A ciência de rastrear nosso recurso mais precioso: a água — Caltech Magazine

Oct 31, 2023

Cientistas e engenheiros da Caltech no campus e no JPL, que a Caltech gerencia para a NASA, usam satélites e monitores sísmicos para rastrear o recurso mais importante do planeta - a água - e construir sistemas fluviais em miniatura no laboratório para expandir a compreensão da sociedade sobre o ciclo da água em meio às mudanças climáticas , secas e incêndios florestais.

Em julho passado, as notícias foram inundadas por relatos de cidades e aldeias europeias devastadas por uma inundação cataclísmica. As águas furiosas envolveram casas, arrancaram árvores e transformaram estradas em rios de lama e detritos. Enquanto observava as imagens de sua casa em Pasadena, Christian Frankenberg avistou lugares familiares de sua infância. Ele cresceu perto da cidade alemã de Bonn, a cerca de 20 quilômetros do Vale Ahr, uma exuberante região vinícola que sofreu alguns dos piores danos causados ​​pelas enchentes.

"Eu caminhei pela área algumas vezes quando criança, então isso literalmente me atingiu", diz Frankenberg, que tem um cargo conjunto como professor de ciência ambiental e engenharia e cientista de pesquisa do JPL. "É um pequeno vale estreito, por isso sempre esteve sujeito a inundações, mas não a esse nível. O nível da água estava cerca de dois metros acima do nível anterior. Pensei: 'Isso é loucura'."

Frankenberg absorveu a notícia das enchentes com consternação, mas pouca surpresa. Afinal, ele pesquisa como o ciclo global do carbono da Terra interage e é influenciado pelo ciclo da água, o caminho que a água segue ao se mover entre o oceano, a terra e a atmosfera. Este trabalho ajuda a demonstrar como a frequência de eventos climáticos extremos está aumentando devido às mudanças climáticas. À medida que as inundações ficam mais pesadas e os furacões mais fortes em algumas áreas, as secas pioram em outras, um presságio de escassez de água potável tornando-se uma das questões definidoras do século 21.

O estudante de pós-graduação Nathan Jones (à esquerda) e Ruby Fu, professor assistente de engenharia mecânica e civil (à direita), usam tinta para analisar a dinâmica dos fluidos da água conforme ela flui através da neve criada em laboratório. Crédito: Lance Hayashida/Caltech

Frankenberg tenta não ser muito afetado pelas notícias climáticas, mas a objetividade científica pode ser evasiva quando as enchentes inundam seu playground infantil ou quando seu estado natal trava uma batalha contínua contra incêndios florestais exacerbados por condições crônicas de seca e escassez de água. Em Caltech, campus e cientistas e engenheiros do JPL que medem e monitoram a água do planeta encontram-se em um lugar semelhante.

Mark Simons, professor de geofísica de John W. e Herberta M. Miles e cientista-chefe do JPL, e sua equipe usaram radares de satélite para rastrear como o solo no sul da Califórnia sobe e desce como um gigante respirando conforme a água é bombeada para dentro e para fora aquíferos. “Meu principal interesse era entender o que faz a Terra se mover em diferentes escalas de tempo e a mecânica subjacente que controla esse movimento”, diz ele. "Mas este é um exemplo em que o que sei fazer pode ser potencialmente útil para a sociedade."

Estimulados pela curiosidade e um novo senso de urgência, os pesquisadores das divisões do Instituto, incluindo o JPL, e de empreendimentos interdisciplinares como o Resnick Sustainability Institute (RSI) usam todas as ferramentas à sua disposição para estudar e rastrear a água da Terra e entender as vastas energias e materiais que a água transporta. Sua pesquisa baseia-se em satélites no espaço e fibras ópticas no subsolo, em simulações de computador avançadas e rios em miniatura construídos em laboratório. Suas descobertas estão preenchendo lacunas em nosso conhecimento do ciclo hidrológico da Terra e melhorando a gestão de nosso recurso mais precioso.

Suas descobertas também podem ajudar a nos preparar para as décadas tumultuadas que virão.

A água é um fator primário que afeta os eventos climáticos extremos ligados às mudanças climáticas. "É visto como um dos principais motores do aquecimento global no futuro", diz Frankenberg. “Idealmente, com novos modelos climáticos, podemos produzir melhores estimativas estatísticas de como os eventos extremos podem mudar no futuro”.