Pesquisadores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) desenvolveram uma metodologia capaz de identificar, por imagens de satélite, a distribuição de áreas com maior presença de poluição na represa Billings, na Região Metropolitana de São Paulo. O modelo estima a concentração de carbono orgânico dissolvido (COD), indicador relacionado à quantidade de matéria orgânica, ao lançamento de esgoto não tratado e à proliferação de algas no reservatório.

A tecnologia ainda não substitui a coleta de amostras diretamente na água, procedimento necessário para determinar com precisão os níveis de concentração. A principal vantagem está na possibilidade de acompanhar áreas extensas de forma contínua, visualizando a distribuição dos pontos mais afetados pela atividade humana em um dos maiores reservatórios da região.

O estudo recebeu apoio da FAPESP e foi publicado em agosto no International Journal of Remote Sensing. Cláudio Clemente Faria Barbosa, coordenador do Laboratório de Instrumentação de Sistemas Aquáticos (LabISA-Inpe), coautor do trabalho e professor do programa de Pós-Graduação em Sensoriamento Remoto, explica que a presença de pequenas quantidades de matéria orgânica é parte do funcionamento natural dos ambientes aquáticos. Esse material serve de alimento para bactérias que participam da reciclagem de elementos essenciais à vida.

O desequilíbrio ocorre quando a matéria orgânica se acumula em excesso. Durante a decomposição, o material consome oxigênio dissolvido, o que pode provocar a morte de peixes em trechos com poluição elevada. Como o carbono dissolvido está diretamente associado à quantidade de matéria orgânica, a medição de um componente permite estimar indiretamente a presença do outro.

Segundo os pesquisadores, a degradação no entorno da Billings também interfere no ciclo natural do carbono. O excesso de resíduos pode elevar a liberação de gases de efeito estufa, entre eles o metano e o dióxido de carbono (CO2), fazendo com que o reservatório passe a atuar como fonte emissora.

Mudanças climáticas podem agravar a qualidade da água

O monitoramento ganha relevância diante das alterações no clima. O aumento das temperaturas e a ocorrência de ciclones extratropicais podem gerar ventos fortes o suficiente para desestratificar a coluna d’água. A desestratificação rompe a separação entre as camadas do reservatório: na superfície costumam ficar águas mais quentes e com maior quantidade de oxigênio, enquanto as regiões profundas concentram águas mais frias e pobres nesse elemento.

Com a quebra dessa organização, nutrientes presentes nas camadas inferiores podem ser disponibilizados rapidamente. O processo favorece a intensificação das florações de algas e tende a piorar a qualidade da água em reservatórios eutrofizados, caracterizados pela alta concentração de nutrientes.

Reservatório tem funções estratégicas para a Grande São Paulo

A pesquisa é o segundo estudo do LabISA dedicado à represa Billings. Construído há mais de 100 anos, o reservatório tem importância para a Região Metropolitana de São Paulo por estar relacionado ao abastecimento urbano, à geração de energia elétrica e à contenção de enchentes.

Em 2023, a equipe divulgou um trabalho sobre o uso de imagens de satélite para localizar cianobactérias na Billings. Esses organismos fazem parte de rios e lagos, mas podem oferecer riscos quando se desenvolvem em grandes quantidades. Eles possuem o pigmento azul chamado ficocianina e, por isso, também são conhecidos como algas azuis. Em determinadas condições, podem apresentar neurotoxicidade para seres humanos, peixes e aves.

Nos dois estudos, os cientistas criaram algoritmos que interpretam os padrões de luz refletidos pela superfície da represa. As imagens captadas pelos satélites são transformadas em informações capazes de estimar a quantidade de determinados componentes da água e relacioná-los à qualidade ambiental em uma área ampla.

No novo trabalho, o foco é o carbono orgânico dissolvido. A estimativa parte da análise da matéria orgânica dissolvida colorida, identificada pela sigla CDOM. O componente tem tonalidade cinza-escura, semelhante à de um chá, e absorve radiação eletromagnética. Essa propriedade permite reconhecer sua presença a partir dos dados obtidos por sensoriamento remoto.

Daniel Andrade Maciel, engenheiro ambiental e sanitarista, pesquisador do Inpe e autor correspondente do artigo, afirma que parte da matéria orgânica perde a coloração devido à ação da luz solar. Esse processo é chamado de branqueamento. Depois que isso ocorre, o material deixa de interagir com a luz e não pode mais ser calculado diretamente pelas imagens, embora o modelo consiga estimar a proporção correspondente.

O uso de satélites reduz a necessidade de campanhas manuais frequentes em áreas extensas e pode diminuir as dificuldades e os custos desse tipo de monitoramento. A Billings foi escolhida como estudo de caso por ser um reservatório eutrofizado. Entre as fontes de nutrientes estão o despejo direto de esgoto, os componentes presentes em fertilizantes químicos e a decomposição de algas, folhas, galhos e outros resíduos orgânicos carregados da serra do Mar.

