از شش مایل از یک رودخانه زندگی میکنند. بنابراین، رودخانهها یکی از دلایل اصلی شکلگیری بسیاری از سکونتگاههای بزرگ انسانی هستند.
فنگ اشاره کرد: «هر شهر بزرگ یک رودخانه دارد که هویت آن را شکل میدهد. رودخانهها منابع ضروری مورد نیاز برای رشد شهرها را فراهم کردهاند.»
مشکل شکوفایی جلبکها در رودخانهها
یکی از مهمترین کاربردهای این نوع پایش، شناسایی شکوفایی جلبکی است.
این فرآیند برای بومشناسان شناختهشده است. زمانی که مقدار زیادی مواد مغذی ناشی از کودهای کشاورزی، فاضلاب یا روانآبهای کشاورزی وارد آب میشود، جلبکها بهسرعت تکثیر میشوند.
این تودههای جلبکی سطح آب را میپوشانند، نور خورشید را مسدود میکنند و باعث مرگ گیاهان آبزی در زیر سطح آب میشوند.
پس از مرگ جلبکها، باکتریهایی که از مواد مرده تغذیه میکنند، اکسیژن آب را مصرف میکنند و مناطق مرده کماکسیژن ایجاد میشود؛ مناطقی که میتوانند باعث مرگ گسترده ماهیها شوند.
این چرخه که «یوتریفیکاسیون» یا غنیشدن بیش از حد آب از مواد مغذی نام دارد، میتواند آسیب شدیدی به اکوسیستمهای رودخانهها و دریاچهها وارد کند.
پیامدهای شکوفایی جلبکی برای سلامت انسان
تأثیرات این پدیده بر سلامت انسان مستقیم است. سیانوباکتریهای سمی موجود در شکوفاییهای جلبکی میتوانند باعث ایجاد جوشهای پوستی، حالت تهوع و حتی آسیبهای کبدی یا عصبی شوند.
تأسیسات تصفیه آب ممکن است مجبور به تعطیلی شوند. بخشهای وسیعی از آبراههها نیز برای شنا، قایقرانی یا هر نوع فعالیت تفریحی دیگر ناامن میشوند.
تصفیه آبی که حاوی جلبکهای سمی است، به فرآیندی پیچیده و چندمرحلهای با هزینه بالا نیاز دارد.
فنگ گفت: «ما میتوانیم با مطالعه پویایی مواد مغذی اطلاعات زیادی به دست آوریم. دستکم ۴۰ درصد رودخانههای ایالات متحده با مشکلات آلودگی ناشی از مواد مغذی مواجه هستند.»
برنامه او این است که ۵۰ سال دادههای جهانی مربوط به رودخانهها را بررسی کند تا مشخص شود مواد مغذی چگونه در سامانههای رودخانهای حرکت میکنند و در نهایت سیستمهای هشدار زودهنگامی توسعه یابد که بتواند پیش از آغاز شکوفایی جلبکی، مدیران منابع آب را مطلع کند.
شکلگیری یک حوزه علمی جدید برای پایش رودخانهها
پیشینه علمی فنگ در نقطه اتصال دو رشته قرار دارد؛ دو حوزهای که اکنون تازه در حال ترکیب کامل با یکدیگر هستند.
او دارای مدرک دکترا در زمینه مدلسازی هیدرولوژیک و سنجش از دور است و شرایط کنونی این حوزه را با نوعی هیجان توصیف میکند.
او گفت: «تا زمانی که مطالعه نکنید، نمیتوانید بدانید چه چیزی وجود دارد. سنجش از دور ماهوارهای ابزاری قدرتمند برای دستیابی به این هدف فراهم میکند.»
پایش تکتک رودخانههای زمین بهصورت جداگانه و در زمان واقعی هنوز وجود ندارد، اما ابزارهای لازم برای حرکت به سمت این هدف اکنون در دسترس هستند.
رودخانهها تمدن انسانی را شکل دادهاند. درک آنچه برای آنها اتفاق میافتد؛ برای همه آنها، نه فقط رودخانههایی که دسترسی به آنها آسان است، مدتهاست ضروری شده است.
این مطالعه در مجله علمی Nature Water منتشر شده است.
نتیجهگیری
پایش جهانی رودخانهها با استفاده از ماهوارهها میتواند راهی نوین برای شناخت کیفیت آب، کنترل آلودگی و حفاظت از منابع حیاتی زمین ایجاد کند. این فناوری امکان بررسی رودخانههایی را فراهم میکند که تاکنون از دید دانشمندان دور ماندهاند.
برای آشنایی بیشتر با فناوریهای نوین محیطزیستی، مقالات تخصصی ما را دنبال کنید.
