Nuove tecnologie: L’ambiente visto dall’alto

Negli ultimi anni le tecniche di osservazione ambientale hanno fatto notevoli progressi. Perspicacia e capacità di giudizio restano comunque indispensabili. Delegare tutto alla tecnica non è ancora possibile. E farvi ricorso non è privo di costi.

Testo di Mirella Wepf

Agli inizi l’osservazione dell’ambiente era una scienza molto “terra terra”: consisteva nel prelevare campioni di suolo e di acqua, catalogare le specie animali e vegetali, misurare il livello di fiumi e laghi e allestire carte topografiche. Prese il volo – e in senso non solo figurato – nel 1958 con Gaspard-Félix Tournachon, in arte Nadar, che fu il primo a fotografare la Terra da una mongolfiera. Gli fecero seguito altri pionieri della fotografia aerea, chi utilizzando aerei, chi aquiloni o piccoli missili, chi addirittura piccioni viaggiatori, come fece nel 1910 il farmacista tedesco Julius Neubronner. Ma il vero traguardo nel cosiddetto telerilevamento fu segnato nel 1959, quando il satellite americano Explorer 6 riprese per la prima volta il nostro pianeta dallo spazio.

L’osservazione satellitare sistematica della Terra ha tuttavia preso avvio solo nel 1972 con il programma Landsat dell’agenzia aerospaziale americana NASA. Da allora il telerilevamento non ha smesso di aprire nuove prospettive all’osservazione ambientale e così farà certamente anche in futuro. Nel frattempo, però, neanche i metodi di rilevamento terrestri sono rimasti fermi al palo.

Irena Hajnsek, Politecnico federale di Zurigo
Irena Hajnsek, Politecnico federale di Zurigo

Un approccio globale e lungimirante

«In futuro si porranno a mio avviso due grossi problemi», afferma Markus Wüest, capo della sezione Osservazione ambientale dell’UFAM. Il primo riguarda la delocalizzazione dell’inquinamento: attraverso le importazioni la Svizzera trasferisce infatti una parte importante del proprio impatto ambientale all’estero, il 56% nel 1996 contro il 73% nel 2011. «Questo ci obbliga ad avere una visione globale e ad assumerci le nostre responsabilità», precisa Wüest.

Il secondo solleva invece una questione tecnica spinosa: come fare per identificare tempestivamente i rischi legati agli impatti ambientali? I sistemi ecologici, si sa, non seguono una curva di sviluppo lineare: «Una popolazione di pesci può resistere per molto tempo a una pesca eccessiva e poi improvvisamente crollare.» Rischi analoghi si celano anche dietro il cambiamento climatico. Markus Wüest ne è certo: «Non possiamo vincere questa sfida solo attraverso la tecnologia. Ma la tecnologia può aiutarci a minimizzare danni potenzialmente costosi e fornire alla politica basi utili alla decisione.»

Un esempio di come potrebbe funzionare una futura collaborazione tra osservazione ambientale e politica viene dal monitoraggio satellitare delle foreste. I satelliti emettono delle onde elettromagnetiche. «E a seconda del tipo di onda inviata ricevono indietro dalle piante segnali diversi», spiega Irena Hajnsek, professoressa di osservazione ambientale al Politecnico federale di Zurigo. «Le onde lunghe, ad esempio, penetrano nella foresta fino al suolo e ne rilevano con estrema precisione la struttura.» Ciò permette di misurare la quantità di CO2 stoccata nella biomassa e facilita quindi dal punto di vista tecnico l’attuazione del programma «Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation» (REDD+) dell’ONU, che fa ricorso a incentivi finanziari per incoraggiare la protezione delle foreste in quanto serbatoi di carbonio.

