thirdcoastscience.org EDICIÓN NO. 4
Ciencia espacial:
Transformando la sociedad
y la toma de decisiones
DESECHOS MARINOS: EL OTlaRaOcidPiRficOacBióLnEMdeAloDsEoLcéCanOo2s:.
¿Qué se está acumulando página 6
en nuestras costas?
página 4
FOCO DE AVANCES EN ESTUDIOS
LABORATORIO DE IMPACTO
GRUPO DE INVESTIGACIÓN FELIX: AMBIENTAL MARINO
Rastreo de la contaminación de
nitrógeno página 10
página 22 REMOCIÓN DE PLANTAS
INVASORAS PARA LA
CONSERVACIÓN
página 12
Marine Science Graduate Student Organization
Texas A&M University - Corpus Christi
thirdcoastscience.org PRIMAVERA 2018
EDITORIAL / INVESTIGACIONES / OFICINAS RHIAUCRHAUCEALONSEYS
6300 Ocean Drive, Unit 5800 • Corpus Christi, TX 78412 ¿Cómo se recuperan las corrientes costeras
(361) 825-6207 • [email protected] después de Harvey?
La revista Third Coast Ciencia para Usted es parte de COLECCIONES DE HISTORIA NATURAL
la organización de estudiantes de postgrado de ciencias
marinas de la universidad de Texas A&M University-Corpus algo más que un paseo entre dinosaurios
Christi. Sus puntos de vista no reflejan las opiniones de la
Universidad. 3CS fue fundada con la premisa de aumentar la
conciencia pública sobre temas locales importantes a través
de la investigación científica y difundir información para el
público en general
PERSONAL
EDITOR-EN-JEFFE TRADUCTORES CAMBIO CLIMÁTICO FOCO DE
Heidi Heim-Ballew Diana Del Angel LABORATORIO
Coral Lozada Consecuencias para las Comunidades Costeras
EDITORES Mariana Nieva-Tamasiunas Dr. Christopher Patrick’s
Melissa McCutcheon TORTUGAS MARINAS LORA Laboratorio de Comunidad
Adriana Leiva CONSEJERA Acuática y Ecología Espacial
Dr. Jennifer Pollack Son importantes las condiciones ambientales
REVISORES
Lee Pinnell SOUPA TÓXICA
Jason Selwyn
Joseph Reustle El impacto de las floraciones de algas nocivas
Marine Science Graduate Student Organization
Texas A&M University - Corpus Christi
Lea los números anteriores en
www.thirdcoastscience.org
12) Siete 1) Acidificación del océano
13) Gusanos 2) Huella genética
3) Drones
4) Desechos marinos
5) Plastico
6) UAS
7) Fotogrametria
8) MANTIS
9) Calcificación
10) Corales
11) Ostras
RESPUESTAS DE BÚSQUEDA DE PALABRAS
Marine Science Graduate Student Organization Third Coast Ciencia para Usted es publicado dos veces al año por la organización
estudiantil de Ciencias del Mar dentro de la facultad de Ciencias e Ingeniería en
Texas A&M University - Corpus Christi Texas A&M University-Corpus Christi; 6300 Ocean Drive, Unit 5800; Corpus
Christi, TX 78412 © 2018. Ninguna parte de esta revista se puede reproducir
ni utilizar en cualquier forma o cualquier medio, electrónico o mecánico,
incluyendo fotocopias, registro o por cualquier sistema de almacenamiento y
recuperación sin permiso por escrito.
El financiamiento para este editorial fue proporcionado por la Facultad de
Ciencias e Ingeniería, el Instituto de Investigación Harte para Estudios del Golfo
de México, CCA Texas y la Organización Estudiantil de Ciencias del Mar.
EEDnICeIsÓteNaNsuOn.t4o
A LOS LECTORES
Acerca de esta edición...............................................................................................2
Heidi Heim-Ballew
ARTICLULOS
Estudio de desechos marinos en islas de barrera ....................................................3
en el norte del Golfo de México
Katie Swanson • Caitlin Wessel • Tracy Weatherall • Just Cebrian
El otro problema del CO2: ideas sobre nuestros océanos y estuarios.....................6
Melissa McCutcheon
Talleres de la Universidad de Texas A&M-Corpus Christi.......................................10
Avanzan Investigaciones de Vanguardia en el Área de
Estudios de Impactos Ambientales Marinos
Dr. Michael G. Reuscher
Los conservacionistas de campo
de hoy son los biólogos del mañana.......................................................................12
ARTÍCULO PRINCIPAL
Satisfaciendo las necesidades espaciales de la tercera costa.................................14
Melanie Gingras • Dr. Michael J. Starek
FOCO DE LABORATORIO
Grupo de investigación Felix: Rastreo de la contaminación de nitrógeno.........22
Dr. J. David Felix
EL LADO DIVERTIDO
Búsqueda de palabras.............................................................................................24
MENSAJE DEL EDITOR
“Noheredamoslatierradenuestrosancestros,
solo la tomamos prestada de nuestros hijos”
~ Proverbio nativo-americano
Alguien una vez dijo “Si alguna vez has hecho algo, lo puedes volver a hacer, pero
mejor”, hay verdad en este dicho. Por ejemplo, usted puede sentirse aprehensivo
al hacer algo que nunca antes ha hecho, pero una vez logrado, podría darse cuenta
de que en el futuro hacer la misma cosa será más fácil. Esta progresión puede
ayudar a impulsarnos en una dirección positiva, así como también puede promover
la continuación del mal comportamiento. Una vez que usted tire basura o participe
en otras actividades que tengan impactos negativos en el medio ambiente, será más
fácil hacerlo en el futuro. Aunque el cambio es difícil, el cambio es necesario para
garantizar que los sistemas naturales que nos rodean persisten para las generaciones
futuras.
En esta edición, muchos de los artículos destacan cómo algunas de las actividades que los humanos
realizamos regularmente son perjudiciales para nuestros ecosistemas locales. Katie Swanson et al.,
una investigadora de la Reserva Nacional de Investigación Estuarina Mission Aransas, proporciona
una perspectiva sobre la contaminación y desechos marinos que influyen nuestras playas. Melissa
McCutcheon, candidata a doctorado en la Universidad Texas A&M-Corpus Christi, explica qué es la
acidificación de los océanos y cómo puede afectar negativamente a importantes organismos marinos
como las ostras y los corales. Michael Reuscher, Investigador Asociado de Posdoctorado en el Instituto
de Investigación Harte, nos ilumina sobre los derrames de petróleo y como la contaminación del petróleo
puede afectar animales marinos poco conocidos. Dr. Joseph David Félix, Profesor Asistente de Química
Ambiental en la Universidad Texas A&M-Corpus Christi, discute la investigación llevada a cabo en
su laboratorio sobre las fuentes de nitrógeno de origen humano que afectan la calidad del aire y las
floraciones de algas nocivas.
También nos complace presentar el trabajo del Dr. Michael Starek, Profesor Asociado de Ingeniería Civil
y Geoespacial en la Universidad Texas A&M-Corpus Christi y los investigadores de su laboratorio. El Dr.
Starek describe cómo se utilizan los drones localmente para evaluar los daños causados por huracanes, la
salud de cultivos agrícolas y la eficacia de la restauración y renovación de las playas y el litoral costero.
En esta edición, destacamos cómo algunas actividades humanas comunes pueden tener serios impactos
negativos en nuestros ecosistemas locales y cómo podemos usar tecnología de punta para monitorear
estos impactos. Esperamos que después de leer estos artículos se sienta inspirado a hacer cambios en su
vida para promover la salud del ecosistema y la corresponsabilidad ambiental. Esperamos que usted esté
interesado en unirse a los esfuerzos de conservación locales para proteger nuestros ecosistemas y bahías
para que pueden ser disfrutados por muchas generaciones más.
No olvide visitar nuestra sección de conservación para ver algunos de los trabajos que se llevan a cabo
localmente para revertir los sistemas degradados y para obtener más información de cómo usted puede
unirse a estos esfuerzos de conservación.
Heidi Heim-Ballew
Editor-en-jefe , tercera Costa ciencia para ti
Organización de Estudiante de Postgrado en Ciencias Marinas de TAMU-CC
[email protected]
2 Third Coast Science for You
Estudio de desechos
marinos en islas de
barrera en el norte
del Golfo de México
Katie Swanson1, Caitlin Wessel2, Tracy Weatherall1,
Just Cebrian2,3
1. Reserva Nacional de Investigación Estuarina de Mission-Aransas,
Instituto de Ciencias Marinas de la Universidad de Texas, Port Aransas, Texas, 78373
2. Universidad del Sur de Alabama, Dauphin Island Sea Lab, Isla Dauphin, Alabama, 36528
3. Dauphin Island Sea Lab, Isla Dauphin, Alabama, 36528
Los desechos marinos o basura marina, son Figura 1: Mapa que muestra la ubicación de cada sitio en
desperdicios que han sido creados o alterados por el Golfo de México de los EE. UU. El cuadro emergente
humanos, y han sido descartados o abandonados superior muestra sitios en el ncGoM, y el cuadro emergente
en un lago, mar, océano o vía navegable. Se pueden inferior muestra sitios en el nwGoM (Texas).
encontrar en todos los océanos alrededor del mundo, a
lo largo de las costas, playas, ríos y otras vías fluviales, Continuación en la siguiente página
y por su propia definición están vinculados a los seres
humanos. Es uno de los problemas de contaminación 3
más comunes que enfrentan los océanos y las vías
fluviales en la actualidad. A medida que crece la
cantidad de desechos en nuestros océanos, también
aumenta la frecuencia de la investigación y el monitoreo
necesario para comprender sus fuentes, concentraciones
e impactos.
En el Golfo de México (GoM), los desechos
generalmente están más concentrados en la parte
occidental del Golfo. Dos estudios que analizaron la
distribución de desechos en la Costa Nacional de la Isla
del Padre (PINS-por sus siglas en inglés) en Texas y
en la Costa Nacional de las Islas del Golfo frente a la
costa de Mississippi descubrieron que PINS contenía
significativamente más desechos plásticos que la Costa
Nacional de las Islas del Golfo. En 1992, las tasas de
acumulación trimestrales promedio fueron de 1,771.4 y
54,4 piezas de plástico por cada 100 m para la Isla del
Padre y la Costa del Golfo, respectivamente.
Recientemente, investigadores de la Reserva
Nacional de Investigación de Estuarios Mission-Aransas
del Instituto de Ciencias Marinas de la Universidad
de Texas y el Laboratorio de Investigación Dauphin
Island han establecido dos programas de monitoreo,
recolectando datos y tasas de acumulación en el norte
ThirdCoastScience.org
del GoM para obtener una comprensión más detallada Figura 3: Los mapas muestran el número de fragmentos
de los impactos y las fuentes de los desechos marinos.
Este estudio, que se desarrolló de Febrero de 2015 a acumulados de basura por metro de costa por mes para cada
Julio de 2017, utilizó protocolos estandarizados que se
utilizan en otros estudios similares, tanto en los Estados sitio superpuesto en un mapa que muestra las corrientes
Unidos como en el resto del mundo. El trabajo previo
realizado en el norte del GoM se hizo hace 15 a 25 años. predominantes durante los meses “no veraniegos” (arriba,
En las últimas dos décadas han habido muchos cambios
en la población, en el turismo, la pesca y en el litoral septiembre - mayo) y durante los meses de verano (abajo,
de las costas, por lo cual este estudio proporciona una
comprensión más reciente de las tasas de acumulación junio-agosto). Mapas actuales modificados de Johnson
de desechos marinos y su composición en todo el norte
del GoM. 2008.
