4 NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA ESTUDIAR LA TIERRA

4.1 LA TECNOLOGÍA Y LAS CIENCIAS GEOLÓGICAS Y MEDIOAMBIENTALES

Los avances tecnológicos han revolucionado la manera de trabajar en ciencias geológicas y ambientales, aumentando su eficiencia y revelando aspectos que en el pasado eran invisibles o indetectables.

La toma de datos

Aunque aún se realiza un trabajo de campo básico con mapa, libreta y brújula, en la actualidad se cuenta con barcos, aeronaves y satélites artificiales equipados con cámaras, radares, sonares y sensores de todo tipo que permiten obtener registros a distancia de zonas del planeta poco accesibles o de aspectos imperceptibles por nuestros sentidos.

El tratamiento de los datos

Los dispositivos electrónicos y sus sistemas informáticos son capaces de procesar los datos de una manera muy eficiente, de almacenarlos de forma sistemática y ordenada y de compartirlos en tiempo real para que varios equipos de investigación puedan trabajar con ellos.

Los modelos de simulación

A través del procesamiento de los datos, la tecnología actual puede establecer y vincular las relaciones causales en alguno de los complejos sistemas terrestres y aplicar algoritmos para crear modelos de simulación.

Así, existen modelos sobre el clima, sobre el crecimiento poblacional, sobre la evolución de la capa de ozono, sobre la pérdida de biodiversidad por las acciones humanas sobre el medioambiente, sobre la dinámica de un volcán, sobre riesgos sísmicos en una región, sobre la forma en la que se desplaza un glaciar, etc.

Los modelos que se aplican actualmente a los sistemas terrestres permiten prever su evolución con mucha precisión. Por ejemplo, un buen modelo sobre la evolución del clima permite realizar previsiones que pueden ser útiles para la agricultura, para el transporte o para evitar o minimizar los daños por desastres climáticos.

India/ China

Las imágenes son cuatro posibles disposiciones de los continentes dentro de unos 250 millones de años. Están calculadas mediante modelos de simulación sobre el movimiento de las placas tectónicas actuales.

India/ China

Australia

4.2 LOS SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO GLOBAL POR SATÉLITE (SPGS)

Una herramienta básica en geología y ciencias medioambientales son los mapas. Para su elaboración, en la actualidad se han hecho imprescindibles los sistemas de posicionamiento global por satélite (SPGS o GNSS en inglés), como GPS, GLONASS, BEIDOU o GALILEO, ya que proporcionan datos precisos y fiables sobre la posición de un punto sobre el planeta.

Un SPGS es un sistema que nos permite conocer nuestra posición en cualquier lugar de la superficie terrestre, con gran precisión, en tiempo real y en cualquier condición meteorológica.

El funcionamiento de los SPGS

Todos los SPGS funcionan de forma similar:

• Cuentan con redes o «constelaciones» de satélites artificiales, que orbitan la Tierra de forma que, al menos, de 5 a 8 de ellos sean «visibles» desde cualquier punto del planeta las 24 horas del día. Cada uno de esos satélites emite, de forma constante, una señal de radio.

• La señal que emite cada satélite contiene la información necesaria para que un receptor, que es un pequeño ordenador con una antena, la capte y calcule la distancia que lo separa de dicho satélite.

• Cuando el receptor ha calculado la distancia respecto a tres satélites, mediante un sistema de triangulación puede determinar su longitud y latitud. Si capta la señal de un cuarto satélite, el receptor puede medir también su altitud sobre el nivel del mar.

• Como el receptor puede registrar su posición casi constantemente, también puede calcular su velocidad de desplazamiento y su trayectoria.

Principales aplicaciones de los SPGS

Además de utilizarse en cartografía para elaborar mapas muy precisos, los SPGS ayudan a las ciencias de la Tierra a ubicar fenómenos atmosféricos, a monitorizar el movimiento de los glaciares o de las placas litosféricas, a registrar el retroceso de acantilados, a registrar los movimientos migratorios de animales, a determinar el alcance de impactos ambientales...

