Translated by Isabel Zetina

Los ecosistemas marinos son algunos de los más únicos en la Tierra, van desde estuarios costeros pantanosos, arrecifes de coral coloridos y prístinos, hasta el vasto océano abierto. Sin embargo, cada año, estos ecosistemas críticamente diversos se ven expuestos a numerosos derrames de petróleo que liberan altos niveles de sustancias químicas tóxicas en el medio ambiente marino (United Nations Environment Programme, 2022). Los impactos negativos de estos derrames son interminables, desde un alto número de muertes y aumento de lesiones en la vida marina, hasta la contaminación y degradación de ecosistemas marinos de alto riesgo, y una miríada de impactos financieros debido a la destrucción de especies comercialmente importantes, así como a la disminución del ecoturismo (Figura 1).

Los derrames de petróleo suelen convertirse en noticias de alcance mundial cuando un petrolero encalla o cuando una plataforma petrolífera sufre una fuga. Sin embargo, no toda la contaminación por petróleo es tan evidente. Con la ayuda de tecnologías basadas en el espacio, los científicos han logrado detectar una de las formas menos discutidas de contaminación por petróleo: el vertido intencional e ilegal de petróleo y efluentes en el océano por parte de buques de carga. Las imágenes satelitales han permitido la vigilancia de la superficie del océano. Aunque esto sigue siendo una aplicación emergente de la tecnología satelital, ya se ha detectado que miles de barcos cometen actividades ilegales (Bernhard et al., 2022). Ahora, los científicos también pueden prever la trayectoria del petróleo derramado en el océano, así como rastrear los cambios en los ecosistemas marinos y costeros tanto durante como después de un derrame (Monaldo, 2022). Recopilar estos datos desde el suelo sería, de lo contrario, imposible, caro y demorado. Como resultado, las tecnologías basadas en el espacio crean una oportunidad para una respuesta y recuperación mucho más rápidas después de un incidente.

Imágenes basadas en el espacio: cómo los datos de teledetección permiten detectar derrames de petróleo

Dentro del ámbito de la observación de la Tierra, se pueden utilizar dos tecnologías principales para la detección de derrames de petróleo: las imágenes ópticas y el radar de apertura sintética (SAR, por sus siglas en inglés). La tecnología de imágenes ópticas es un método tradicional y bien comprendido que ha estado comercialmente disponible durante muchas décadas. Los sensores pasivos a bordo de satélites recopilan datos de la superficie terrestre y producen imágenes similares a fotografías (Figura 2). Dos principios principales permiten detectar derrames de petróleo a través de imágenes ópticas. En primer lugar, se detecta el contraste entre el petróleo y el agua debido a que el petróleo refleja la luz de manera diferente que las aguas normales de la superficie del océano; los derrames de petróleo pueden aparecer como manchas oscuras dentro de las imágenes (Trujillo-Acatitla et al., 2022). En segundo lugar, el petróleo tiene propiedades ópticas únicas que pueden ser detectadas por instrumentos espectrómetros a bordo de muchos satélites. Por ejemplo, en comparación con el agua, el petróleo tiene una alta absorción en la banda espectral azul, y las emulsiones de petróleo-agua muestran una reflectancia más alta en las bandas roja, infrarroja cercana e infrarroja de onda corta (Z Sun et al., 2022). Utilizando instrumentos espectrómetros, los científicos pueden interpretar las imágenes ópticas para determinar dónde es más probable que se encuentre el petróleo dentro de una determinada área. Ejemplos de instrumentos de imágenes ópticas incluyen el espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) a bordo de los satélites Terra y Aqua de la NASA, así como el espectrómetro de imágenes de resolución media (MERIS) a bordo del satélite Sentinel-3 de la Agencia Espacial Europea.

Además, como su nombre indica, las imágenes ópticas dependen en gran medida de la porción visual del espectro electromagnético. Esto significa que se necesita luz del día para producir imágenes y, por lo tanto, no se pueden producir imágenes durante la noche. Si las imágenes satelitales ópticas solo se pueden producir bajo ciertas condiciones, es decir, cielos despejados durante el día, el alcance de cómo y cuándo se puede aplicar este método de imágenes está limitado (Z Sun et al., 2022). Al mismo tiempo, las imágenes ópticas son económicas y relativamente fáciles de producir, lo que las convierte en una elección práctica para la gestión de derrames de petróleo en las condiciones adecuadas.