Utilizando el protocolo de monitoreo de litoral Al final, muestreamos 12 sitios en un período de dos
adoptado por el Programa de Desechos Marinos de la años y medio para un total de 270 puntos de datos. Las
Administración Nacional Oceanográfica y Atmosférica tasas mensuales de acumulación de desechos variaron
(NOAA-por sus siglas en inglés), nuestro objetivo desde un mínimo de 0.01 artículo / metro / mes en Mayo
fue recolectar datos de dos programas de monitoreo de 2016 en la isla Petit Bois, Mississippi a 29.51 artículos
ubicados en el norte del Golfo de México (GoM) para / metro / mes en ese mismo mes en Fish Pass, Texas. Las
determinar cuáles son los principales tipos de desechos tasas de acumulación también variaron significativamente
marinos y cómo cambia la deposición de desechos entre las dos regiones, y la parte nwGoM acumuló
entre las dos áreas regionales (Figura 1). Seis sitios diez veces más desechos por metro de costa que la
ubicados en la parte central del norte del GoM (ncGoM parte ncGoM (Figura 2). Esto es consistente con la
por sus siglas en inglés) se expandieron desde el este investigación previa realizada hace más de 15 años, así
de Luisiana a la península de Florida que cubre más como con los datos de Ocean Conservancy recopilados
de 250 kilómetros (km) de costa. Los seis sitios en el por científicos ciudadanos durante su limpieza costera
GoM noroccidental (nwGoM por sus siglas en inglés) internacional entre 2010-2015 que muestran que Texas
abarcan aproximadamente 105 km de la costa de Texas. consistentemente tiene la mayor cantidad de basura en
Todos los sitios estaban ubicados en las playas de las libras por kilómetro de costa de los EE. UU.
islas barrera que no se mantienen regularmente ni tienen
actividades de limpieza. En cada sitio, se inspeccionó un
transecto de 100 metros cada cuatro semanas. Todos los
desechos marinos de más de 2.5 centímetros y las colillas
de cigarro fueron recolectados desde el borde del agua
hasta la vegetación o la línea de dunas. La recolección
se llevó a cabo durante la marea baja siempre que fue
posible. Una vez recolectados los desechos, se separaron
por tipo de material y cada categoría se contó y se pesó.
Figura 2: El gráfico Third Coast Science for You
de barras muestra el
número de fragmentos
acumulados de desechos
por metro de costa por
mes (eje-y) en cada sitio
insular (de oeste a este)
por estación (eje-x). Los
sitios en el noroeste del
Golfo de México están
en tonos fríos de verde
y azul, y los sitios en el
norte central del Golfo
de México están en tonos
cálidos de amarillo y rojo.
4
Figura 4: El gráfico circular muestra cada tipo de desechos hacia mar adentro, retirando la basura lejos de las costas,
recolectados en el norte del Golfo de México durante este mientras que en el nwGoM, los vientos son típicamente
estudio como un porcentaje del número total de piezas más fuertes y en dirección terrestre. Las corrientes poco
recolectadas. El plástico está en azul oscuro, metal en rojo, profundas cercanas a la plataforma costera en el GoM
vidrio en gris, caucho en amarillo, madera procesada en occidental están influenciadas por las altas salidas de los
azul claro y tela en verde. ríos, y tienden a fluir en dirección contraria a las agujas
del reloj, y las corrientes profundas de la plataforma giran
Figura 5: El gráfico circular muestra el desglose de en el sentido de las agujas del reloj. La combinación de
desechos plásticos recolectados en el norte del Golfo las direcciones del viento y los flujos actuales dan como
durante este estudio como un porcentaje del número total resultado que los desechos se separan de las costas en el
de piezas de plástico recolectadas. Predominaron las piezas este del Golfo y se dirigen a la costa de Texas donde los
fragmentadas de plástico duro, de unicel o envolturas de fuertes y persistentes vientos marinos empujan la basura
plástico (azul), seguidas por los plásticos de un solo uso hacia la costa (Figura 3).
(naranja) y los plásticos relacionados con la pesca (gris)
en un tercero distante. También investigamos qué tipo de desechos se
encontraban a lo largo de la costa. Los desechos fueron
Las concentraciones más altas de basura a lo largo divididos en seis categorías principales: plástico, metal,
de las playas de Texas son probablemente el resultado vidrio, caucho, madera procesada y telas. Los plásticos
de influencias ambientales, tales como la dirección dominaron abrumadoramente, constituyendo en
dominante de vientos y corrientes, más que de las promedio el 93% de los desechos recolectados (Figura
actividades humanas que ocurren dentro de estas áreas. 4). Observamos más plástico, especialmente en Texas,
Los vientos en el ncGoM van generalmente en dirección que otros estudios similares en todo el mundo. No es
ThirdCoastScience.org sorprendente dadas las influencias ambientales que
afectan a esta región, ya que muchos plásticos flotan,
son duraderos y se transportan fácilmente por el viento y
las corrientes. Las piezas fragmentadas de plástico duro
o unicel dominaron la categoría de plástico en nuestro
estudio. Detrás de los fragmentos de plástico había
plásticos de un solo uso (botellas, tapas de botellas,
bolsas) con plásticos relacionados con la pesca (anzuelos,
flotadores, líneas) en un tercio distante (Figura 5).
Las tasas de acumulación de desechos marinos varían
ampliamente en todo el mundo y de un sitio a otro con
muchos factores que los afectan, que incluyen los vientos
predominantes, las corrientes y la población de la región.
Hace menos de 75 años comenzó la producción masiva
de plásticos y en este corto tiempo se ha convertido en el
tipo de desechos marinos más dominante. La durabilidad
de los plásticos lo ha convertido en una opción popular
para la fabricación de artículos, y esa durabilidad
también es la razón por la cual los plásticos son una
preocupación ambiental. . Mientras las concentraciones
de desechos marinos parecen estabilizarse en el océano
abierto, el problema de la basura a lo largo de las costas
es cada vez mayor a pesar de las limpiezas de playas
por la comunidad y una mayor conciencia. Si la clave de
nuestro “problema plástico” es evitar que los desechos
ingresen a los océanos, debemos comprender mejor sus
orígenes y las vías hacia el medio ambiente. Las costas
son solo un punto de recolección de desechos marinos
en una gran red de cuerpos de agua globales, y estudios
como este son solo un primer paso para comprender este
problema.
5
El otro problema del CO2:
ideas sobre nuestros
océanos y estuarios
Melissa McCutcheon
Candidata a PhD - Ciencia del Sistema Costero y Marino
Departamento de Ciencias Físicas y Ambientales
Universidad Texas A&M-Corpus Christi
Puedequeustedseaconscientedequelaconcentración Las personas suelen ser menos conscientes de otro
de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera ha problema asociado con las emisiones humanas de CO2
aumentado en las últimas décadas debido a la - “El otro problema del CO2” - la acidificación de
quema de combustibles fósiles, como el petróleo y el los océanos. La acidificación se refiere al proceso de
una solución, o una mezcla de dos o más sustancias,
gas, y la deforestación. Muchas personas conscientes como el agua de mar, que se vuelve más ácida. Un pH
decreciente, así como el aumento de la concentración
¿Cómo afecta la de este aumento del CO2 de iones de hidrógeno [H+], es indicativo de
deforestación al CO2 atmosférico también acidificación (Fig. 1). ¡La acidificación del océano ha
estado sucediendo globalmente! Esto no significa que
atmosférico? pueden estar conscientes los océanos ahora están clasificados como ácidos en la
escala de pH, sino que los océanos son menos básicos
del “problema” asociado (y por lo tanto más ácidos) que en el pasado. El pH
promedio del océano superficial actualmente es de
La vegetación que es una de las alrededor de 8.1, que ha disminuido de 8.2 en el último
elimina el CO2 de la mayores preocupaciones siglo. Aunque no parece mucho, es importante recordar
atmósfera a través ambientales que la escala de pH es una medida logarítmica de [H+],
internacionales -el cambio por lo que una disminución del pH de 0.1 corresponde a
de la fotosíntesis climático global- que
y, por lo tanto, una ocurre porque el CO2 es un un aumento de [H+] de alrededor del 30%.
menor cantidad de gas de efecto invernadero.
vegetación reduce la [¡Vea el número de la
eliminación de CO2 y revista Spring 2018 de
deja más del mismo Third Coast Science for
You si desea saber más!]
en la atmósfera.
Higher [H+] Acidification Lower [H+]
Extremely Acidic
Neutral
Extremely Basic
1 23 4 5 6 8 9 10 11 12 13
Current average
surface ocean pH = 8.1
Figura 1: La escala de pH. La acidificación reduce el pH del agua en la superficie del océano,
que ha disminuido de 8.2 a 8.1 en el océano abierto.
6 Third Coast Science for You
Una escala logarítmica muestra el Atmosphere
logaritmo común de un valor (es decir,
la cantidad de veces que se necesitaría Surface Ocean
multiplicar 10 por sí mismo para obtener
ese valor) en cada marca de la escala en Figura 2: Movimiento de CO2 entre reservorios de
lugar del valor mismo. En el caso de la concentración desigual
escala de pH, ese valor es el cambio en
[H+]. En nuestro ejemplo, imaginemos que se olvidó de
Por ejemplo, si [H+] disminuyese en 100 su refresco y volvió a él un día después para descubrir
veces, el pH aumentaría en dos unidades que se había desinflado y que toda la efervescencia
(porque 100 es dos 10 multiplicados). había desaparecido. Su refresco se desinfló porque la
De forma similar, si [H+] disminuyese en concentración de CO2 en la atmósfera es más baja que
1000 veces, el cambio en el pH sería de en la bebida y, por lo tanto, la difusión (el movimiento de
tres unidades (porque 1000 es tres 10 una sustancia desde áreas de alta concentración a áreas
multiplicados). Este tipo de escala se usa de baja concentración) hizo que el CO2 se moviera de
para reducir los valores que abarcan un su soda a la aire circundante (fig. 2). Esto es opuesto
amplio rango a un rango más razonable. al proceso de acidificación del océano porque la
concentración de CO2 fue mayor en la bebida que en la
Usted puede preguntarse atmósfera, pero la concentración de CO2 de los océanos
cómo la acidificación del
océano es causada por un Continuación en la siguiente página
aumaetnmtoosefénriecloC. O2
Usemos su refresco favorito como
ejemplo. Es posible que haya escuchado
que los refrescos y otras bebidas
carbonatadas tienen un pH bajo (el pH de
la soda es de alrededor de 2.5); mientras
que el agua dulce limpia tiene un pH
de alrededor de 7. La efervescencia en
las bebidas carbonatadas proviene del
CO2 agregado, que también contribuye
a su acidez. El CO2 es un ácido débil,
y su reacción con el agua crea ácido
carbónico (H2CO3) a través de la
siguiente reacción química: CO2
+ H2O → H2CO3. Los ácidos (como
el H2CO3) tienden a liberar iones de
hidrógeno [H+], lo que explica cómo
un aumento en el CO2 provoca la
acidificación (recuerde que un pH más
bajo es el resultado de un aumento en Figura 3: Cambios a largo plazo en la concentración de CO2
atmosférico (rojo), concentración de CO2 en el agua superficial del
[H+]), lo que explica cómo un aumento océano (verde) y pH (azul). Crédito de la figura: Administración
Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA)
en el CO2 causa la acidificación.
ThirdCoastScience.org 7
globales es menor que la atmósfera,
lo que provoca la difusión de CO2
en el océano (Fig. 2). Debido a
este proceso, existe una estrecha
relación entre el aumento de la
concentración atmosférica de CO2
y el aumento de las concentraciones
de CO2 en los océanos superficiales
globales, lo que resulta en un pH
decreciente en la superficie global
de los océanos (Figura 3).
