MOnitoraggio delle acque del mar MEditerraneo mediante DAti Satellitari (MOMEDAS)

Nell'ambito del progetto sono state acquisite conoscenze specifiche nel campo dell’Ocean Color (OC), la branca del telerilevamento che si occupa di ottenere informazioni sulla distribuzione spazio-temporale dei costituenti bio-ottici e sulle rispettive concentrazioni, analizzando e discriminando le differenti firme spettrali di ciascuno di essi. Le proprietà ottiche del mare sono infatti fortemente dipendenti dai suoi costituenti (Figura 1) e dalla loro concentrazione.
È possibile distinguere tre costituenti principali (Figura 1):

1. fitoplancton: contribuisce al ciclo del carbonio e alla produzione primaria, risultando così l'elemento principale alla base della catena alimentare marina; la concentrazione del suo pigmento principale, la clorofilla-a (Chl-a), risulta essere l’indicatore del contenuto di biomassa di fitoplancton e funge da parametro indicatore della qualità di un bacino marino;
2. SSM (Solid Suspended Material): materiali inorganici in sospensione;
3. CDOM (Cromophoric Dissolved Organic Matter): sostanza organica disciolta;

ai quali, ovviamente, nel caso di misure satellitari, si sommano il contributo dovuto alla presenza dell’acqua pura nonché dei fondali, in caso di acque poco profonde. Nelle acque di caso 1 (mare aperto) il costituente dominante è il fitoplancton e i contributi di sostanza organica disciolta e materiale in sospensione sono trascurabili. Nelle acque di caso 2 (acque costiere) solitamente vi è un’eterogeneità dei tre costituenti, con percentuali variabili a seconda delle condizioni meteorologiche e morfologiche del sito di interesse.
Dati e tecniche satellitari sono stati già utilizzati per lo studio di parametri connessi a processi in atto sulla superficie del mare (Bosc et al., 2004; Krishna and Rao, 2008). Essi presentano il vantaggio, rispetto alle tecniche che si basano su misure in situ, di coprire aree più vaste in tempi minori, a costi relativamente bassi (Volpe et al., 2012). In particolare, l’insieme delle metodiche sviluppate a partire da misure effettuate in banda ottica, che cioè si basano principalmente sul diverso colore che la superficie del mare può assumere in base alla variazione del contenuto di uno o più parametri biologici, rientra nell’ambito dell’Ocean Color. Tra i prodotti bio-ottici OC sviluppati negli anni quello più maturo e in grado di dare indicazioni sullo status delle acque è la clorofilla-a (Massi et al., 2011), che si configura come il costituente più importante degli elementi che determinano il colore del mare, in quanto è il responsabile principale della fotosintesi marina e di conseguenza della relativa produttività primaria. Nel caso di acque di caso 1 la materia in sospensione è in gran parte composta da fitoplancton, che è un insieme di organismi fotosintetici contenenti clorofilla.

La clorofilla è un pigmento che assorbe la luce alle lunghezze d’onda del rosso (0.6-0.7 µm) e del blu (0.4-0.5 µm) e riflette quella nel verde (0.5-0.6 µm), il che ne spiega il colore. Ecco perché le informazioni relative al colore del mare che arrivano al satellite permettono, tramite algoritmi specifici, di risalire alla concentrazione superficiale di clorofilla (e quindi alla presenza di fitoplancton). In sostanza, le misure di Chl-a sono fondamentali per studiare le dinamiche dell’ecosistema marino, per simulare la produzione primaria del mare e per valutare gli effetti dei cambiamenti ambientali e delle attività antropiche sullo stato di salute del mare stesso (Uitz et al., 2011; Lapucci et al., 2012). Alla clorofilla a si accoppiano le misure della variazione della temperatura superficiale del mare (SST), che influenza fortemente il ciclo di vita dei parametri organici presenti nelle acque. Essa può essere investigata, con accuratezza e continuità su aree vaste, attraverso misure satellitari nell’infrarosso termico.

La SST, a differenza della concentrazione di clorofilla, è un parametro che, per le sue caratteristiche intrinseche, tende ad un uniformarsi nello spazio e nel tempo con velocità maggiore; questo significa che è difficile osservare sensibili variazioni di temperatura da una zona all’altra a meno che non si verifichino situazioni di stress ambientale particolarmente gravose, in grado di influenzare inesorabilmente la temperatura non lasciando spazio a fenomeni di scambio termico. Infine, un uso opportuno e combinato di misure sia nel visibile che nell’infrarosso può garantire l’individuazione dell’eventuale presenza di sversamenti di idrocarburi in mare.

Figura 1. Contributi fondamentali al segnale misurato da un sensore satellitare in caso di acquisizioni nel visibile: a) materiale solido in sospensione, b) acqua pura, c) sostanza organica disciolta, d) fondale, e) fitoplancton.