Además, los SPGS son la base de los sistemas de navegación de la mayor parte de los vehículos actuales y se instalan en dispositivos de todo tipo como teléfonos móviles, cámaras de fotos, drones...

4.3 LOS SISTEMAS DE TELEDETECCIÓN

La teledetección es la observación y toma de datos a distancia de áreas de la superficie terrestre, gracias a sensores situados en aviones o satélites.

Todo sistema de teledetección debe contar con, al menos, tres tipos de componentes:

• Sensores. Son equipos capaces de captar algún tipo de energía, como vibración (sonido, ondas sísmicas) o radiación electromagnética (radio, infrarrojos, luz visible, microondas, láser, etc.), codificar la información captada y retransmitir esa información para su proceso. Un sensor puede ser:

Pasivo. Solo capta la radiación que llega hasta él.

Activo. Emite una forma de energía y luego recoge el reflejo emitido por la superficie de estudio.

• El vehículo de observación. Los sensores pueden situarse sobre la superficie terrestre para estudiar el interior de la geosfera, en barcos para estudiar las profundidades oceánicas y, más frecuentemente, a gran altitud (más de 800 km), sobre aviones o satélites. Los satélites pueden seguir una órbita geoestacionaria, cuando se mueven de forma sincronizada con la rotación terrestre y están en un punto fijo a gran altura sobre la superficie, o una órbita polar, cuando sobrevuelan continuamente los polos a baja altura.

• El centro de recepción. Es un dispositivo que, mediante antenas, recoge la información digitalizada que manda el sensor, la procesa, la corrige y genera imágenes o gráficos que distribuye a través de un sistema telemático.

Los tipos de sensores

Dependiendo del tipo de datos que sean capaces de captar, existen sensores de varios tipos:

• Los sensores multibandas o multiespectrales. Son sensores pasivos semejantes a cámaras, que captan las radiaciones que reflejan o emiten los objetos de estudio. Estos sensores recogen radiación en diferentes bandas de frecuencias del espectro electromagnético que no son absorbidas por la atmósfera. Sobre todo captan en estas:

Luz visible (V), o región central. Contiene las frecuencias de los siete colores del arco iris de la luz del Sol.

Infrarrojo (IR). La región del IR próximo (IRP) es útil para detectar masas vegetales; la del IR medio (IRM) es ideal para percibir la humedad de diferentes medios; y la del IR lejano o térmico (IRT) sirve para captar la presencia de seres vivos u otras fuentes de calor, como los incendios o el flujo geotérmico terrestre.

Sistemas de teledetección pasivos y activos

Sistema pasivo: recoge radiación reflejada por los objetos de estudio.

Centro de recepción

Procesamiento Uso de la información

Sistema activo: emite radiaciones dirigidas al objeto de estudio y recoge la radiación reflejada.

• Los sensores de microondas. Son sensores activos. El más usado es el radar, que emite microondas y recoge la señal de retorno o reflejada. Captan datos sin necesidad de luz solar, pueden discriminar la distancia hasta el objeto estudiado, la textura de la superficie (si es lisa dispersa poco las microondas, mientras que si es rugosa las dispersa mucho) y pueden atravesar nubes, vegetación o incluso capas superficiales del terreno, para estudiar lo que hay debajo.

• Los sensores LIDAR. Son sensores activos que emiten pulsos de láser y captan su retorno. No dependen de la luz solar y son más rápidos y precisos que el radar, ya que el láser apenas se dispersa.

Las imágenes obtenidas por teledetección

Para que podamos visualizar e interpretar la información de los sensores, debemos transformarla en imágenes:

• Imágenes en escala de grises. El sensor asigna un valor a cada área mínima que puede detectar, en función de la cantidad de radiación que capta de ella. A cada una de esas áreas mínimas se le asocia un cuadrado de información o píxel, de un tono de gris proporcional a la intensidad de radiación captada. Por convención, las medidas más intensas se codifican en blanco (256) y las más débiles en negro (0). La resolución de estas imágenes depende de:

La resolución espacial. Es el tamaño del área de terreno codificada en cada píxel. A menor tamaño, mayor resolución.