El hecho de que los océanos
absorban una gran cantidad de
CO2 es una buena noticia para
el cambio climático porque la
difusión de CO2 en los océanos
significa que no todo este gas de
efecto invernadero permanece
en la atmósfera, por lo que este
“otro problema del CO2” está en
realidad ayudando a minimizar Figura 4: Los organismos que generan mayor preocupación por los
los efectos del cambio climático. impactos de la acidificación del océano incluyen coccolitofóridos (arriba
Si bien esto puede parecer algo a la izquierda), pterópodos (arriba a la derecha), corales (abajo a la
bueno, no viene sin consecuencias izquierda) y ostras (abajo a la derecha), todos los cuales tienen esqueletos
negativas para nuestros océanos. de carbonato de calcio.
Los organismos que viven en las
aguas oceánicas se adaptan a una determinada química debido a la acidificación de los océanos: los corales,
del agua, y un cambio en esa química tiene el potencial que construyen arrecifes de coral que sustentan la
de alterar los procesos biológicos. Los organismos que biodiversidad y el turismo, y bivalvos (incluido nuestro
están en la vanguardia de la preocupación son los que favorito local, la ostra), que proporcionan zonas de cría
se calcifican. El pH reducido hace que la calcificación y hábitat para otras especies, purificación del agua y
sea más difícil, y un pH lo suficientemente bajo puede una importante pesquería comercial (Fig. 4).
incluso volverse corrosivo y disolver el carbonato de Mientras sea evidente la devastación que se
derivaría de la pérdida de corales u ostras debido a
calcio, al igual la acidificación, existen otros calcificadores que son
menos conocidos y que también están a la cabeza de
La calcificación es el proceso que el refresco es la preocupación de la comunidad científica, como los
corrosivo para los coccolitofóridos y pterópodos microscópicos que a
biológico de construir una minerales en los menudo proporcionan la base de la cadena alimenticia
dientes. Existen y, por lo tanto, su pérdida puede afectar a todos los
estructura, generalmente un dos grupos de organismos del ecosistema en el que se encuentran
organismos
esqueleto o caparazón, de calcificadores que (Figura 4).
son ingenieros
carbEostneaptorodceescoalrceioqu(CiearCeO3). de ecosistemas
casrebuosnaaptoar(aCOam32-o),rutinguioanr que
las
adcicoinonlaesacdiediCfiOca2cyiódnis, my pinourye (organismos que
proporcionan
lo tanto, el proceso de hábitat para otros)
calcificación puede verse muy importantes
muy obstaculizado por la que son de gran
preocupación
acidificación.
8 Third Coast Science for You
¿La acidificación del océano Nosotros, como humanos, dependemos en gran
amenaza los estuarios de medida de los recursos proporcionados por nuestros
Texas? estuarios y océanos. Es importante reconocer los impactos
que tenemos en estos recursos para que podamos
Es importante entender que hay muchas preservarlos para las generaciones futuras. Con suerte,
influencias externas adicionales y procesos ahora usted entiende mejor las causas de la acidificación
biológicos que ocurren en nuestros océanos y de los océanos. Podemos combatir la acidificación en
estuarios costeros en comparación con el océano muchas aguas costeras al reducir el uso de fertilizantes y
abierto, que es lo que se ha descrito hasta ahora. la escorrentía. La única forma de combatir la acidificación
Estos factores pueden tener efectos acumulativos de los océanos a escala global es reducir la cantidad de
que se vuelven más importantes para la química de CO2 que se está poniendo en la atmósfera. Cada individuo
carbonato local que solo el CO2 atmosférico, lo que a nivel local y en todo el mundo tiene el poder de hacer
significa que pueden empeorar o aliviar los efectos una diferencia y puede comenzar tomando medidas para
de la acidificación de los océanos en ciertas regiones. reducir sus propias emisiones de CO2.
Por ejemplo, los criaderos de ostras en el noroeste
del Pacífico fueron diezmados entre 2006 y 2008
por las aguas de pH bajo que llegaron a la región
por el afloramiento de aguas profundas en alta mar.
Mientras que las aguas profundas siempre
son corrosivas, estas aguas generalmente no
coinciden con las ostras, que viven en aguas
poco profundas. Durante la extinción de la
ostra en el noroeste del Pacífico, los factores
físicos que influyeron en el flujo de agua
en la región se volvieron más importantes
en la acidificación que el CO2 atmosférico.
En otras regiones, factores como la carga de
nutrientes de los fertilizantes, el volumen de
afluencia de agua dulce, las fluctuaciones de
temperatura, el tráfico de embarcaciones y
los procesos biológicos dinámicos pueden
convertirse en los factores impulsores de las
concentraciones de CO2 en el agua.
La buena noticia es que los ríos que
desembocan en los estuarios de Texas tienen
una alcalinidad muy alta (o la capacidad de
neutralizar el ácido), lo que ayuda a amortiguar
los estuarios (o resistir grandes cambios en el
pH) y ayuda a hacer que la química actual del
carbonato de agua sea muy adecuada para los
calcificadores costeros de la región. La mala
noticia es que tanto el pH como la alcalinidad
han disminuido en la mayoría de las bahías de
Texas en las últimas décadas (Fig. 5). Estas
tendencias a largo plazo se han atribuido Figura 5: Tasa de cambio en el pH (unidades por año) en los
a la reducción del flujo de entrada de agua estuarios de Texas. Las tendencias se calcularon a partir de un
dulce, y si estas tendencias continúan, puede conjunto de datos a largo plazo (~ 40 años) recopilado por la
haber efectos negativos para las ostras y los Comisión de Calidad Ambiental de Texas. Todos los estuarios,
ecosistemas que apoyan. excepto el lago Sabine en el noreste, han experimentado
acidificación (disminución del pH a largo plazo).
ThirdCoastScience.org 9
Talleres de la Universidad de Texas
A&M-Corpus Christi avanzan
en investigaciones de
vanguardia en el área
de estudios de impactos
ambientales marinos
Dr. Michael G. Reuscher
Instituto de Investigación Harte de Estudios del Golfo de México
Universidad de Texas A&M–Corpus Christi
Los investigadores del grupo de modelado y estudios de investigaciones que determinaron el volumen de petróleo
ambientales, dirigido por el Dr. Paul Montagna en el Instituto derramado y los daños que fueron causados a los recursos naturales
de Investigación Harte de Estudios del Golfo de México en el de los EE.UU. Dado que todas las partes involucradas estaban
recinto de la Universidad de Texas A&M-Corpus Christi, fueron interesadas en resolver los procedimientos jurídicos rápidamente,
de los primeros en recibir muestras de sedimento marino del norte fue de gran importancia poder presentar el testimonio científico
del Golfo de México cerca de Luisiana, Mississippi, Alabama de una manera oportuna. Por lo tanto, surgió la pregunta: ¿Se
y Florida, para estudiar los efectos del derrame de petróleo de podrían acortar los procesos que requieren mucho tiempo y mano
Deepwater Horizon. El objetivo principal de los investigadores de obra para identificar los organismos microscópicos?
fue examinar el impacto que tuvo la contaminación de petróleo En el 2015, el Dr. Montagna decidió colaborar con
en los organismos microscópicos que viven en el suelo lodoso investigadores de la Universidad de New Hampshire y la
del golfo de México- una miríada de gusanos, cangrejos, bichos Universidad de California en Riverside para desarrollar un nuevo
parecidos a camarones, almejas, y caracoles. Estos organismos enfoque de vanguardia que prometa resultados en menos tiempo.
poco conocidos juegan un papel vital en los ecosistemas marinos. Esta técnica, llamada metagenómica, incluye el aislamiento y
Por ejemplo, son una parte importante de la red alimenticia, y secuenciación de ADN de cada muestra. El código de ADN de
por lo tanto, una fuente de alimento crucial para muchas especias cada animal, planta, y microbio es una huella genética única. ¡Por
de importancia comercial. Aunque el Dr. Montagna y su grupo lo tanto, la idea de la técnica metagenómica es que al analizar
han publicado sus resultados en varias publicaciones científicas, el ADN que se encuentra en cada muestra, se identificará a los
el camino ha sido largo y sinuoso. Se contaron cerca de 100,000 organismos sin la necesidad que los científicos los tengan que
pequeños organismos que necesitaban ser identificados, porque ver bajo un microscopio! Esto, por lo menos, es la meta a largo
todos los análisis se basaban en listas de especies. Cada organismo plazo del proyecto.
fue examinado cuidadosamente bajo un microscopio para Todavía existen
asegurar una identificación exacta. Varios técnicos y asistentes muchos obstáculos
de investigación de posgrado se mantuvieron ocupados por para despejar
aproximadamente 5 años para poder lograr esta enorme tarea. el camino. El
Toma mucho tiempo procesar estas muestras y analizarlas i m p e d i m e n t o
con programas especializados y metodologías de estadística más grande es
muy sofisticada. Pero los políticos y el público demandan la falta de una
respuestas inmediatas sobre la escala y la gravedad de eventos amplia biblioteca
de contaminación a gran escala. Por supuesto que hay mucho de referencia de
interés de parte tanto de los científicos como el público sobre ADN para poder Figura 1: El isópodo parasitario
las consecuencias ambientales de desastres como el derrame comparar, pues Probopyrus pandalicola con un
de petróleo Deepwater Horizon. Pero también se debe tener en casi todos los macho pequeño adjunto (flecha)
mente que hay implicaciones legales y financieras. Por ejemplo, gusanos, almejas, recolectado e identificado durante el
los acuerdos financieros de la demanda entre los Estados Unidos y crustáceos taller del 2018.
(EE.UU.) y British Petroleum (BP) se basaron en los resultados microscópicos que
10 Third Coast Science for You
se encuentran en el mar profundo no han sido muestreados para Figura 3: Holly Bik (universidad de California de
obtener una referencia de su huella genética. Esto significa que Riverside) preservando muestras ya identificadas para
hay una gran porción del ADN que se encuentra en las muestras secuenciación de ADN.
que no puede ser asignando a ninguna especie y continuará
siendo desconocido. Para mitigar este problema, la meta del diario que proporcionó a los asistentes una visión completa de los
proyecto fue crear una biblioteca de referencia, que contenga no antecedentes teóricos de la metagenómica y entrenamiento con
solo la huella dactilar genéticas, sino que también la identidad de las herramientas del software de bioinformática que se usa para
las especies a las cuales pertenecen. hacer el análisis.
Para facilitar y fomentar los esfuerzos de crear esta biblioteca, Durante los dos talleres se identificaron y preservaron
el Instituto de Investigación Harte de Estudios del Golfo de más de 360 organismos bentónicos que representan más de
México organizó dos talleres de “Taxonomía de Invertebrados 100 especies diferentes para la secuenciación genética. Estas
Bentónicos, Metagenómica, y Bioinformática” (o por sus siglas: huellas genéticas recién adquiridas serán una adición importante
BITMaB), en enero del 2017 y 2018. Es de gran importancia a la biblioteca de referencia porque la mayoría de las especies
para el éxito del proyecto que solo secuencias genéticas de nunca se habían secuenciado anteriormente. Los datos recién
organismos que se han identificado con precisión se incluyan en adquiridos ayudarán a avanzar el enfoque de la metagenómica
la biblioteca (Figura 1). Por esta razón, más de una docena de en las evaluaciones ambientales. Además, una nueva generación
expertos nacionales e internacionales de diferentes organismos de científicos recibió capacitación crucial en la identificación de
microscópicos marinos visitaron Corpus Christi para participar organismos marinos microscópicos, conocimientos de fondo para
en los talleres BITMaB. Los organismos fueron recolectados análisis metagenómicos y ejercicios prácticos con herramientas
durante los talleres en estuarios y bahías cercanas, como Alazan bioinformáticas necesarias para llevar a cabo esta investigación
Bay, Aransas River, Baffin Bay, Copano Bay, Corpus Christi Bay, innovadora.