El segundo método de imágenes remotas para la detección de derrames de petróleo se conoce como radar de apertura sintética (siglas SAR en inglés). SAR es un sensor activo que emite señales de microondas hacia la superficie terrestre de la Tierra. Dependiendo del patrón de la energía que se refleja, los científicos pueden detectar las propiedades físicas de la Tierra. En el caso de los derrames de petróleo, cuando se derrama en la superficie del océano, actúa como amortiguador de olas impulsadas por el viento. Como resultado, el área del derrame parece más suave que las aguas circundantes no contaminadas y por lo tanto, refleja menos energía de vuelta al satélite (Zhen Sun et al., 2022). Esta diferencia en la acción de las olas hace que los derrames aparezcan como manchas oscuras en las imágenes de SAR (Alpers et al., 2017) (Figura 2). A diferencia de las imágenes ópticas, los sensores SAR emiten su propia energía en lugar de depender de la luz solar y, por lo tanto, pueden operar día o noche. De manera similar, el SAR puede recopilar datos a través de múltiples condiciones climáticas, incluyendo nubes, lluvia, niebla y humo, lo que lo hace ventajoso para una respuesta rápida a dichos derrames.

Históricamente, las imágenes de SAR solo se han utilizado para determinar la presencia o ausencia de petróleo. Sin embargo, avances recientes han permitido a científicos detectar también el grosor de la película de petróleo. El Dr. Frank Monaldo de la Universidad Johns Hopkins, y su equipo han creado "un algoritmo de relación de contraste" que trabaja con los sensores de SAR para determinar el grosor del petróleo en un derrame (Monaldo, 2022). A medida que el petróleo se extiende sobre la superficie del mar, no se distribuye uniformemente en toda la película. En cambio, se vuelve más delgado y cambia de color, de negro o marrón, a un brillo plateado o iridiscente (Figura 3). Saber dónde es más grueso el petróleo en un derrame permite a los científicos colaborar con los equipos de respuesta rápida para adaptar los actos de remediación de manera más específica y efectiva (Figura 4). El Dr. Monaldo ha afirmado: "Si puedes tener un algoritmo que automatice en su mayoría el proceso para dar a los analistas no solo la extensión sino también el grosor, pueden actuar rápidamente para proporcionar una evaluación a las agencias de respuesta para que puedan desplegar recursos más rápidamente" (Lewis, 2021).

Monitoreo de actividades de envío ilegal desde el espacio

El comercio internacional depende en gran medida de la industria naval para transportar mercancías a través del mundo. Miles de barcos realizan travesías por los océanos a diario. Sin embargo, mientras estas embarcaciones operan, sus enormes motores producen mezclas nocivas de productos químicos conocidas como aguas de sentina. Compuestas por petróleo, detergentes, líquidos de la sala de máquinas y otros productos químicos tóxicos, estas aguas se acumulan en el fondo de la embarcación antes de ser almacenadas en tanques de sentina. Un solo barco puede producir varias toneladas de esta mezcla aceitosa en un solo día (Onwuegbuchunam et al., 2017).

Hay muy pocas opciones para tratar los desechos de las aguas de sentina. Las regulaciones internacionales requieren que los barcos almacenen sus aguas hasta que puedan desecharse en tierra. Sin embargo, a menudo hay una gran cantidad de aguas de sentina a bordo y la eliminación adecuada es costosa (Caston et al., 2007). Alternativamente, las embarcaciones pueden optar por tratar sus aguas a través de un separador de agua y aceite antes de verterlas en el océano. Este equipo está diseñado para separar el aceite hasta 15 ppm, un límite establecido en la ley internacional por el MARPOL en 1973. Sin embargo, este proceso también es costoso y puede eludirse fácilmente por los barcos (Han et al., 2019). El resultado final es que hay una iniciative financiera para que los barcos viertan aguas de sentina crudas directamente al océano (Figura 5).

Históricamente, la falta general de vigilancia ha significado que ha habido una responsabilidad limitada para los barcos contaminantes. Los métodos de detección típicos han dependido de la vigilancia por aviones, otras embarcaciones en el mar o el descubrimiento de contaminación en la costa (Caston et al., 2007). El océano es un espacio vasto, sin embargo, y es difícil tanto para las autoridades como para los investigadores rastrear embarcaciones contaminantes. Hay amplios vacíos legales para que los barcos naveguen, permitiendo que la contaminación por petróleo se propague sin control. Aquí es donde las tecnologías basadas en el espacio se han vuelto inmensamente útiles.

