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A clareza da água é fundamental para a saúde e restauração de plantas e animais marinhos em todo o mundo, particularmente em sistemas costeiros rasos, como a Baía de Chesapeake. Mas acontece que medir a clareza da água não é tão claro quanto pode parecer.
A pesquisa no Virginia Institute of Marine Science liderada pelo Dr. Jessie Turner revela que a “clareza” de uma parcela de água depende do método usado para medi-la e que diferentes questões de pesquisa e decisões de gerenciamento merecem diferentes ferramentas e técnicas de medição de clareza. Turner e seus co-autores, Drs. Kelsey Fall e Carl Friedrichs, apresentam suas recomendações em um artigo recente na Cartas de Limnologia e Oceanografia.
“Em águas costeiras e interiores”, diz Turner, “os métodos que usamos para avaliar a clareza da água podem deturpar o clima de luz subaquática usado para determinar os objetivos de restauração, como o habitat potencial disponível para gramíneas subaquáticas. Portanto, é realmente importante escolher o mais método de medição apropriado e comunicar claramente o método usado. Nem todas as métricas de clareza da água são criadas iguais.”
As gramíneas subaquáticas atendem a muitas funções ecológicas importantes e estão entre os habitats monitorados mais de perto na Baía. Eles fornecem alimento e abrigo para inúmeras espécies marinhas, ajudam a oxigenar a água e podem mitigar o aquecimento global removendo o dióxido de carbono do ar. Para fazer isso, eles precisam de água limpa para fotossíntese e crescimento. Sua dependência de água limpa os torna um “canário na mina de carvão” para a clareza da água em sistemas costeiros rasos.
Turner (VIMS Ph.D. ’21) é atualmente pesquisador associado de pós-doutorado na Universidade de Connecticut. Fall (VIMS Ph.D. ’20) está agora no Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Engenharia do Exército dos EUA em Vicksburg, Mississippi. Friedrichs é professor Glucksman na William & Mary’s School of Marine Science no VIMS e diretor associado da Chesapeake Bay National Estuarine Research Reserve, na Virgínia.
água e cerveja
Para explicar as complexidades da clareza da água e sua medição, Turner recorre a uma analogia com a cerveja – outro líquido cuja “clareza” é de grande interesse. Ironicamente, o princípio científico usado para definir a clareza da cerveja e outros líquidos é conhecido como Lei de Beer (irônico porque o princípio foi aplicado pela primeira vez ao vinho, não à cerveja, e duplamente porque a lei recebeu o nome do químico alemão August Beer, não do bebida lupulada).
“A Lei de Beer nos diz que a quantidade de luz que atravessa um líquido depende da concentração de material no líquido e da distância pela qual você está medindo”, diz Turner.
Qual é a “coisa”? “Na cerveja”, diz ela, “são partículas como fermento e lúpulo ou coisas dissolvidas como açúcar ou taninos do processo de fermentação. Em Chesapeake Bay, as “coisas” podem ser partículas como pequenos pedaços de sujeira e plantas microscópicas, ou matéria orgânica dissolvida e outros solutos”. A matéria orgânica dissolvida é um chá de terra embebido em serapilheira, resíduos de colheita, solo e outros materiais à base de carbono da Baía e sua bacia hidrográfica.
Crucialmente, o material particulado e as substâncias dissolvidas impedem a luz de maneiras diferentes. “Quando a luz atinge a água ou a cerveja, ela pode se espalhar ou ser absorvida”, diz Turner. “As partículas dispersam a luz, as substâncias dissolvidas absorvem a luz.”
As abundâncias relativas de materiais particulados e dissolvidos se combinam para produzir diferentes ambientes de luz. Em áreas da baía de Chesapeake com altos níveis de partículas que dispersam a luz e solutos que absorvem a luz, a água é escura como uma cerveja preta forte. Em áreas com muitas partículas de dispersão de luz, mas poucos solutos de absorção de luz, a água é turva, mas brilhante, como uma cerveja nebulosa. Áreas com poucas partículas ou solutos são mais claras, como uma cidra.
Discos Secchi e sensores de luz
Essas diferenças têm ramificações importantes quando consideradas à luz das múltiplas ferramentas e técnicas que os cientistas usam para medir a clareza da água. Duas ferramentas ópticas comuns são os discos de Secchi e os sensores de luz. Os cientistas também medem diretamente a concentração de partículas suspensas, materiais dissolvidos e clorofila (o pigmento que as plantas e o plâncton usam para capturar a luz do sol para a fotossíntese).