Laguna Madre, Matagorda Bay, Nueces Bay, Oso Bay, Redfish
Bay, Rincon Bayou, and San Antonio Bay, así como en las costas
del golfo de México en Mustang y North Padre Island (Figura
2). Los expertos identificaron varios cientos de organismos
marinos. Posteriormente, los organismos fueron preservados
para el aislamiento y secuenciación de ADN (Figura 3) que se
está llevando a cabo en el Museo Nacional de Historia Natural
Smithsonian y en la Universidad de New Hampshire.
Después de un competitivo proceso de selección de más de
200 solicitantes, más de 70 estudiantes, científicos, técnicos, y
facultad de la Universidad Texas A&M-Corpus Christi y varias
instituciones nacionales e internacionales fueron invitados
a asistir a los talleres. Los asistentes pudieron observar a los
expertos zoológicos para aprender más sobre el procesamiento
de muestras y técnicas de laboratorio y adquirieron conocimiento
de primera mano sobre los diferentes organismos (Figura 4). Los
científicos invitados dieron presentaciones detalladas sobre la
morfología, identificación y clasificación de los organismos de su
pericia. Los investigadores de la Universidad de New Hampshire
y la Universidad de California en Riverside dieron un seminario
Figura 2: Ex-investigador de TAMU-CC Evan Turner re- Figura 4: Melissa Rohal, estudiante de posgrado en
colectando muestras para el taller en Corpus Christi Bay. TAMU-CC explicando la morfología de organismos
microscópicos a los asistentes del taller.
ThirdCoastScience.org
Más información se puede encontrar en el página web
de Gulf of Mexico Research Initiative (GoMRI) en http://
gulfresearchinitiative.org/workshops-enhance-genetic-
sequence-library-benthic-marine-organisms/.
Para una descripción completa sobre ambos talleres,
favor de pedirle al autor de este articulo el reporte final del
taller: [email protected].
11
Los conservacionistas de campo de
hoy son los biólogos del mañana
Daniel McClendon El miembro del equipo Miles Valchar está listo para
Texas Restoration Program Manager trabajar con su motosierra Husqvarna 365
American Conservation Experience (ACE)
Aunque proporcionamos todos los alimentos, la paga
In En septiembre de 2017, la Experiencia Americana no es excelente, y los equipos pueden estar ausentes en
de Conservación (ACE-Texas por sus siglas en inglés) tareas de restauración ambiental de 4 días a 4 semanas
abrió sus puertas gracias a una modesta donación de a la vez. Es un ajuste de estilo de vida. Consideramos el
la Fundación Nacional de Pesca y Vida Silvestre para compromiso similar al reclutamiento para un campo de
comenzar un Equipo de Asalto de Especies Invasoras. A entrenamiento de 3 a 6 meses. Queremos que los miembros
primera vista, “ Equipo de Asalto de Especies Invasoras de la tripulación se sientan desafiados y empoderados para
“ suena como SWAT o un equipo de fuerzas especiales, llegar a sus límites. Esta es la única forma en que nuestros
que hace ¿qué?: ¿matar malezas? Es difícil de creer, pero esfuerzos pueden volverse más fuertes para eliminar las
es verdad. Nos consideramos la armada marina de la plantas invasoras y restaurar las plantas nativas. Aunque
gestión de plantas invasoras. Somos una fuerza de trabajo este programa puede sonar extremo, hay un lado positivo.
basada en la biología de la conservación en el interior del Puede que sufra una quemadura solar y pierda entre 10
país, especialmente capacitados en el manejo de bosques y 20 libras de peso, pero obtendrá una gran oportunidad
y plantas exóticas. A menudo pasamos semanas a la vez de establecer una red de contactos masiva y mejorar su
trabajando en parques nacionales, refugios nacionales de currículum. Además de eso, 6 meses de experiencia en este
vida silvestre, reservas naturales y en parques estatales para campo califican a individuos para puestos pagados con el
eliminar la invasión de poblaciones de plantas invasoras Servicio de Parques Nacionales (NPS) y otras agencias
que tienen hábitats nativos fragmentados. Los miembros federales y estatales de administración de tierras. Tras la
del equipo de ACE a menudo manejan equipo pesado partida de nuestra última cohorte de tripulación, casi todos
como motosierras, cócteles de herbicidas ecológicos y aceptaron puestos que los llevaron al siguiente nivel de
dispositivos GPS para mapeo, junto con 8 litros de agua sus carreras de conservación. Estos trabajos iban desde la
y suficiente comida para un día en los elementos. Estas investigación en Puget Sound, el manejo de la madera en
cuadrillas hacen todo esto para restaurar los ecosistemas Alaska, el monitoreo de la vida silvestre para el Servicio
en deterioro del sur de Texas. Nacional Forestal en Oregón y el combate de incendios
forestales. Mi experiencia personal es también una
Para comprender la vitalidad de este reino de la historia de éxito para este programa. Trabajé un período
biología de la conservación, uno debe entender qué con AmeriCorps en 2013 en el Blue Ridge Parkway en
es ACE. ACE es una organización sin fines de lucro Carolina del Norte, luego de eso, obtuve un trabajo de
con sede en AmeriCorps con la misión de brindar temporada en un monumento nacional en el norte de
experiencia transferible a adultos jóvenes entusiastas y California y pasé los siguientes 5 años viajando por todo
conservacionistas del aire libre, a la vez que crea mejores el suroeste trabajando para el NPS. Todos mis colegas de
tierras públicas y más saludables. Cualquiera puede unirse
al Cuerpo de Conservación. No nos gusta endulzar las Third Coast Science for You
cosas aquí; El trabajo es agotador física y mentalmente.
Eliminación masiva del árbol invasor de sebo chino (Triadica
sebifera) en el Refugio Nacional de Vida Silvestre Aransas en
Austwell, Texas
12
la misma puedan crecer allí. Muchas de las especies de
plantas invasoras no tienen controles naturales, como las
tienen las especies de plantas nativas, para mantener un
equilibrio saludable con el ecosistema circundante, como
depredadores, competidores o limitaciones debidas a las
condiciones del suelo o al clima adverso. Entonces, estos
no nativos tienen la capacidad de dominar un ecosistema
porque nada impide su proliferación. Esto hace que
nuestros esfuerzos sean tan importantes para restaurar los
ecosistemas fragmentados y en deterioro del sur de Texas
subtropical.
El líder del equipo, Josh Watson, perfecciona su corte en un roble
de 60 pies de corteza de cereza (Quercus pagoda) en un proyecto de
adelgazamiento de bosques en el Refugio Nacional de Vida Silvestre
Trinity River en Liberty, Texas
NPS también comenzaron sus carreras en conservación
con AmeriCorps.
“El manejo de plantas invasivas es quizás el aspecto
más grande e importante de la conservación ambiental
en el estado de Texas”, según Kendal Keyes, bióloga y
coordinadora de recursos del Departamento de Parques y Los miembros de la tripulación de Texas plantan 30,000 árbo-
les nativos en un proyecto de siembra masiva para restaurar el
Vida Silvestre deTexas en el Parque Estatal Goose Island. El hábitat del Ocelote fragmentado (Leopardus pardalis)
Parque Estatal Goose Island ha usado aACE para proyectos No se deje engañar, la Unidad de Restauración
ACE-Texas no se limita solamente en anular hábilmente
de reducción de combustible contra incendios y para los ecosistemas de la flora invasiva no nativa de Texas.
Estas cuadrillas también se especializan en el manejo del
controlar la expansión del árbol de cebo (Triadica sebifera) hábitat, en la captura de cerdos salvajes, en el manejo de
la madera en los bosques de madera dura, los proyectos
y el pasto de Guinea (Megathyrsus maximus), ambos de de siembra masiva (un hecho interesante: cada planta
invasora que se elimina se reemplaza con un árbol nativo
los cuales son plantas tropicales recientemente emergentes en algún lugar a lo largo del viaje del proyecto), estudios
de vegetación, alivio de desastres, e incluso organizar
que amenazan la pradera costera restante y fragmentada eventos de voluntariado dentro de la comunidad.
del sur de Texas, ¿Interesado en poner en marcha su carrera en biología
de la conservación? ¿Necesita una pasantía o practica?
y estas plantas Para obtener más información, envíe un correo electrónico
a [email protected]
invasoras ya o [email protected]
ocupan una gran Imagen del equipo en el Refugio Nacional de Vida Silvestre
Laguna Atascosa en Los Fresnos, Texas
cantidad del
13
parque estatal.
Algunos pueden
no darse cuenta
de que casi todas
las malezas que
crecen en un
jardín familiar,
Geno Clarke posa para una foto después los dientes de
de cortar un enorme sebo chino (Triadica león (Taraxacum
sebifera) en el Refugio Nacional de Vida spp.) en el césped,
Silvestre Caddo Lake en Karnack, Texas las enredaderas
de madreselva
(Lonicera spp.) que cubren una línea de cerca, y el
pimentero brasileño (Schinus terebinthifolia) que es común
en tierras públicas cerca del océano fueron introducidas
en los Estados Unidos por trasplante humano. Algunos
fueron traídos accidentalmente y otros a propósito para el
control de la erosión o como ornamentales.
Algunas especies de plantas no nativas no representan
una amenaza para nuestro medio ambiente, mientras que
otras tienen la capacidad de cambiar la química del suelo
para que solo esa especie y las futuras generaciones de
ThirdCoastScience.org
Satisfaciendo las
necesidades espaciales
de la tercera costa
Melanie Gingras1 y el Dr. Michael J. Starek2
1. Especialista en Investigación-Texas A&M University-Corpus Christi
2. Profesor Asociado de Ingeniería Civil y Geoespacial-Texas A&M University-Corpus Christi
INTRODUCCIÓN que mejorar la resiliencia costera es un enfoque rentable para
Las zonas costeras son algunos de los entornos más prepararse para entornos costeros cada vez más inciertos. La
dinámicos de la Tierra y algunos de los más amenazados. Es capacidad de recuperarse más rápidamente puede reducir los
probable que esta realidad aun esté en la mente de la mayoría impactos negativos para la salud humana, el medio ambiente, y
de los residentes aquí́ en el la economía. Las comunidades confían en datos geoespaciales
Coastal Bend después de
Datos geoespaciales: los impactos del huracán adecuados para guiar la toma de decisiones espaciales en caso
información que tiene Harvey el año pasado.
un aspecto geográfico y Según el Atlas de los de un desastre y para el desarrollo y crecimiento sostenible. Los
representa posiciones en Océanos de las Naciones
la superficie de la Tierra, Unidas, más de la mitad recientes avances en sensores y plataformas para la adquisición
incluidas coordenadas, una de la población mundial
dirección o ciudad. Hay vive a 200 km de la costa. de datos de referencia espacial están transformando rápidamente
dos tipos básicos de datos Las demandas de una
geoespaciales: 1) el vector la ciencia, la sociedad y la toma de decisiones. Esta revolución
está siendo impulsada por tecnologías emergentes como los
sistemas de aviones no tripulados (UAS-por sus siglas en inglés),
más comúnmente conocidos como drones, y la detección de luz
y alcance (LIDAR-por sus siglas en inglés). Estas tecnologías
utiliza puntos, líneas y población en crecimiento, nos permiten mapear y monitorear rápidamente nuestro mundo
polígonos para representar las amenazas de tormentas en evolución, con detalles sin Geomática: una
características espaciales y la invasión marina ponen
como ciudades, carreteras a las comunidades costeras precedentes, para enfrentar una
y arroyos; y, 2) raster utiliza a la vanguardia de la
celdas en forma de puntos ingeniería y los esfuerzos gama de problemas. rama de la ciencia
o píxeles para representar científicos. En términos
características espaciales. Las técnicos, la resiliencia de El Laboratorio de Análisis de y la ingeniería
ciudades pueden ser un solo las costas es una medida Medición (MANTIS) del Conrad que se ocupa de
píxel, las carreteras pueden de la extensión en que Blucher Institute (CBI) para la recopilación, el
ser una secuencia lineal de una costa puede responder Topografía y Ciencias en Texas almacenamiento,
píxeles y las secuencias son a presiones externas sin A&M University-Corpus Christi el procesamiento y
una colección de píxeles perder funciones reales o (TAMU-CC) explora la fusión de la interpretación de
potenciales. Se considera la geomática, la teledetección y datos geográficos o de
adyacentes. la computación geoespacial para referencia espacial.
ayudar a la toma de decisiones
científicas y de ingeniería a través de medición y análisis
mejorados de sistemas naturales y construidos.