L’Europa alla conquista dello spazio

Negli ultimi decenni l’Europa ha recuperato il terreno che la separava dagli Stati Uniti anche nel campo della ricerca spaziale. Il programma europeo di osservazione della Terra Copernicus (in passato, GMES-Global Monitoring for Environment and Security) ha lanciato il primo satellite del progetto Sentinel nell’aprile 2014. Tom Klingl, esperto di sistemi di informazione geografica all’UFAM, ne descrive i vantaggi: «Prima l’Unione europea sosteneva progetti isolati. Quello dei satelliti Sentinel è invece un programma permanente.» Copernicus trasmette dati a cadenza ravvicinata e copre un’ampia banda di onde elettromagnetiche. «Fornisce informazioni sui parametri più diversi: dai tipi di vegetazione ai tassi d’umidità del suolo, alla quantità di aerosol presenti nell’aria.»

Queste informazioni sono importanti per studiare le interazioni ecologiche. «Sarebbe ad esempio interessante per l’UFAM sfruttare i dati forniti da questa generazione di satelliti per poter distinguere meglio i tipi di colture praticate sulle superfici agricole», continua Klingl. Il motivo? Zone coltivate e pascoli non hanno la stessa incidenza sulle immissioni di nutrienti nelle acque. Informazioni più recenti permetterebbero dunque di migliorare i modelli di simulazione matematica.

La Svizzera, di fatto, non partecipa a Copernicus. Molte sue università hanno però preso parte a progetti di ricerca nel quadro del programma che l’ha preceduto. E su mandato dell’Agenzia spaziale europea (ASE), di cui la Svizzera è invece membro, stanno attualmente collaborando a un monitoraggio esteso capillarmente su tutta Europa. Secondo Tom Klingl, molte delle serie di dati prodotti in quest’ambito potrebbero risultare interessanti per l’UFAM: «Il Forest Layer fornisce ad esempio informazioni sulla densità delle corone degli alberi, l’Imperviousness Layer fa una panoramica sullo stato di impermeabilizzazione dei suoli e l’Urban Atlas consente di fare osservazioni significative sulla presenza della natura e la qualità di vita nelle città.»

Jean-Christophe Zufferey, CEO di SenseFly
Jean-Christophe Zufferey, CEO di SenseFly

Dall’unidimensionale al 3D

Copernicus non è però il solo progetto promettente. Irena Hajnsek del Politecnico federale di Zurigo (PFZ) fa cenno anche alla missione satellitare tedesca TandEM-X, lanciata nel 2010. «Due satelliti coordinati tra loro creano un’immagine tridimensionale del mondo.» Al momento non esiste ancora un modello altimetrico universale di riferimento sebbene diverse applicazioni scientifiche ne abbiano urgente bisogno.

«In sé, le rappresentazioni 3D non hanno niente di nuovo», spiega Tom Klingl. «Ma l’impiego di aerei e di satelliti ci consente di ottenere dati più aggiornati su vaste aree inaccessibili.» Grazie a sequenze di immagini in 3D della copertura nevosa è ad esempio possibile prevedere con un grado di approssimazione sempre maggiore il deflusso delle acque di fusione e le riserve di acqua disponibili, due ambiti attualmente oggetto di intensi studi da parte dell’Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL).

Nel frattempo le applicazioni in 3D hanno conosciuto un vivo successo non solo negli ambienti scientifici, ma anche in quelli economici. A mostrarlo è fra l’altro il clamore suscitato da Sense­Fly e Pix4D, due spin-off del Politecnico federale di Losanna (PFL), che nel 2013 hanno creato un modello tridimensionale del Cervino servendosi di due mini-droni: «Volevamo dimostrare cosa sono capaci di fare questi apparecchi in condizioni estreme», spiega Jean-Christophe Zufferey, CEO di SenseFly. La tecnica è ormai talmente avanzata che è possibile farli funzionare in stormi. Sono utilizzati in agricoltura, per l’osservazione ambientale, lo studio delle tartarughe marine ma anche nell’aiuto umanitario. L’Istituto delle Nazioni Unite per la formazione e la ricerca (UNITAR) vi ha ad esempio fatto ricorso nel 2012 per farsi un’idea dei danni subiti da alcuni quartieri della capitale haitiana Port-au-Prince dopo il forte sisma che l’ha colpita nel 2010.

