Un caso aplicado: Ocean Color
El color del océano es la rama de la óptica oceánica que estudia específicamente el color del agua y la información que se puede obtener (mediante sensores remotos) al observar las variaciones de color.
Intro
Este campo de estudio se desarrolló junto con la teledetección del agua, por lo que se centra principalmente en cómo los instrumentos miden el color (sensores de los satélites y aviones).
El color azul del océano es el resultado de varios factores. En primer lugar, el agua absorbe preferentemente la luz roja, lo que significa que la luz azul permanece y se refleja fuera del agua. La luz roja se absorbe más fácilmente y por lo tanto no alcanza grandes profundidades (por lo general menos de 50 metros).
Fundamento
Las principales sustancias que afectan el color del océano incluyen la materia orgánica disuelta, el fitoplancton vivo con pigmentos de clorofila y partículas no vivas como la nieve marina y los sedimentos minerales.
La clorofila se puede medir mediante observaciones satelitales y sirve como indicador de la productividad oceánica (productividad marina primaria) en aguas superficiales.
En imágenes satelitales compuestas a largo plazo, las regiones con alta productividad oceánica se muestran en colores amarillo y verde porque contienen más fitoplancton (verde), mientras que las áreas de baja productividad se muestran en azul.
Los Colores
Azul
La razón por la que las aguas de mar abierto parecen azules es porque son muy claras, algo similares al agua pura, pues tienen pocos materiales presentes o solo partículas muy pequeñas. El agua pura absorbe la luz roja y a medida que se absorbe, la luz azul permanece.
Verde
Las algas marinas microscópicas o fitoplancton absorben la luz en longitudes de onda azul y roja, debido a sus pigmentos específicos como la clorofila-a. En consecuencia, con más fitoplancton en el agua, el color del agua cambia hacia la parte verde del espectro. La clorofila, un pigmento verde, hace que el fitoplancton absorba preferentemente las porciones roja y azul del espectro de luz.
Amarillo
El agua del océano aparece de color amarillo o marrón cuando hay grandes cantidades de sustancias disueltas, sedimentos o ambos tipos de material. Las sustancias disueltas (nutrientes) absorben la luz azul con más fuerza que la luz de otros colores. La materia orgánica disuelta coloreada (CDOM) a menudo proviene de la materia vegetal en descomposición en la tierra, o en el océano abierto del fitoplancton marino que exuda sustancias disueltas de sus células.
En las zonas costeras, la escorrentía de los ríos y la resuspensión de arena y limo del fondo añaden sedimentos a las aguas superficiales.
Más sedimentos pueden hacer que las aguas se vean más verdes o amarillas porque las partículas de sedimentos dispersan la energía de la luz en todos los colores. En grandes cantidades, las partículas minerales hacen que el agua se vuelva marrón si hay un evento de carga masiva de sedimentos, apareciendo brillante y opaca (no transparente).
Rojo
El agua del océano puede verse roja si hay un florecimiento de un tipo específico de fitoplancton que cause una decoloración de la superficie del mar. Estos eventos se denominan “mareas rojas”. Sin embargo, no todas las mareas rojas son dañinas y solo se consideran floraciones de algas nocivas si el tipo de plancton involucrado contiene toxinas peligrosas.
Algunos ejemplos son Karenia brevis en el Golfo de México, Alexandrium fundyense en el Golfo de Maine, Margalefadinium polykroides y Alexandrium monilatum en la Bahía de Chesapeake y Mesodinium rubrum en Long Island Sound.
Para qué se miden?
Las mediciones del color del océano se pueden utilizar para inferir información importante, como la biomasa de fitoplancton o las concentraciones de otros materiales vivos y no vivos. Los patrones de la proliferación de algas desde satélite a lo largo del tiempo, en grandes regiones hasta la escala del océano global, han sido fundamentales para caracterizar la variabilidad de los ecosistemas marinos.
Los datos de color oceánico son una herramienta clave para investigar cómo responden los ecosistemas marinos al cambio climático y las perturbaciones antropogénicas.
Radiómetros
Los sensores que se utilizan para medir la energía luminosa procedente del agua se denominan radiómetros (o espectrómetros o espectrorradiómetros).
Algunos radiómetros se utilizan en la superficie terrestre en barcos o directamente en el agua. Otros radiómetros están diseñados específicamente para hacer parte de la variedad de objetos que componen un satélite.
Sensores populares
El mismo sensor se puede montar en múltiples satélites para brindar mayor cobertura a lo largo del tiempo. Por ejemplo, el sensor MODIS de la NASA está montado en los satélites Aqua y Terra. El sensor VIIRS está montado en los satélites de la Asociación Nacional de Órbita Polar de Suomi (Suomi-NPP o SNPP) y del Sistema Satelital Polar Conjunto (JPSS-1, ahora conocido como NOAA-20).
Otros ampliamente usados y con historia:
Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) de ESA.
Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) en el satelite OrbView-2 (aka SeaStar).
Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) en Sentinel-3A y Sentinel-3B de ESA.
Operational Land Imager (OLI) en Landsat-8 de la NASA.