MANTIS está dirigido por el Dr. Michael
Starek, Profesor Asociado de Ingeniería Civil
y Geoespacial. MANTIS recibe su nombre no
solo de “Medición” y “Análisis”, sino que está
inspirado en el camarón mantis, que tiene uno
de los sistemas de visión multiespectral más
Figura 1: Espectro electromagnético (arriba) con la luz que es visible para los RGB: rojo, verde y azul; se refiere a las
humanos expandidos (abajo). Imagen tomada de Iris Tech. longitudes de onda de la luz visible en
la parte roja, verde y azul del espectro
14 utilizado en una pantalla de computadora
o grabado por una cámara digital típica. El
rojo, el verde y el azul se pueden combinar
en varias proporciones para obtener
diferentes colores en el espectro visible.
Third Coast Science for You
Computación geoespacial: el uso de
computadoras y software especializado para
analizar datos geográficos y de referencia espacial
para resolver problemas complejos sobre los
sistemas dinámicos de la Tierra, incluidos los
procesos naturales y humanos.
ANTECEDENTES
Lidar - La detección de luz y el alcance se han vuelto
enfoques comunes de alta resolución y alta precisión
para mapear topografía y escaneo 3D de estructuras
Figura 2: Ejemplos de diferentes plataformas UAS y sensores utilizados por construidas y naturales. Los sensores LIDAR consisten
el laboratorio MANTIS en TAMU-CC. (a) El sistema de mapeo de grado en un transmisor láser que envía un pulso láser saliente
comercial de ala fija llamado SenseFly eBee que viene con un conjunto de y un receptor para recolectar la energía reflejada desde
cámaras de grado de consumidor modificadas para la captura de longitud la superficie que es iluminada por el pulso saliente. Los
de onda visible e infrarroja cercana. (b) DJI Phantom 3 equipado con una láseres utilizados generalmente operan en la porción
cámara RGB de 4k y un sensor de infrarrojo cercano Sentera para la agri- cercana al infrarrojo (NIR) del espectro electromagnético.
cultura. (c) Sensor térmico FLIR VUE Pro integrado en una nave rotativa Hay dos categorías amplias aplicadas para el alcance:
3DR X8 +. (d) UAS rotatorio simple Vapor 55 integrado con un escáner tiempo de vuelo (ToF) y métodos basados en fases. El
LIDAR de grado topográfico de alta precisión llamado RIEGL VUX-LR (el tiempo de vuelo pulsado es el método más ampliamente
sensor tiene un rango de exploración efectivo de 1350 m). Las imágenes de aplicado para el alcance debido a la capacidad de
la cámara de la parte inferior del collage se tomaron de los sitios web de los escanear a distancias más largas. Al medir con precisión
fabricantes de Sensefly, DJI, FLIR y Vapor. el tiempo de viaje de ida y vuelta de un pulso láser
emitido desde el transmisor láser al objeto y viceversa y
impresionantes de la naturaleza. El camarón mantis tiene alrededor de al conocer la velocidad de la luz, se puede determinar con
precisión el alcance (distancia) desde el sensor LIDAR
12 o más células receptoras de luz (foto receptor) en sus ojos y puede al objeto. Los sistemas LIDAR incluyen un mecanismo
de exploración, como un espejo oscilante, para dirigir el
detectar espectros de luz ultravioleta, visible e infrarrojo cercano, o una pulso del láser. Tales sistemas típicamente pulsan el láser
a varios cientos de miles de pulsos por segundo (referido
visión de doce bandas como un avanzado sensor multiespectral satelital como tasa de repetición de pulsos). Esta alta frecuencia
de pulso permite un muestreo muy denso de la superficie
(Figura 1). Los humanos, por otro lado, están limitados a 3 células reflectante. Los instrumentos LIDAR pueden operarse
desde el suelo en un trípode estático (escaneo láser
foto receptoras para luz visible en rojo, verde y azul o visión RGB de terrestre, TLS) (consulte la Figuras 3 y 9 a continuación),
desde vehículos móviles (escaneo láser móvil, MLS)
tres bandas (rojo / verde / azul). A diferencia del camarón mantis, el y desde el aire (escaneo láser en el aire, ALS). La
referencia espacial del pulso láser reflejado se realiza
Laboratorio MANTIS utiliza una flota de UAS comerciales modificados integrando un receptor de sistema de posicionamiento
global (GPS) con una unidad de medición inercial
con diferentes tipos de sensores digitales, cámaras equipadas para (IMU) a bordo de la plataforma determinan la posición
y orientación precisa del sensor en el momento de cada
mapear y medir distancias (fotogrametría) y una variedad de escáneres pulso láser (Figura 4a). La principal salida de producto
de datos de un relevamiento LIDAR es un conjunto de
LIDAR para ampliar nuestra capacidad de monitorear y estudiar nuestro coordenadas espaciadas densamente que proporcionan
mundo circundante (Figura 2). Este artículo Teledetección:
proporciona una breve descripción general exploración e
de la tecnología de mapeo UAS y LIDAR, imágenes de la
seguida por ejemplos de aplicaciones Tierra por satélite,
llevadas a cabo por los investigadores avión o plataformas
de MANTIS en las áreas de agricultura, terrestres para
topografía de instalaciones y dominios de obtener información
al respecto.
problemas costeros.
una representación tridimensional de la cobertura del
suelo y la tierra. En conjunto, estos puntos de datos se
conocen como una nube de puntos 3D (Figura
4b). Estos datos se pueden utilizar para crear un
modelo de elevación digital (DEM) de topografía
(tierra desnuda), un modelo de superficie digital
(DSM) de la cubierta terrestre y estructuras
construidas (por ejemplo, bosques y edificios) y se
pueden aplicar para muchos tipos de aplicaciones,
como la medición de erosión costera a lo largo de
Figura 3: Proceso de escaneo láser terrestre para mapear estructuras y objetos una playa o para diseño de ingeniería civil.
tridimensionalmente en la escena de la imagen. Continuación en la siguiente página
ThirdCoastScience.org 15
aéreos de topografía y cobertura terrestre. Aunque
cada técnica tiene sus pros y sus contras, los UAS-
SfM representan una alternativa nueva y poderosa
al LIDAR para recopilar datos geoespaciales.
Dependiendo del número y tamaño de las imágenes,
la fotogrametría SfM puede ser computacionalmente
intensiva. Las principales etapas del procesamiento
de SfM se resumen a continuación:
Figure 4: (a) Ejemplo de cómo funciona el LIDAR en el aire pulsando un láser y 1. Las secuencias de imágenes se ingresan en
utilizando un espejo oscilante para dirigir el pulso del láser y escanear el suelo. El el software y se utiliza un algoritmo de detección
GPS y la unidad de medición inercial (IMU) se utilizan para geolocalizar con pre- de características para extraer y corresponder
cisión la huella de iluminación de cada pulso de láser en el suelo. Imagen de Starek automáticamente características (denominadas
et al., 2012. (b) Ejemplo de color de una nube de puntos 3D codificada por la altura puntos clave) entre imágenes superpuestas.
generada a partir de una encuesta LIDAR móvil del campus de TAMU-CC en 2017. 2. Luego se realiza una técnica llamada ajuste
Esta imagen muestra una parte del campus que incluye el Conrad Blucher Institute, de bloque de haz para minimizar los errores en las
Centro de Recursos Naturales Carlos Truan, y el Instituto de Investigación Harte. correspondencias al resolver simultáneamente la
posición y orientación de la cámara en el momento
UAS
Los sistemas de aviones no tripulados pequeños (sUAS de cada fotografía. Sobre la base de esta reconstrucción, los
o simplemente UAS) equipados con cámaras y sensores puntos coincidentes se verifican y sus coordenadas 3D se calculan
miniaturizados proporcionan un nuevo paradigma para el para generar lo que se denomina una “nube de puntos dispersos”.
relevamiento y mapeo aéreo. Los UAS se utilizan para recopilar 3. Finalmente, la orientación interior y exterior de cada
imágenes, que se pueden convertir en datos geoespaciales para imagen se utiliza con una técnica llamada fotogrametría estéreo
habilitar el mapeo. Estos productos de datos se pueden utilizar de vista múltiple para densificar la nube de puntos al proyectar
para caracterizar entornos desarrollados y naturales a un nivel cada píxel de imagen en la superficie.
de detalle espacial previamente inalcanzable o no práctico con
las técnicas tradicionales de detección remota. En comparación La salida del producto de datos base del procesamiento
con la detección remota de aviones o satélites tradicionales, el de imágenes UAS-SfM es una nube de puntos 3D densificada
UAS ofrece ciertas ventajas: capacidades de despliegue rápido, de la escena, coloreada por los valores RGB de la cámara. Las
flexibilidad temporal, rentabilidad y captura de imágenes de nubes de puntos UAS-SfM pueden considerarse hiperespaciales
resolución espacial alta (sub-cm). (puntos densamente espaciados que superan los 1000 pts / m2)
debido a la alta resolución de la cámara (por ejemplo, 20 MP +)
La fotogrametría es la ciencia de realizar mediciones de y las bajas altitudes típicas en las que se recopilan los datos. La
nube de puntos 3D se puede usar para crear un DEM del terreno,
objetos a partir de fotografías, específicamente para obtener que posteriormente se puede usar para producir una sola imagen
sin fisuras, u orto mosaica, a partir de la secuencia de la imagen.
la posición exacta de un punto de superficie. El input para Por lo tanto, la salida de productos de datos geoespaciales de
un relevamiento UAS-SfM es una nube de puntos 3D, DEM y
la fotogrametría son secuencias de imágenes, y las salidas ortomosaica. Varias opciones de software SfM comercial y de
código abierto están disponibles para procesar imágenes UAS.
Fotogrametría: comunes incluyen mosaicos de La Figura 5 resume el flujo de trabajo de procesamiento de UAS-
es la ciencia imágenes continuas que se han SfM.
de realizar corregido por distorsión para permitir
el mapeo preciso y modelos 3D de
mediciones a partir objetos o escenas del mundo real.
de fotografías, La fotogrametría aerotransportada
especialmente tradicional utiliza cámaras
métricas de gran formato
para recuperar las calibradas con precisión, de
posiciones exactas manera que sus propiedades
de los puntos de interiores, como la distancia
superficie.
focal, se conocen con precisión.
Sin embargo, las cámaras métricas son caras y no son
propicias para el uso generalizado de UAS pequeños para
aplicaciones de mapeo. En contraste, el mapeo UAS se
realiza típicamente con cámaras digitales de bajo costo
para el consumidor que utilizan una técnica emergente
llamada fotogrametría de estructura de movimiento
(SfM). SfM explora la información de múltiples imágenes
superpuestas para extraer información de objetos 3D (es
decir, crear nubes de puntos) y anular la necesidad de una Figura 5: flujo de trabajo de SfM para procesar secuencias de imágenes
calibración precisa de la cámara. Al igual que LIDAR en UAS en nube de puntos 3D densificada, DSM y ortomosaica. El ejemplo
el aire, el UAS-SfM se puede utilizar para realizar mapas aquí es de Packery Channel.