“Um disco de Secchi é um disco preto e branco simples que você abaixa horizontalmente na água”, explica Turner. “A profundidade em que desaparece de vista é conhecida como profundidade Secchi.” Essa ferramenta barata, fácil de implantar e usada há muito tempo mede a transparência da água e a profundidade da visibilidade do objeto.
Os sensores de luz medem a perda ou atenuação da luz solar conforme ela penetra mais profundamente na água, com foco nos comprimentos de onda que as plantas usam para a fotossíntese. Os valores registrados são comparados aos coletados por um sensor de superfície para contabilizar as diferenças na entrada de luz devido a nuvens e hora do dia.
Embora os avanços na eletrônica e nos materiais tenham reduzido o custo e aumentado o uso de sensores de luz, os discos de Secchi continuam sendo o carro-chefe de muitos estudos de clareza da água, tanto por pesquisadores profissionais quanto por um grupo crescente de cientistas comunitários.
Os problemas surgem, de acordo com Turner e seus co-autores, quando os profissionais aplicam uma equação tradicional de tamanho único para estimar a atenuação da luz a partir dos valores de profundidade de Secchi. Isso ocorre porque a relação entre essas duas métricas pode variar muito, dependendo do clima de luz local – se um local de estudo subaquático é escuro como uma cerveja forte, claro, mas nublado como uma cerveja ou claro como uma cidra.
“A relação entre essas duas métricas pode variar amplamente entre e dentro de estuários e outros ambientes aquáticos com base na latitude, hidrologia e clima”, diz Turner. “Usar um único fator de conversão para estimar a atenuação da luz com base na profundidade de Secchi pode, portanto, subestimar ou superestimar o clima de luz subaquática.”
Por exemplo, nas águas turvas do Rio York, um importante afluente da Baía de Chesapeake, o uso do fator de conversão tradicional subestimaria a luz disponível para ervas marinhas e, portanto, venderia a descoberto possíveis alvos de restauração.
Recomendações
Para combater isso e outras dificuldades relacionadas, Turner e seus colegas recomendam várias mudanças na forma como a claridade da água é medida e relatada. O mais importante é comunicar claramente o método usado – seja uma profundidade de Secchi de um disco de Secchi, atenuação de luz ou outro método.
Para estudos relacionados a gramíneas subaquáticas e outros organismos amantes da luz, os autores aconselham os colegas a coletar valores de atenuação de luz diretamente.
“Medidas de atenuação de luz com profundidade são mais relevantes para a maioria das pesquisas em ecossistemas aquáticos”, diz Turner. “Eles são adequados para pesquisas envolvendo gramíneas subaquáticas, algas e corais, pois esses e outros organismos semelhantes são adaptados para coletar luz descendente”. Os autores recomendam o uso de uma medida “escalar” separada da atenuação da luz ao estudar o fitoplâncton, que, como organismos flutuantes, pode colher luz de todas as direções, tanto descendentes quanto espalhadas lateralmente e abaixo.
Se as preocupações de custo ou outros fatores incentivarem o uso de discos de Secchi, os autores aconselham os pesquisadores a renunciar ao uso da equação tradicional de tamanho único, recomendando, em vez disso, que calibrem a profundidade de Secchi para a fórmula de atenuação de luz usando medidas localizadas. “A equação precisa ser calibrada localmente porque as características do material particulado e dissolvido na água variam muito, às vezes em distâncias muito curtas”, diz Turner. “Essas características também podem variar sazonalmente.”
Como os valores de profundidade de Secchi medem visibilidade e transparência, os autores dizem que sua aplicação direta é mais apropriada para estudos de peixes e outros predadores visuais. Eles observam que também são valiosos em um contexto humano, em áreas como recreação na água e o valor de propriedades costeiras e paisagens.
Quaisquer que sejam os métodos que uma equipe de pesquisa possa usar, os autores os incentivam a selecionar a métrica ou métricas mais úteis de acordo com a questão de pesquisa específica ou meta de gerenciamento.
“Quando relevante para o objetivo”, diz Turner, “mesmo as medições mais simples da clareza da água são valiosas para monitoramento e restauração ambiental, sejam coletadas por programas de amostragem científica, organizações sem fins lucrativos ou cientistas da comunidade”.
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