La resolución espectral. El número de longitudes de onda o bandas que es capaz de medir el sensor.

La resolución radiométrica. Los grados de intensidad de radiación recibida que puede discriminar el sensor.

La resolución temporal. La frecuencia con la que el sensor actualiza los datos recibidos.

• Imágenes en color. Las imágenes monocromas generadas por los sensores se transforman en imágenes en color con la ayuda de un ordenador, combinando de varias formas las bandas del espectro. Las diferentes combinaciones de estas bandas para dar la imagen final permiten obtener distintos resultados según los aspectos que se quieran resaltar y estudiar. Así, podemos generar:

Imágenes en color verdadero (natural). Al elaborar la imagen, se asignan gamas de los colores rojo (R), verde (G) y azul (B) a distintos intervalos de la gama de grises, de modo que el resultado es semejante a la que veríamos a simple vista.

Imágenes en falso color. Al elaborar la imagen, se asignan colores concretos a ciertos intervalos de la escala de grises, en función de lo que se quiera destacar. Las imágenes resultantes no tienen colores naturales, pero son muy útiles para resaltar, por ejemplo, masas vegetales (en gamas de rojo según su densidad), zonas ocupadas por agua (en negro), zonas urbanas, zonas quemadas, regadíos, zonas inundadas, etc...

1 «El espejo». Establece las diferencias entre: a) Un sensor activo y uno pasivo. b) Entre un sensor multiespectral, un sensor radar y uno LIDAR.

2 Si quisieras monitorizar un delfín para hacer el seguimiento de su trayectoria y velocidad de desplazamiento por el Mediterráneo durante una semana, ¿cómo y con qué tecnología realizarías dicho estudio?

3 ¿Qué es un píxel? Deduce si una imagen con más píxeles tendrá mayor resolución que una imagen con pocos píxeles.

4 Observa estas dos imágenes y deduce de qué tipo de color son. ¿Qué crees que se resalta en ellas?

Nuevas Tecnolog As Para Estudiar La Tierra

Principales aplicaciones de los sistemas de teledetección

La teledetección permite observar periódicamente la superficie terrestre y obtener un gran número de imágenes. Esto es muy útil para realizar mapas temáticos y para establecer comparaciones temporales y detectar variaciones en una zona concreta. Por citar algunos ejemplos, las imágenes obtenidas mediante teledetección se están aplicando a:

• El estudio de los usos del suelo.

• La monitorización del avance y el retroceso de los desiertos o de los glaciares.

• El estudio del cambio climático.

• La detección de impactos ambientales.

• Los estudios meteorológicos.

4.4 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)

Los sistemas de información geográfica o SIG son programas informáticos que contienen una gran cantidad de datos de una zona, organizados en capas sobre un mapa digital.

Un SIG está formado por un conjunto de ordenadores, los programas informáticos y una base de datos que almacena, interpreta, analiza y presenta los datos geográficos.

La estandarización de todos los mapas en una proyección común permite gestionar fácilmente toda la información sobre un territorio: visores cartográficos, hidrografía, litología, usos del suelo, infraestructuras, etc.

Principales aplicaciones de los SIG

Los SIG son herramientas muy potentes que nos permiten aplicarlos a muchos ámbitos, como la topografía, el urbanismo, la gestión de redes de saneamiento, de abastecimiento eléctrico, el control de compras o el paisajismo. Permite así mismo hacer seguimiento del cambio que sufren determinadas zonas y establecer predicciones mediante modelos.

5 Cita al menos dos aplicaciones o usos de los teléfonos móviles en geología.

6 Cita al menos dos aplicaciones de los SPGS, los SIG y la teledetección.