NASA-sensor op het ruimtestation detecteert vervuiling voor de kust van Californië

Echte kleur Sentinel-2 afbeelding van de Tijuana-riviermonding en de kust van de oceaan. Deze afbeelding, verzameld op 24 maart 2023, toont een afvalwaterpluim. De locatie van het velddeployed spectroradiometer is aangegeven met een gele ster.

Een instrument dat is ontwikkeld bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory om mineralen op aarde in kaart te brengen, onthult nu aanwijzingen over de waterkwaliteit. Een recente studie ontdekte dat EMIT (Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) in staat was om tekenen van afvalwater in het water bij een strand in Zuid-Californië te identificeren.

De auteurs van de studie onderzochten een grote afvalwaterpluim bij de monding van de Tijuana-rivier, ten zuiden van Imperial Beach nabij San Diego. Elk jaar komen miljoenen liters behandelde en onbehandelde rioolwater de rivier binnen, die verontreinigende stoffen door gemeenschappen en een nationaal reservaat aan de grens tussen de VS en Mexico transporteert, voordat het in de Stille Oceaan uitmondt. Verontreinigde kustwateren zijn bekend om hun impact op de gezondheid van mensen, variërend van strandgangers tot trainees van de Amerikaanse marine, en kunnen schade toebrengen aan mariene ecosystemen, visserijen en wilde dieren.

Decennialang hebben wetenschappers waterkwaliteitsproblemen zoals schadelijke algenbloei gevolgd met behulp van satellietinstrumenten die de oceaankleur analyseren. Kleuren die variëren van levendig rood tot helder groen kunnen de aanwezigheid van algen en fytoplankton onthullen. Maar andere verontreinigende stoffen en schadelijke bacteriën zijn moeilijker te monitoren omdat ze moeilijker te onderscheiden zijn met traditionele satellietsensoren.

Hier komt EMIT in beeld. Het hyperspectrale instrument van NASA draait om de aarde aan boord van het Internationaal Ruimtestation en observeert het zonlicht dat van de planeet hieronder weerkaatst. De geavanceerde optische componenten splitsen de zichtbare en infrarode golflengten in honderden kleurbanden. Door elke satellietscène pixel voor pixel te analyseren met een fijnere ruimtelijke resolutie, kunnen wetenschappers bepalen welke moleculen aanwezig zijn op basis van hun unieke spectrale “vingerafdruk”.

Wetenschappers vergeleken de waarnemingen van EMIT van de Tijuana-rivierpluim met watermonsters die ze ter plaatse hebben getest. Zowel EMIT als de grondgebaseerde instrumenten detecteerden een spectrale vingerafdruk die wijst op fycocyanine, een pigment in cyanobacteriën, een organisme dat mensen en dieren kan ziek maken die het inslikken of inademen.

‘Rookwapen’ Veel strandgangers zijn al bekend met online dashboards voor waterkwaliteit, die vaak afhankelijk zijn van monsters die in het veld zijn verzameld, aldus Christine Lee, een wetenschapper bij JPL in Zuid-Californië en mede-auteur van de studie. Ze merkte op dat EMIT deze inspanningen kan aanvullen. “Vanuit de ruimte kun je naar beneden kijken en zien dat een afvalwaterpluim zich uitstrekt naar plaatsen waar je nog niet hebt bemonsterd,” zei Lee. “Het is als een diagnose bij de dokter die je vertelt: ‘Hé, laten we hier beter naar kijken.'”

Hoofdauteur Eva Scrivner, een doctoraatsstudent aan de Universiteit van Connecticut, zei dat de bevindingen “een soort ‘rookwapen’ voor afvalwater in de Tijuana-rivierpluim tonen.” Scrivner, die de studie leidde terwijl ze aan de San Diego State University was, voegde eraan toe dat EMIT nuttig kan zijn om datagaten rond intens vervuilde locaties te vullen waar traditionele watermonsters veel tijd en geld kosten.

Veelzijdigheid van EMIT De technologie achter EMIT wordt imaging spectroscopie genoemd, die in de jaren ’80 bij JPL is ontwikkeld. Imaging-spectrometers die in de loop der jaren bij JPL zijn ontwikkeld, zijn gebruikt om gebieden te ondersteunen die variëren van landbouw tot bosgezondheid en brandbestrijding. Toen EMIT in juli 2022 werd gelanceerd, was het uitsluitend gericht op het in kaart brengen van mineralen en stof in de woestijngebieden van de aarde. Diezelfde gevoeligheid stelde het in staat om de fycocyaninepigmenten voor de kust van Californië te spotten.

Scrivner had niet verwacht dat een instrument dat aanvankelijk was gewijd aan het verkennen van land, inzichten over water kon onthullen. “Het feit dat de bevindingen van EMIT over de kust consistent zijn met metingen in het veld is overtuigend voor waterwetenschappers,” zei ze. “Het is echt spannend.”