Charlotte Steinmeier, WSL
Charlotte Steinmeier, WSL

A ogni tecnica il suo impiego

Negli ultimi anni attorno ai droni si è creato un entusiasmo che ha investito anche il settore dell’osservazione ambientale. «Questa tecnica si addice bene agli studi in spazi limitati, quale ad esempio il monitoraggio di una piccola palude», ritiene Tom Klingl, l’esperto UFAM in materia. E della stessa opinione è Charlotte Steinmeier, esperta di telerilevamento presso il WSL. Anche lei crede che questi apparecchi non siano per il momento adatti a rilevamenti su larga scala. Uno per via della ridotta autonomia e due della legislazione: i droni possono infatti volare unicamente a vista, in altre parole non devono mai uscire dal campo visivo dell’operatore.

Invece che usare droni sarebbe più opportuno, secondo Charlotte Steinmeier, completare con i dati satellitari le riprese aeree di buona qualità che già sono fornite per esempio da Swisstopo, ponendosi magari la domanda: «Di cosa abbiamo veramente bisogno per svolgere un monitoraggio terrestre moderno?» Non è necessario migliorare continuamente la risoluzione delle immagini. È la frequenza dei rilevamenti che conta.

Nuove prospettive al suolo

Anche il capo della sezione Osservazione ambientale dell’UFAM pensa che occorra trovare un equilibrio tra nuovi metodi di monitoraggio e tecniche già collaudate. Markus Wüest ne è convinto: «Le misurazioni degli inquinanti via satellite non rendono obsoleta la nostra attuale rete, ma possono contribuire a completarla in fatto ad esempio di allerta precoce.» E lo stesso vale anche in settori come la foresta e l’acqua.

Sviluppi promettenti si osservano, d’altra parte, anche nel monitoraggio ambientale terrestre. «Molte tecniche note, come il laser, il radar o i sensori di inquinamento diventano sempre meno care, aprendo così nuove possibilità alla ricerca», continua Markus Wüest. Un’altra novità interessante è il cosiddetto «crowdsourcing», che consiste nel raccogliere informazioni da una moltitudine di piccole fonti indipendenti: «Esistono auto che già adesso misurano la qualità dell’aria all’interno e all’esterno dell’abitacolo.» Di qui a utilizzare questi dati per un sistema d’allarme, il passo è dunque breve.

Visionario, e insieme estremamente interessante per l’analisi dei dati ambientali, è pure il tentativo di riprodurre la capacità umana di riconoscere dei modelli fatto da IBM. «In fatto di interpretazione delle immagini il cervello umano ha ancora parecchie lunghezze di vantaggio sul computer», sottolinea Markus Wüest. È per questa ragione che anche il più moderno dei monitoraggi ambientali richiede ancora oggi tanto «lavoro manuale».

Quando gli chiediamo se a anche questo livello si profilano delle novità, Markus Wüest passa dal registro tecnico a quello politico. «La qualità del suolo si modifica molto lentamente, ma prima di disquisire di qualità non bisogna dimenticare la quantità!» Secondo la Statistica della superficie, dal 1985 la Svizzera perde ogni anno circa 35 chilometri quadrati di superficie coltivabile. A questo livello è la pianificazione territoriale, e dunque la politica, a dover intervenire: l’osservazione ambientale può infatti servire allo sviluppo sostenibile del territorio, ma solo nella misura in cui dà luogo a misure concrete.

Ulteriori informazioni

Contatto
Ultima modifica 11.02.2015

Inizio pagina

https://www.bafu.admin.ch/content/bafu/it/home/documentazione/webzine/webzine--ambiente--1-2015---ambiente-al-microscopio/nuove-tecnologie--lambiente-visto-dallalto.html