16 Third Coast Science for You
SfM aérea se puede lograr con un dron aficionado de bajo Figura 6: Ejemplos de modelos de altura de dosel derivados
costo, como la popular serie DJI Phantom equipada con cámaras de UAS de campos de algodón y sorgo para diferentes fechas
digitales para el consumidor, o un dron de relevamiento de de relevamiento durante el verano de 2017 en Corpus Christi
grado comercial más caro, como la serie SenseFly eBee (Figura AgriLife. Los datos de la nube de puntos 3D se utilizan para
2). Los UAS están integrados con los receptores GPS que se derivar modelos digitales de superficie (DSM) del dosel. Un
pueden usar para superponer los datos espaciales en su posición modelo digital de elevación de la tierra descubierta (DEM)
real en la tierra (georreferenciación). Sin embargo, la calidad capturado antes del crecimiento de la planta se resta del DSM
de los receptores GPS a bordo de estas plataformas puede para calcular la altura del dosel en cada celda de la cuadrícula.
variar mucho. La mayoría de los UAS actuales están equipados El resultado es un modelo de altura de dosel basado en ráster
con receptores GPS de baja precisión que proporcionan que se puede usar para determinar las tasas de crecimiento y la
precisiones posicionales 3D del orden de varios a decenas biomasa.
de metros, mientras que algunos sistemas están equipados
con GPS cinemático en tiempo real (RTK). El RTK GPS es EJEMPLOS DE APLICACIONES
capaz de proporcionar precisiones de posición horizontales y
verticales de unos pocos centímetros o menos. Para mejorar las Agricultura - En el Centro de Investigación y Extensión
precisiones posicionales, los objetivos de control terrestre se AgriLife de Texas A&M en Corpus Christi (AgriLife), los
pueden distribuir uniformemente en todo el sitio de estudio y sus estudiantes graduados de MANTIS, Isabel Garcia y Kevin
coordenadas posicionales se pueden inspeccionar con precisión Wilson, realizan relevamientos UAS de campos experimentales
utilizando un enfoque tradicional de topografía, como RTK- de algodón y sorgo semanalmente durante las temporadas de
GPS. Estos puntos de control en tierra pueden ingresarse en cultivo de verano. Este trabajo ha estado en curso desde 2014,
el flujo de trabajo de procesamiento de SfM (ver Figura 5) para con el objetivo de explorar cómo se pueden usar los UAS para
ubicar con mayor precisión los productos de datos geoespaciales monitorear mejor la salud de las plantas y el desarrollo de los
derivados en nuestros sistemas de coordenadas de longitud y cultivos. Los vuelos en AgriLife se llevan a cabo utilizando una
latitud conocidos. Si se hace bien, los productos de imágenes de variedad de plataformas, incluyendo 3DR Solo y DJI Phantom
nubes y puntos derivados de UAS pueden tener una precisión 4 Pro UAS (ver Figura 2) equipadas con cámaras digitales RGB
de unos pocos centímetros o menos desde sus posiciones reales de alta resolución. Los datos de estas plataformas se utilizan
en la Tierra. para derivar densas nubes de puntos 3D de estructuras de
cultivos para modelar su estructura y el crecimiento del dosel
Para realizar con éxito el mapeo UAS, el diseño de vuelo (por ejemplo, la Figura 6). Para monitorear el estrés del cultivo,
adecuado es fundamental. El componente más importante a
considerar es la superposición de imágenes. La superposición Continuación en la siguiente página
significativa es esencial para que los algoritmos de software
de postprocesamiento de SfM puedan realizar con éxito
la comparación de características y reconstruir un modelo
tridimensional de la superficie de la imagen. En un escenario
típico, las imágenes se adquieren con al menos un 75% de
“superposición” (superposición de imágenes sucesivas a lo
largo de la línea de vuelo) y al menos un 60% de “superposición
lateral” (superposición entre imágenes a lo largo de líneas
de vuelo adyacentes). Para la mayoría de los escenarios, se
recomienda que las imágenes se adquieran con un patrón de
cuadrícula regular. En entornos más complejos, pueden ser
necesarios más superposición y diferentes patrones de vuelo
para lograr los resultados de mapeo deseados.
Puntos de control en tierra: objetivos Figura 7: Comparación del estrés de la planta de clorosis de hierro visible en
identificables colocados en el suelo en un imágenes UAS de alta resolución (izquierda) y visible en imágenes de borde
área de interés cuyas coordenadas se han rojo y NIR UAS de colores falsos que capturan patrones de reflectancia no
inspeccionado con precisión. Estos objetivos detectables para el ojo humano (derecha).
ayudan al software de mapas a posicionar
con precisión las imágenes aéreas en relación 17
con las características del mundo real que lo
rodean. Este proceso ayuda a garantizar que
cualquier punto medido en un mapa de imagen
se corresponda con su verdadera ubicación de
coordenadas en el suelo.
ThirdCoastScience.org
se vuela una plataforma eBee SQ equipada con un sensor topográficos de tierras, productos de datos GIS extraídos de las
imágenes de UAS y encuestas de utilidad, por nombrar algunos.
multiespectral Parrot Sequoia para recolectar la energía EM A petición del Dr. John Dawson, Vicepresidente Asociado de
Operaciones de TAMU-CC, se inició una nueva asociación
reflejada a través de cuatro bandas distintas: luz verde visible revitalizada que se está configurando con el primer proyecto de
mapeo GIS de campus total de la Universidad. La misión del
(530-570 nm), luz roja visible (640-680 nm), borde del rojo (730- proyecto Campus Survey es incorporar lo último en tecnología
geoespacial, incluido el UAS, para ayudar al departamento de
740 nm) e infrarrojo cercano (770-810 nm). La luz verde visible Operaciones de TAMU-CC. Las inspecciones aéreas de UAS
tanto de Ward Island como de Momentum campus se realizan
está fuertemente correlacionada con el contenido de clorofila trimestralmente bajo la aprobación de la Administración Federal
de Aviación (FAA). Los productos de imágenes derivadas se
de la hoja en las plantas y una luz verde más reflejada indica difunden entre los interesados del campus para su visualización y
análisis utilizando un portal WebGIS desarrollado por MANTIS.
una planta más saludable. La luz roja visible es absorbida por la Estos productos UAS se están utilizando para una variedad de
aplicaciones que incluyen visualización 3D y modelado de
vegetación saludable, pero reflejada más fuertemente por la no información de construcción (Figura 8), derivando productos de
levantamiento de tierras para modelado de peligros y desarrollo de
saludable. Ni el borde del rojo ni la energía del infrarrojo cercano campus, y monitoreo de infraestructura de salud y construcción.
En la actualidad, la investigación de la tesis de Daniel se centra
(NIR) son visibles a simple vista. La reflectancia de la energía en el desarrollo de métodos automatizados para el monitoreo y
la detección de fugas en el techo del campus y la flexión más
del borde rojo indica el estrés de la planta, como la clorosis del allá del rendimiento del diseño utilizando enfoques de imagen
UAS. En última instancia, el objetivo de esta asociación es crear
hierro (Figura 7), y puede alertar a los agricultores sobre el una red completa e integrada de sensores remotos, SIG y de
relevamiento de tierras UAS que permita a los responsables de
estrés de la planta antes de que la misma muestre visiblemente la toma de decisiones de la Universidad, gerentes de operaciones
y personal esencial acceder a información espacial compleja de
una decoloración inducida por el múltiples capas de forma rápida y fácil para entender el formato.
estrés. La NIR se usa típicamente Clorosis por hierro: Monitoreo costero - MANTIS tiene varios proyectos en
para determinar el vigor de la un color amarillento curso a lo largo de la costa de Texas y en la Tercera Costa (del
planta y el tipo de cultivo. Los de las hojas de las Golfo de México). Un proyecto interesante con el cual se asocia
resultados de estudios anteriores con el Dr. Jim Gibeaut del Instituto de Investigación Harte
han demostrado que los UAS plantas causado (HRI) y el Equipo de Prevención y Respuesta a Derrames de
se pueden usar para monitorear por una deficiencia Hidrocarburos de la Oficina General de Tierras de Texas (TGLO)
de forma rutinaria la salud de la de hierro. En casos para evaluar la utilidad de los UAS para mejorar la limpieza y
planta, el tipo, la biomasa y las extremos, toda la evaluación de la costa de las playas del Golfo en respuesta a
tasas de crecimiento a nivel de hoja puede volverse los eventos de derrame de petróleo. El estudiante graduado de
“planta individual” en un campo amarilla o blanca y los MANTIS, Jacob Berryhill, está realizando una investigación
único o en un complejo de granjas bordes exteriores se para desarrollar protocolos de “mejores prácticas” para integrar
de manera mucho más rápida y vuelven marrones a UAS pequeños para proporcionar datos cuantitativos rápidos
efectiva que en los acercamientos medida que las células sobre la morfo dinámica de la playa y la distribución de petróleo
de relevamiento de campo mas de la planta mueren. en la playa durante un evento de respuesta a un derrame. Como
otro ejemplo, el proyecto más grande actual de MANTIS
tradicionales y anticuados. en términos del alcance de la cobertura a lo largo de la costa
del Golfo es la iniciativa de modelado geoespacial regional
Relevamiento de Instalaciones - En TAMU-CC, el apoyada por el National Geodetic Survey (NGS) de NOAA.
estudiante graduado de MANTIS y nativo de Corpus Christi, Este proyecto es un consorcio multiinstitucional enfocado en
Daniel G. Martínez, encabeza el proyecto de relevamiento la modernización del modelado y altura geoespacial para el
del Campus bajo la dirección del Dr. Starek. El proyecto norte del Golfo de México. Los socios institucionales incluyen
de relevamiento del Campus cuenta con el respaldo del la Universidad de Southern Mississippi (líder), la Universidad
departamento de Operaciones de TAMU-CC y consta de Estatal de Louisiana y la Universidad de Florida. La iniciativa
varios relevamientos y sistemas de información geográfica de modelado geoespacial regional busca mejorar el Sistema
(GIS) que se solicitan tanto para el campus principal de Ward Nacional de Referencia Espacial adyacente a la costa norte del
Island como para el más reciente campus Momentum. Estos Golfo de México, que proporciona el mayor retorno económico
productos consisten en imágenes aéreas de UAS, relevamientos de la inversión y el que está más expuesto a las inundaciones por
Figura 8: Modelo 3D del Centro de Recursos Naturales Carlos Third Coast Science for You
Truan (NRC) en el campus de TAMU-CC derivado de un
relevamiento aéreo reciente de 2018 UAS. Este modelo es un
componente crítico para desarrollar un modelo completo de
información de construcción (BIM) del NRC.
18
Figura 9: (izquierda) escáner láser terrestre Riegl VZ-400 operado Figura 10: Sistema de escaneo LIDAR móvil integrado en un vehículo
por MANTIS. Aquí se muestra a la coautora Melanie Gingras 4WD para el mapeo de playas. Aquí se muestra el ex investigador
operando el escáner para un relevamiento de la playa. (Derecha) el postdoctoral MANTIS, ahora profesor, el Dr. Tianxing Chu.
