O lixo plástico atravessa mares, afunda sob as ondas, muda de cor, se fragmenta em partículas minúsculas e acaba misturado a algas. Parte desse material permanece boiando na superfície; outra parte deriva a grandes profundidades.
Acompanhar um material tão variado parece quase impraticável. Ainda assim, pesquisas recentes indicam que medições cuidadosas de luz, combinadas com sensores no espaço, podem tornar a detecção de plástico muito mais precisa.
Um estudo baseado em um grande repositório aberto - a coleção MArine Debris hyperspectral reference Library, conhecida como MADLib - reforça a base científica por trás da identificação de plásticos no ambiente marinho.
"Minha maior esperança é que as pessoas vejam o sensoriamento remoto como uma ferramenta importante e útil para o monitoramento de detritos marinhos", disse a autora principal do estudo, Ashley Ohall, da Universidade da Geórgia ( UGA ).
"Só porque ainda não foi feito não significa que não possa ser feito."
O que é a MADLib?
Detritos marinhos englobam qualquer material sólido produzido por humanos que é deixado em ambientes aquáticos. Em levantamentos desse tipo, o plástico costuma dominar, já que a produção de itens plásticos cresceu rapidamente sem que sistemas adequados de gestão de resíduos acompanhassem esse ritmo.
Esse tipo de poluição prejudica ecossistemas, a pesca, o turismo e a saúde humana. Para observar detritos em áreas extensas, o sensoriamento remoto surge como uma alternativa valiosa.
O desafio é que os fragmentos de plástico variam muito: cor, tamanho, tipo de polímero, forma, grau de desgaste e até as condições da água. Essas diferenças alteram a maneira como a luz é refletida. Sem procedimentos padronizados, fica difícil criar sistemas de detecção consistentes.
A MADLib reduz parte desse problema. A base reúne 24,889 espectros de refletância obtidos a partir de 3,032 amostras de detritos, distribuídas em 13 conjuntos de dados distintos.
Antes de entrar na biblioteca, cada medição passou por limpeza, padronização e checagens de qualidade.
"Detectar detritos marinhos é o tipo de desafio incrível que a NASA pode ajudar a resolver", afirmou a coautora do estudo, Kelsey Bisson.
A luz revela o tipo de plástico
Refletância é a medida de quanta luz retorna após incidir sobre um objeto. Cada material gera um “desenho” característico ao longo de comprimentos de onda que vão da luz visível ao infravermelho de ondas curtas.
Para diminuir a interferência do ambiente, as medições foram feitas com espectrorradiômetros portáteis em condições controladas.
No conjunto, a biblioteca abrange 19 tipos diferentes de polímeros, com polipropileno, poliestireno e polietileno de alta densidade entre os mais frequentes.
Alguns plásticos apresentam feições de absorção marcantes no infravermelho de ondas curtas, enquanto outros exibem padrões espectrais mais discretos.
A cor afeta principalmente a refletância no visível, entre 400 e 700 nanômetros; objetos azuis tendem a ter pico por volta de 470 nanômetros.
Objetos brancos, por sua vez, refletem intensamente ao longo do visível. Já as feições associadas ao polímero permanecem semelhantes no infravermelho mesmo quando a cor muda.
"Os seres humanos têm uma ligação visceral com o oceano e com a saúde dele", disse Bisson.
O plástico muda ao longo do tempo
A MADLib separa os detritos em categorias micro e macro. Para um mesmo polímero, as principais feições de absorção no infravermelho se mantêm consistentes entre tamanhos.
O que varia é a força geral da refletância: o tamanho influencia mais a magnitude do sinal do que a posição das feições espectrais.
O desgaste também interfere. As amostras foram agrupadas como íntegras (pristine), desgastadas em laboratório ou desgastadas naturalmente. A exposição laboratorial à radiação ultravioleta eleva a refletância em algumas regiões do infravermelho.
A bioincrustação - o acúmulo de algas e microrganismos sobre o plástico - reduz a refletância no visível e introduz uma feição de absorção de clorofila perto de 670 nanômetros.
Mesmo com esse crescimento na superfície, as assinaturas centrais dos polímeros continuam estáveis no infravermelho.
Rastreamento de plástico oceânico dentro d’água
Quando a água entra em cena, o comportamento muda. A biblioteca distingue amostras secas, molhadas, flutuantes e submersas.
À medida que a interferência da água aumenta, a refletância diminui. Em objetos submersos, boa parte do sinal no infravermelho se perde porque a água absorve fortemente nessa faixa.
Plásticos submersos exibem picos específicos próximos de 810 e 1070 nanômetros, e o sinal enfraquece conforme a profundidade aumenta.
Esses resultados indicam que podem ser necessários algoritmos distintos para detritos flutuantes versus submersos. Para detritos secos ou flutuantes, o infravermelho de ondas curtas oferece informações robustas e específicas do polímero.
O papel dos metadados
Para detectar com precisão, não basta olhar apenas para os padrões de refletância. Também é essencial ter informações de contexto detalhadas sobre cada amostra.
A MADLib inclui metadados como tipo de polímero, tipo de objeto, estado do objeto, categoria de cor, tamanho, condição de desgaste, estado aquoso e configuração da medição.
Os autores recomendam que trabalhos futuros registrem ainda mais detalhes. Informações sobre aditivos usados na fabricação do plástico, grau de desgaste e condições exatas de medição podem melhorar o desempenho dos algoritmos.
Metadados claros facilitam a comparação entre estudos e ajudam a construir sistemas de detecção mais robustos.
Detecção de plástico a partir do espaço
O estudo também aponta lacunas de cobertura nos dados. Alguns polímeros e cores seguem sub-representados. E os detritos flutuantes - que satélites conseguem detectar com mais facilidade - aparecem com menor frequência no banco.
Os pesquisadores defendem mais medições de plásticos flutuantes e uma variedade maior de tipos de detritos para fortalecer os algoritmos. Bibliotecas espectrais padronizadas dão suporte a ferramentas de aprendizagem de máquina, missões de satélite e modelos de oceano.
A poluição plástica se espalha pelos oceanos em escala planetária. Sensores espaciais como o EMIT, quando combinados com bibliotecas espectrais detalhadas como a MADLib, aproximam a ciência de rastrear os detritos desde a fonte até a linha da costa.
Com dados melhores, torna-se possível orientar ações de limpeza mais inteligentes, políticas mais fortes e mares mais saudáveis para as próximas gerações.
O estudo foi publicado na revista Dados de Ciência do Sistema Terrestre.
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