As características da represa permitem avaliar a aplicação da metodologia em outros ambientes aquáticos eutrofizados do Brasil e de países tropicais. Embora o monitoramento de carbono a partir da CDOM já seja realizado em diferentes regiões do mundo, principalmente no hemisfério Norte, havia o desafio de adaptar o procedimento a um reservatório tropical com grande concentração de nutrientes.

A elevada disponibilidade de nutrientes, somada à forte incidência de luz solar, estimula o crescimento excessivo de algas. Isso torna a análise mais complexa porque as algas absorvem luz na mesma região espectral, ou comprimento de onda, utilizada pela matéria orgânica dissolvida colorida. A sobreposição dificulta a distinção entre os componentes, conforme Maciel.

Coletas em campo são usadas para validar o modelo

A elaboração de modelos para acompanhar carbono, cianobactérias ou florações de algas, identificadas pela clorofila, começa com campanhas de campo. Os pesquisadores coletam amostras e registram diretamente as condições da água nos pontos definidos para o estudo.

Durante essas atividades, espectrorradiômetros medem a luz solar que chega à superfície da represa, chamada de irradiância, e a parcela que é refletida de volta, denominada radiância. É essa luz refletida que segue em direção ao sensor do satélite. A forma como os componentes da água absorvem ou espalham a radiação ajuda a identificá-los.

As campanhas normalmente duram quatro ou cinco dias consecutivos. O planejamento inclui o dia e o horário de passagem do satélite sobre a Billings, a aproximadamente 700 quilômetros de altitude. A realização simultânea das medições em terra e da captura das imagens orbitais é necessária para validar o modelo.

De acordo com Barbosa, os satélites empregados no estudo passam sobre a represa por volta das 10h30. Por essa razão, as equipes fazem as medições entre 10h e 14h em todos os dias de campo, buscando reunir dados próximos do momento em que as imagens são registradas.

Para calcular o coeficiente de absorção da matéria orgânica dissolvida, os pesquisadores filtram a água com membranas de poros de 0,22 micrômetro. Em seguida, a amostra é colocada em uma cubeta de quartzo transparente com 10 centímetros de comprimento. Um feixe de luz atravessa o recipiente, e o equipamento verifica quanto da radiação consegue passar pelo líquido.

Se 100 fótons forem emitidos e somente 40 chegarem à outra extremidade da cubeta, a diferença indica a quantidade de radiação eletromagnética absorvida pela água. O cálculo é realizado em diferentes comprimentos de onda e resulta no coeficiente de absorção da CDOM, que depois é associado às informações obtidas pelo satélite.

Após estimar a matéria orgânica dissolvida colorida, o modelo estabelece uma relação linear com o carbono orgânico dissolvido. A metodologia, no entanto, ainda precisa ser aperfeiçoada antes que o monitoramento de carbono da Billings seja incorporado à plataforma Mapaquali, projeto que também tem apoio da FAPESP.

Mapaquali poderá reunir informações de diferentes componentes da água

A plataforma deverá oferecer mapas com a distribuição de áreas que apresentam maior ou menor quantidade de matéria orgânica dissolvida colorida, cianobactérias e fitoplânctons, identificados pela presença de clorofila. O sistema desenvolvido pelo grupo é automatizado e pode produzir atualizações a cada dois ou cinco dias, conforme o satélite utilizado.

A cobertura de nuvens, porém, limita o funcionamento do mapeamento. Em períodos de muita nebulosidade, os satélites não conseguem obter imagens adequadas da superfície da represa.

Atualmente, o Mapaquali já disponibiliza mapas de clorofila-a, pigmento associado à presença de algas, e de ficocianina, relacionada às cianobactérias. Os dados abrangem seis reservatórios situados ao longo da cascata do rio Tietê, nome dado pelos cientistas ao sistema de represas hidrelétricas interligadas ao longo do curso d’água.

A equipe pretende ampliar a aplicação da tecnologia e criar um modelo que cubra todo o território brasileiro. A proposta inclui tanto águas continentais quanto áreas costeiras. Para isso, serão utilizadas informações reunidas na base organizada por Maciel durante seu pós-doutorado, realizado com apoio da FAPESP e supervisão de Barbosa.

Em julho de 2025, o grupo publicou na revista Scientific Data um artigo sobre a base de dados que dá suporte às análises de qualidade da água por sensoriamento remoto. Batizada de BRAZA, a plataforma reúne 2.895 medições feitas em mais de 128 lagos, rios, reservatórios e áreas costeiras de todas as regiões do Brasil.

A construção da base contou com a participação de 17 instituições brasileiras e norte-americanas. As informações estão disponíveis para consulta pública e podem ser utilizadas pela comunidade científica em novos estudos sobre a qualidade da água.