Las imágenes satelitales ópticas y las tecnologías de imágenes SAR pueden actuar como estrategias de vigilancia más efectivas por muchas razones. En primer lugar, pueden cubrir una porción más amplia del océano que los métodos históricos de vigilancia, permitiendo un monitoreo más eficiente y generalizado. Los satélites también pueden producir imágenes sin ser detectados por las embarcaciones mismas, lo que significa que es más probable que detecten los vertidos ilegales en el acto. Las imágenes por satélite también proporcionan un archivo de datos que permite a los científicos analizar la evolución de un vertido concreto a lo largo del tiempo (European Maritime Safety Agency, 2019). Esto puede ser especialmente útil en el caso de grandes vertidos de petróleo, como accidentes de petroleros o malfunciones en plataformas petrolíferas.

Quizá la mayor ventaja sea la capacidad de las imágenes SAR para captarlas de noche y en cualquier condición meteorológica. Históricamente, una parte importante de la contaminación por hidrocarburos se ha producido al amparo de la oscuridad, donde es casi imposible que los métodos de vigilancia habituales detecten actividades nefastas (Caston et al., 2007). Sin embargo, las imágenes SAR se han erigido en una estrategia eficaz para la vigilancia de los océanos de día o de noche, con sol o con nubes. En las imágenes SAR, los buques que vierten aguas de sentina en el océano adoptan una forma muy definida. El petróleo aparece como manchas oscuras en la superficie del océano, normalmente en una línea recta de varios kilómetros de longitud. El buque aparece como un punto blanco brillante al final de la mancha (Figuras 6 y 7). Aunque la potencia del SAR es evidente, ningún satélite o proveedor de servicios puede satisfacer por sí solo las necesidades de todo el océano y se requiere una combinación de vigilancia óptica y SAR para proporcionar una cobertura suficiente a escala mundial.

¿Ha disminuido realmente la contaminación marina por hidrocarburos con la aparición de las imágenes por satélite? En su mayor parte, no. Sólo se verifica una fracción de los buques contaminantes y aún menos son procesados. Aunque la tecnología es más que capaz y, de hecho, ha detectado decenas de miles de posibles manchas de petróleo en todo el mundo, sigue habiendo problemas a la hora de aplicar medidas legales en estos casos (Bernhard et al., 2022). A menudo, los distintos países no dan seguimiento a las alertas de vertidos detectados o, si lo hacen, no lo hacen con la suficiente antelación (Caston et al., 2007). Cuanto más tarden las autoridades marítimas en verificar un vertido, más probable es que el petróleo haya empezado a disiparse, y menos probabilidades hay de enjuiciamiento a medida que disminuyen las pruebas. Otras veces, la autoridad marítima nacional de un país carece de la capacidad necesaria para hacer cumplir la ley, por lo que ofrece muy poco para disuadir a los buques de continuar con la actividad ilegal.

Para reducir eficazmente la contaminación marina por petróleo, las autoridades de todo el mundo deben dar un paso al frente. Las repercusiones de la contaminación por hidrocarburos son evidentes y, sin embargo, por lo general sólo se emprenden acciones legales en casos extremos, como el vertido de petróleo de la plataforma Deepwater Horizon en 2010. Cuando se trata de contaminación por hidrocarburos a pequeña escala, como el vertido ilegal de aguas de sentina, rara vez se persigue judicialmente y, por tanto, se disuade a otros hasta el final.En los casos en los cuales los buques contaminantes son realmente procesados, los infractores graves suelen recibir una pequeña multa (Mura, 2018). Las tecnologías basadas en el espacio pueden proporcionar imágenes clave de la contaminación que se produce en el acto, pero deben utilizarse más ampliamente dentro de los sistemas de justicia en todo el mundo. Para que se produzca algún tipo de cambio rotundo, los sistemas judiciales, incluidos fiscales y jueces, deben ser conscientes de las repercusiones duraderas y de largo alcance de la contaminación por hidrocarburos. En ausencia de una aplicación agresiva de la ley, los contaminadores seguirán degradando el medio marino. La disuasión mediante consecuencias significativas para los infractores por comportamiento ilegal debe ser prioritaria si se quiere preservar los océanos de la Tierra.