Dr. Michael Starek está lanzando el eBee de Sensefly para un vuelo por LIDAR USA, Inc. El sensor puede montarse en un vehículo
de humedal costero. 4WD para mapeo de playas (Figura 10). Las pruebas y el
desarrollo del protocolo fueron realizados por el ex investigador
marejadas tropicales. La singular topografía costera baja de la postdoctoral MANTIS, el Dr. Tianxing Chu, en coordinación
región muestra un alto riesgo de inundación debido al aumento con el Dr. Starek. Este sistema proporciona una capacidad de
proyectado del nivel del mar y al hundimiento de la tierra. mapeo rápido para el relevamiento de respuesta post-huracán y
el monitoreo rutinario de playas e infraestructura a lo largo de
Geodésicos/Geodesia: Como parte de este franjas más grandes de la costa de Texas que lo que sería posible
la ciencia de determinar consorcio, el laboratorio con TLS o UAS pequeños. El Dr. Chu ahora es miembro de
MANTIS está liderando el la facultad en TAMU-CC y es parte del liderazgo de MANTIS
matemáticamente el esfuerzo en el desarrollo que desarrolla un nuevo programa en computación móvil y
tamaño y la forma de la y la aplicación de técnicas navegación. Finalmente, el producto final de estas encuestas
Tierra, la naturaleza del computacionales y de imágenes es una nube de puntos 3D típicamente muy grande, densa y
campo de gravedad de geodésicas avanzadas para
la Tierra y cómo estas monitorear mejor las tendencias Continuación en la siguiente página
propiedades cambian de elevación de la superficie
y la cobertura del suelo en los Figura 11:(izquierda) nube de puntos 3D en color RGB de Little
con el tiempo. St. George Island, FL. (derecha) Nube de puntos 3D de color RGB
de un sitio de estudio de humedales ubicado en Mustang Island,
sitios existentes de la Reserva TX. Estas nubes de puntos se generaron a partir de imágenes UAS
usando estructura desde el movimiento. Son muy densos con> 1000
Nacional de Investigación de Estuarios (NERR) de NOAA pts / m2. Se están desarrollando métodos de aprendizaje automático
para automatizar la segmentación inteligente de puntos en la
en todo el norte del Golfo de México y dentro de zonas de cobertura del suelo representativa.
elevación baja aquí regionalmente. En la actualidad, se están 19
llevando a cabo instrumentaciones y estudios en las marismas
y zonas costeras, que son particularmente sensibles al aumento
relativo del nivel del mar. Se están recolectando encuestas UAS
y LIDAR terrestres repetidas (Figura 9) en una variedad de sitios
de estudio identificados por las partes interesadas para establecer
una línea de base detallada para el monitoreo de la vulnerabilidad
a largo plazo y volver a ocuparse del evento posterior para
evaluar cuantitativamente el cambio. El miembro del personal
de CBI, Alistair Lorde, es responsable de realizar relevamientos
terrestres y estáticos y RTK GPS de larga ocupación a lo largo
de la costa del Golfo desde Apalachicola, Florida hasta Corpus
Christi, Texas. La miembra del personal de CBI / MANTIS,
Melanie Gingras (coautora del artículo) es responsable de
procesar los datos y de supervisar el desarrollo de un portal web
llamado “Gulf3D.org” para compartir y visualizar públicamente
los datos UAS y LIDAR. Las operaciones de vuelo de UAS,
como parte de este proyecto, están respaldadas por una cohorte
de personal y estudiantes de CBI y MANTIS que han obtenido su
licencia de Parte 107 FAA para realizar pequeñas operaciones de
UAS. MANTIS también ha desarrollado una capacidad de mapeo
LIDAR móvil utilizando un sensor LIDAR llamado Velodyne
HDL 32E integrado con un GPS e IMU para georreferenciación
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compleja (Figura 11). Para que estos datos se apliquen, se agosto. El huracán Harvey causó daños severos por el viento en las
necesita inteligencia automatizada para clasificar los puntos y ciudades costeras, inundaciones extensas en Texas desde el 25 al 30
las imágenes en una cobertura terrestre significativa, como la de agosto de 2017, y lluvias sin precedentes con totales en Cedar
marea plana o la vegetación. En consecuencia, el estudiante de Bayou que alcanzaron los 1318 mm (59.89") en solo tres días.
doctorado de MANTIS, Chuyen Nguyen, está desarrollando
métodos de aprendizaje automático sin supervisión para Poco después del huracán, el Laboratorio MANTIS realizó
caracterizar con precisión los datos de la nube de puntos 3D estudios de TLS y UAS en varios lugares a lo largo de la Isla
de pantanos en clases representativas de cobertura terrestre Mustang para evaluar el cambio de elevación. Los sitios de estudio
para estudiar la evolución de los mismos. De manera similar, investigados incluyeron sitios de playa orientados al golfo en
el estudiante de doctorado MANTIS, Mohammad Pashaei, Port Aransas y Newport Pass y un sitio de humedales en la parte
está desarrollando métodos de “aprendizaje profundo” posterior de la isla (Figura 12). El cambio en las ubicaciones de
para la identificación y clasificación de objetos dentro de la playa se distinguió al comparar los datos de la encuesta TLS
imágenes UAS hiperespaciales adquiridas en humedales y y UAS posteriores al huracán con los datos LIDAR aéreos antes
zonas costeras. A continuación, se muestra una evaluación de la tormenta recopilados por el Programa Nacional de Mapas
resumida del impacto del huracán Harvey utilizando los datos Costeros del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados
recopilados por el Laboratorio MANTIS. Unidos (USACE). La encuesta LIDAR aérea de USACE se llevó a
cabo en agosto-octubre de 2016. El laboratorio MANTIS recopiló
CASO DE ESTUDIO: datos de TLS y UAS en septiembre-octubre de 2017. La Figura 13a
EVALUACIÓN DE IMPACTO DEL es una imagen aérea tradicional adquirida antes del huracán en el
sitio de la escollera sur de Port Aransas, y la Figura 13b muestra
HURACÁN HARVEY una imagen ortomosaica UAS de alta resolución producida a partir
de una encuesta unas semanas después del huracán. La Figura 13c
El huracán Harvey se formó como una tormenta tropical es el DEM LIDAR aerotransportado creado a partir de la encuesta
sobre el Océano Atlántico el 17 de agosto de 2017, se USACE en 2016, y la Figura 13d es el DEM producido a partir de
debilitó a una depresión tropical cuando cruzó la Península una encuesta TLS realizada por MANTIS poco después del huracán.
de Yucatán, pero se intensificó rápidamente a un huracán de La Figura 13e muestra las diferencias en la elevación después de la
categoría 4 en el Golfo de México justo antes de tocar tierra tormenta (cambio de elevación) entre los DEM LIDAR en el aire
en la costa de Texas a 50 km al este de Corpus Christi el 25 de y el LIDAR terrestre. Los resultados muestran (Figura 13e) que el
cambio más notable fue la erosión de las playas y las inundaciones
Figura 12: Sitios de estudio del huracán Harvey del que se produjeron hasta 4 m (~ 12 pies) donde fueron devorados por
Laboratorio MANTIS en Mustang Island. la acción de las olas grandes y la marejada ciclónica experimentada
en Port Aransas. En Newport Pass, quizás hubo el cambio más
20 notable donde una explosión de duna previamente debilitada
(Figuras 14 a y c) fue completamente consumida por la marejada
ciclónica durante el huracán y se formó una entrada temporal a la
Bahía de Corpus Christi (Figuras 14 b y d). Esto provocó cambios
negativos en la elevación de más de 4 m (~ 13 pies) donde el canal
atravesó la duna y cambios positivos donde las aguas de la bahía
inundada y los fuertes vientos del lado sur del ojo del huracán
empujaron el sedimento contra la parte posterior (lado de la
bahía) de la duna (Figura 14e). En el lado de la bahía, en el Sitio
del Observatorio de la Isla Mustang (Figuras 15a-e), se observó
un cambio de elevación menor, pero significativo, al considerar la
vulnerabilidad de los humedales a un cambio de elevación sutil.
Hubo algunos nuevos canales cortados en pisos expuestos a través
del sitio y se observó una inundación inmediatamente al lado de la
bahía. Es importante mencionar que para este sitio de estudio, se
usó el relevamiento UAS / TLS previo a la tormenta realizado por
MANTIS en julio de 2017 para compararla con la encuesta UAS /
TLS posterior a la tormenta.
En apoyo de una iniciativa diferente relacionada con Harvey,
el laboratorio MANTIS realizó encuestas de UAS en vecindarios
muy dañados en Rockport y Port Aransas como parte de un
esfuerzo voluntario de respuesta de emergencia en colaboración
con ingenieros de la Universidad de Notre Dame y el Proyecto de
Reconocimiento de Eventos Extremos Geotécnicos (GEER) de la
National Science Foundation (NSF). El propósito del esfuerzo de
Third Coast Science for You
Figura 13: Figura 16: Estas imágenes representan cambios relacionados con
estas imágenes la tormenta en un vecindario cerca de Rockport, TX: (a) Imágenes
representan aéreas tradicionales de Google Earth de un vecindario de Rockport
cambios antes del huracán Harvey; (b) Vista ampliada de la imagen aérea
relacionados que muestra la casa antes del huracán Harvey; (c) Imágenes UAS
con la tormenta de un vecindario de Rockport después del huracán Harvey; (d) Vista
en el sitio sur de ampliada de las imágenes de UAS que muestran daños en la misma
las escolleras de casa después del huracán Harvey que se muestra en la imagen aérea
Port Aransas. arriba; e) imágenes oblicuas de una casa de Rockport antes del
(a) Imagen aérea huracán Harvey; (f) Vista oblicua de una nube de puntos 3D derivada
de Google Earth de SfM de una casa de Rockport después del huracán Harvey.
desde el sur del
embarcadero NSF GEER es recopilar datos de sensores remotos de alta
de Aransas Pass antes del Huracán Harvey; (b) Imágenes de MANTIS resolución junto con información sobre daños estructurales
UAS desde el sur de las escolleras de Aransas Pass después del huracán registrados por equipos de reconocimiento en el terreno para
Harvey; (c) DEM al sur de las escolleras de Aransas Pass, creado a evaluar el desempeño de las estructuras durante eventos de
partir de una encuesta de LIDAR en el aire de USACE 2016 antes del desastre. Las figuras 16a y 16b muestran imágenes aéreas de
huracán Harvey; (d) DEM al sur de las escolleras de Aransas Pass creado Rockport, TX antes del huracán Harvey, y las figuras 16c y
a partir de una encuesta TLS después del huracán Harvey; (e) Cambio de 16d muestran partes de un orto mosaico UAS de la misma
elevación calculado al sur de las escolleras de Aransas Pass debido al área generada después de la tormenta. La Figura 16e es una
huracán Harvey (superficie previa de DEM menos la superficie posterior imagen UAS oblicua de seis casas antes de la tormenta y
de DEM). la Figura 16f es una imagen oblicua de una nube de puntos
3D construida a partir de las imágenes UAS utilizando SfM.
Figura 14: Los conjuntos de datos UAS y de campo recolectado de
Estas imágenes Harvey y otras tormentas están siendo usados por ingenieros
representan para mejorar el diseño estructural y refinar los códigos de
cambios construcción para reducir los impactos de huracanes y otros
relacionados con desastres naturales.
la tormenta en el
sitio de estudio Para obtener más información sobre los esfuerzos de
de Newport Pass. investigación y desarrollo que se llevan a cabo en el Laboratorio
(a) Imagen aérea MANTIS, comuníquese con nosotros. También puede visitarnos
al sur de Newport en nuestro hermoso campus de la isla TAMU-CC; Estamos
Pass antes del ubicados en la suite NRC 3400.
huracán Harvey;
(b) imágenes Dr. Michael Starek, Director,
UAS de Newport [email protected]
Pass después del huracán Harvey; (c) DEM de Newport Pass creado a
partir de una encuesta de LIDAR aerotransportada de USACE 2016 Melanie Gingras, gerente de laboratorio,
antes del huracán Harvey; (d) DEM de Newport Pass creado a partir de [email protected]
una encuesta TLS después del huracán Harvey; (e) Cambio de elevación
computarizado de Newport Pass debido al Huracán Harvey (superficie 21
previa de DEM menos la superficie posterior de DEM).
Figura 15:
Estas imágenes
muestran
los cambios
relacionados con
la tormenta en el
sitio de estudio
de humedales del
Observatorio de
la Isla Mustang.
(a) Imagen aérea
del Observatorio
de la Isla Mustang
antes del Huracán
Harvey;
(b) Imágenes UAS del Observatorio de la Isla Mustang después del
Huracán Harvey; (c) DEM del Observatorio de la Isla Mustang creado a
partir de una encuesta TLS realizada aproximadamente dos meses antes
del Huracán Harvey; (d) DEM del Observatorio de la Isla Mustang creado
a partir de una encuesta TLS después del huracán Harvey; (e) Cambio
de elevación computado del Observatorio de la Isla Mustang debido al
Huracán Harvey (superficie previa de DEM menos la superficie posterior
de DEM).
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Grupo de Investigación del Dr. Felix:
Rastreando la Contaminación de Nitrógeno
Dr. J. David Felix, Profesor Asistente de Química Ambiental
Universidad de Texas A&M-Corpus Christi
Desde la revolución industrial la cantidad de nitrógeno La calidad del aire:
biodisponible producido por los seres humanos ha
aumentado más de 10 veces y ahora es comparable Emisiones de amoníaco en Corpus Christi
con la cantidad producida naturalmente. Este incremento en
la producción de nitrógeno biodisponible es el resultado de la El amoníaco (NH3) es una molécula que contiene
necesidad de alimentos y energía de la creciente población. nitrógeno que puede disminuir la calidad del aire y agua
Por ejemplo, los fertilizantes comerciales de nitrógeno son en zonas costeras. A pesar de estos efectos negativos, las
necesarios para nuestros cultivos así como las emisiones emisiones de NH3 por lo general no son reguladas en los
de nitrógeno biodisponible son un subproducto de los Estados Unidos. Las emisiones de NH3 son principalmente
combustibles fósiles utilizados en las plantas de energía de origen agrícola, pero recientes estudios indican que el
y de vehículos. Mientras que el nitrógeno es esencial para escape de vehículos es una fuente significativa de NH3 y estos
los seres vivos, el exceso de nitrógeno biodisponible tiene contribuyen a la disminución en la calidad del aire urbano.
efectos nocivos al medio ambiente y estos efectos se pueden Si los Estados Unidos elige adoptar regulaciones para la
intensificar en ecosistemas costeros sensibles al nitrógeno. emisión de NH3 similares a las empleadas por muchos países
Las comunidades costeras muchas veces relacionan el europeos, sería necesario primero determinar adecuadamente
exceso de nitrógeno con la eutrofización y el florecimiento las fuentes responsables de las emisiones de NH3.
de algas nocivas, pero también puede ocasionar otros
problemas incluyendo la disminución de la calidad del aire El grupo de investigación del Dr. Felix está llevando
y en la biodiversidad. Como nuestro nivel de vida depende a cabo el primer estudio a largo plazo para monitorear el
del acceso a alimentos y energía, debemos aprender cómo NH3 urbano que utiliza técnicas isotópicas de identificación
satisfacer estas necesidades y al mismo tiempo reducir nuestra de la huella de la fuente del NH3. En colaboración con la
huella de nitrógeno para mantener un medio ambiente sano. Comisión de Calidad Ambiental de Texas (TCEQ) y Texas
Para establecer estrategias eficientes para reducir los aportes A&M AgriLife, el grupo de investigación del Dr. Felix
de nitrógeno tenemos que medir la cantidad de nitrógeno recolectó muestras mensuales de NH3 durante un año en
procedente de cada una de las fuentes y determinar cómo se cinco estaciones en áreas urbanas de Corpus Christi y en
transporta en cada una de las facetas del medio ambiente. una estación en el parque nacional Padre Island National
Seashore (Figura 2B). Las primarias fuentes de Emisiones de
El grupo de investigación del Dr. Felix rastrea las fuentes, NH3 de la región— las actividades agrícolas (por ejemplo,
el transporte y el destino de la contaminación por nitrógeno desechos del ganado y fertilizante) y de las emisiones de
en todo el entorno costero. Para lograr esto, el grupo emplea vehículos— tienen proporciones únicas de isotopos 15N y 14N
una técnica de identificación de fuente de nitrógeno llamada (Figura 2A). La composición isotópica preliminar de NH3 en
la región urbana de Corpus Christi sugiere que anualmente,
biogeoquímica de isótopos estables. las fuentes agrícolas y de vehículos son de igual importancia
(Figura 2B). Estos resultados contradicen a los inventarios
Un manual básico de isótopos nacionales que reportan que el ~ 90% de las emisiones de
NH3 son de fuentes agrícolas y destacan la necesidad de
Desde muy temprana edad aprendemos que los átomos verificar las fuentes urbanas de NH3 con el fin de crear
(por ejemplo, el átomo de carbono o nitrógeno) son los futuras estrategias de mitigación eficientes.
bloques sobre los que se construye toda la materia y se
componen de protones, neutrones y electrones. Isótopos Figura 1: Isótopos son átomos del mismo elemento con diferentes
son dos o más átomos del mismo elemento que contienen el cantidades de neutrones. Un ejemplo de dos isótopos de
mismo número de protones, pero difieren en el número de nitrógeno, nitrógeno-14 y nitrógeno-15, están representados aquí.
neutrones. Por ejemplo, el nitrógeno siempre existe con siete
protones, pero puede tener siete u ocho neutrones. Sumamos
el número de protones y neutrones para asignar un número
de masa a un átomo por lo cual el nitrógeno existe como
nitrógeno-15 (15N) y nitrógeno-14 (14N). Diferentes fuentes
de contaminación de nitrógeno tienen diferentes cantidades
de isótopos 15N y 14N y así crean una huella única para cada
fuente de contaminación. Los científicos pueden utilizar estas
huellas para determinar qué fuentes son responsables de la
contaminación por nitrógeno así como los cuerpos policiales
pueden utilizar huellas dactilares para determinar quién
cometió un crimen.
22 Third Coast Science for You
Figura 2: A) Fuentes de emisiones de
NH3 tienen diferentes factores de 15N:14N
que actúan como huellas para determinar
sus fuentes. B) Ubicación de los sitios
de monitoreo en Corpus Christi y Padre
Island National Seashore. Las huellas
de NH3 procedente de 15N:14N en áreas
urbanas de Corpus Christi indican que
emisiones de vehículos y agrícolas son
fuentes competidoras.
Calidad de agua: ejemplo: las lluvias observadas durante el huracán Harvey,
pueden contribuir cantidades anuales de nitrógeno a la
fuentes de nitrógeno biodisponible costa en unos pocos días. Sin embargo, debido a los riesgos
asociados con tomar muestras de deposición de huracanes y
en Baffin Bay la poca frecuencia de estos eventos, los ingresos de nitrógeno
a la costa correspondientes a los huracanes son generalmente
Baffin Bay es desconocidos.
un estuario del sur El Grupo de Investigación del Dr. Felix procura tomar
muestras de huracanes de forma segura durante los eventos
de Texas invadido extremos. Por ejemplo, se recopilaron muestras secuenciales
del huracán Harvey tierra adentro de donde Harvey llego
por floraciones de como categoría 4, por donde pasó como una tormenta
menos peligrosa de categoría 2. Se tomaron siete muestras
algas nocivas (FAN) secuencialmente durante un período de lluvia de 24 horas
para descifrar la dinámica del aporte de nitrógeno a lo largo
(por ejemplo, la de la tormenta (Figura 4). Datos preliminares informan que
el Huracán Harvey contribuyó una porción significativa de la
marea café) que han deposición anual de nitrógeno biodisponible y que la cantidad
de nitrógeno en la lluvia varía significativamente a lo largo
Figura 3: La costa al sureste de Cayo causado reducciones de la tormenta. Los isótopos de nitrógeno se usarán para
del Grullo, sitio de muestreo de agua en las poblaciones analizar las fuentes de contaminación del aire por nitrógeno
superficial en Baffin Bay. de invertebrados que son capturadas en la lluvia de huracanes. Esta técnica
bentónicos y marinos, de isótopos fue utilizada previamente por el Dr. Félix para
investigar las fuentes de nitrato en las lluvias del Huracán
así como también disminuciones en la calidad del agua; todo Irene. Los resultados indicaron que una fuente importante de
nitrato en las lluvias de huracanes son los óxidos de nitrógeno
lo cual puede perjudicar la economía regional y las industrias producidos por los rayos. La cuantificación de la cantidad
de nitrógeno biodisponible proporcionado a la costa por
pesqueras recreativas y comerciales. Los FAN dependen los eventos de huracanes ayudará a determinar los posibles
efectos a los ecosistemas debido a la deposición de huracanes.
del nitrógeno biodisponible, como el nitrato, el amoniaco La dinámica de estos aportes durante eventos extremos de
lluvia es cada vez más importante, ya que el cambio climático
y el nitrógeno orgánico disuelto para florecer. Estas formas global puede alterar la actividad de los huracanes.
de nitrógeno corresponden a varias fuentes, incluyendo Figura 4: 72
Trayectorias
fertilizantes, desechos de ganado, aguas residuales y posteriores (72
horas) de las
deposición atmosférica. Cada fuente de nitrógeno puede masas de aire
tener una proporción de 15N:14N diferente, que sirve come correspondiente
una huella digital única para determinar las fuentes de a cada muestra
nitrógeno en la bahía. El Grupo de Investigación del Dr. tomada durante el
Felix está actualmente colaborando con el Laboratorio de Huracán Harvey,
Ecosistema Costero y Estuarino del Dr. Wetz en TAMU-CC, recogidas durante
para utilizar técnicas de isótopos estables para identificar las primeras 24
las fuentes y el procesamiento de nitrógeno en la bahía. Se horas de lluvia
recogieron muestras de agua superficial en nueve sitios de la (HYSPLIT de la
bahía durante dos años y en el presente se está determinando NOAA)
la composición isotópica del nitrógeno biodisponible en las
muestras. Los datos de isótopos se compararán con las firmas 23
isotópicas de fuentes de nitrógeno para inferir cuales fuentes
contribuyen a la disminución de la calidad del agua en la bahía.
En última instancia, el trabajo propuesto conducirá a una
mayor comprensión de las fuentes de nitrógeno biodisponible
que alimentan a FAN, y será un primer paso para lograr el
objetivo principal de mitigar las floraciones.
Huracanes:
Una importante fuente de nitrógeno
Eventos de lluvia costeros pueden ser responsables hasta
del 30% del nitrógeno biodisponible que llega anualmente a
los sistemas estuarinos. Esto sugiere que eventos extremos
que producen cantidades de lluvia sin precedentes, por
ThirdCoastScience.org
BÚSQUEDA DE PALABRAS
PISTAS
1. El otro problema del CO2 8. Laboratorio de Geociencias en TAMU-CC
2. El código de ADN de las especies 9. El proceso biológico de construir una
3. Utilizado para imágenes aéreas
4. Uno de los problemas de contaminación estructura de carbonato de calcio
10. Apoya la biodiversidad y el turismo
más generalizados 11. Un tipo de bivalvo
5. Tipo de desechos marinos 12. Neutral en la escala de pH
6. Otro nombre para drones basado en sus 13. Un tipo de organismo microscópico en
siglas en Ingles fondos fangosos del Golfo de México
7. La ciencia de medir objetos en fotos
24 Third Coast Science for You
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