Efeitos da presença de clorofila na reflectância da água

O fitoplâncton é um grupo heterogêneo composto principalmente por algas fotossintetizantes que se distribui por grande parte dos ambientes marinhos e aquáticos continentais do mundo. Nestes ambientes, é o principal responsável pela captação da energia eletromagnética e sua transformação em energia química (fotossíntese) e desempenha, portanto, importante função no sistema. As moléculas que captam e transformam a energia são chamadas de pigmentos fotossintetizantes, e alguns exemplos são as clorofilas a, b, c e os carotenóides (ARRAUT et al., 2005).

Nas águas continentais podem ser encontrados representantes de todos os grupos de algas sendo que a predominância de um ou outro grupo depende, principalmente, das características do meio aquático. A Tabela 2 apresenta as principais características dos grupos de algas, com destaque para o grupo das cianofíceas (cianobactérias) que, segundo Esteves (2011) podem ser encontradas em todos os ambientes do sistema lacustre, uma vez que as mesmas são capazes de sofrer adaptações cromáticas dos pigmentos quando ocorrem mudanças qualitativas e quantitativas de radiação. Por meio de vacúolos gasosos, as cianofíceas são adaptadas à flutuação e, quando em meio favorável crescem em altas densidades, se localizando principalmente nas camadas superficiais da água, fenômeno este denominado floração das algas (em inglês denomina-se “bloom”), que ocorre em dias quentes e calmos principalmente em lagos com grandes quantidades de nutrientes (eutrofizados) (CORAZZA, 2010).

Tabela 2 – Características dos principais filos de algas

Filo Organização Tipo de

clorofila

Pigmentos acessórios Cyanophyta (Cianobactérias: algas azuis) Unicelulares e

Multicelulares a Ficocianina Cyanophyta (Cianobactérias: algas verdes) Unicelulares e

Multicelulares a, b

Carotenos e xantofilas Phaeophyta (Feofíceas ou feófitas: algas marrons ou

pardas) Multicelulares a, c

Carotenos e xantofilas (fucoxantina)

Rhodophyta (Rodofíceas ou rodófitas: algas vermelhas) Multicelulares

(a maioria) a, d

Ficocianina, ficoeretrina, carotenóides

Crysophyta (algas douradas) Unicelulares a, c Carotenos e

xantofilas

Euglenophyta (euglenóides) Unicelulares a, b Carotenos e

xantofilas

Pyrrophyta (dinoflagelados) Unicelulares a, c Carotenos e

xantofilas Fonte: Adaptada de Corazza (2010).

Mesmo desempenhando importante papel no meio aquático como a produção de grande parte do oxigênio dissolvido, o crescimento das algas está largamente associado aos processos de eutrofização dos reservatórios, principalmente através da ação antrópica (BROOK et al., 2008). A eutrofização, ao estimular o crescimento de grandes quantidades de algas, causa inconvenientes ao meio aquático como: toxidez, sabor, odor, turbidez, cor, formação de matéria orgânica, aumento da amplitude de variação do oxigênio dissolvido, corrosão, interferência nos processos de tratamento da água e aspecto estético desagradável (MOTA, 1997). Desta forma, a importância em se compreender os processos relacionados ao fitoplâncton, bem como o desenvolvimento de sistemas capazes de monitorar a presença e dinâmica deste componente do meio aquático, dentre os quais os que utilizam o sensoriamento remoto, principalmente o hiperespectral (CORAZZA, 2010).

Entretanto, para o estudo dos componentes orgânicos e inorgânicos da água é importante entender o comportamento espectral da água propriamente dita, tendo em mente que todos interferem na radiação ascendente na água. No caso dos pigmentos fitoplanctônicos é importante destacar que há duas regiões principais de absorção dos mesmos: a região do azul (400-515 nm) – chamado “Soret” - e do vermelho (630-700 nm) – chamado “alpha”. Na região do verde (515-600 nm) há um aumento da reflectância, atribuído ao espalhamento interno das células dos organismos fitoplanctônicos, já que as algas são partículas refratoras e

que também aumentam o espalhamento em comprimentos de onda do infravermelho (IV) (MOBLEY, 1994; LOBO, 2009). Entretanto, enquanto a clorofila-a absorve fracamente entre 450 e 650 nm a clorofila b tem o efeito de aumentar a absorção, tanto para o lado dos comprimentos de onda mais longos quanto para os mais curtos (FERREIRA; PEREIRA FILHO, 2009). Gitelson (1992), medindo diversos espectros de radiância em ecossistemas da Hungria, Bulgária e Alemanha, demonstrou que a magnitude do pico próximo a 700 nm no espectro de radiância apresentou forte correlação com a concentração de clorofila-a. Já Mittenzwey, Gitelson e Kondratyev (1992) observaram alta correlação entre clorofila e a reflectância do infravermelho próximo (IVP). Rundquist et al. (1996) através de estudos com utilização de diferentes concentrações de Chl-a, constataram que a baixa reflectância entre 400 e 500 nm ocorre devido à absorção da luz azul (com um mínimo em 438 nm - absorção pela Chl-a), aumento da reflectância por volta de 520 nm (com pico de reflectância entre 560 e 570 nm) e ponto máximo de absorção típico da Chl-a em 675 nm.

A Figura 7 apresenta os resultados obtidos por Rundquist et al. (1996) e a Tabela 3, um resumo dos comprimentos de onda onde ocorre absorção pelos pigmentos fotossintetizantes, com destaque para a Chl-a.

Figura 7 – Variação da reflectância em função de diferentes concentrações de Chl-a, segundo Rundquist et al. (1996)

Tabela 3 – Bandas de absorção dos pigmentos fotossintetizantes

Pigmentos Bandas de absorção (nm)

Clorofila a 435; 440; 675; 676 Clorofila b 480; 650 Clorofila c 440; 645 Carotenóides 425; 450; 500 Biliproteínas 498; 553; 555; 562; 568; 585; 620; 650; 670 Fonte: Novo (2011).

Se no corpo hídrico houver a presença de fitoplâncton e sedimentos em suspensão ao mesmo tempo, a reflectância é alta nos comprimentos de onda maiores que 720 nm em ambientes aquáticos com altas quantidades de sedimentos em suspensão e baixas concentrações de fitoplâncton. Já quando há grandes quantidades de fitoplâncton e sedimentos, a reflectância é alta, porém apresenta os máximos de absorção devidos à clorofila (CORAZZA, 2010). Barbosa (2005) complementa que o aumento da concentração de sedimentos resulta num aumento da reflectância em toda faixa, mas a presença da clorofila também afeta a forma da curva. Quando a concentração de sedimentos aumenta, o pico de reflectância bem definido em 550 nm desloca-se em direção a comprimentos de onda maiores e torna-se um pico mais achatado e menos definido.

É importante destacar ainda que, além das informações supracitadas sobre as características dos fitoplânctons, outra informação importante para o sensoriamento remoto de ambientes aquáticos é a variação sazonal dos organismos fitoplanctônicos, pois esta pode trazer diferenças nos dados obtidos. A variação sazonal em regiões temperadas é controlada principalmente pela radiação solar e pela temperatura, que irão determinar a estratificação da coluna d’água e a disponibilidade de nutrientes. Na primavera, com o aumento da luminosidade e dos nutrientes ocorre a primeira floração das algas, o que resulta num máximo de biomassa. No verão, em função da estratificação e diminuição da quantidade de nutrientes na zona eufótica há um desenvolvimento moderado do fitoplâncton. No outono ocorre a retomada da circulação da água que pode ocasionar uma segunda floração de algas, porém menor que a da primavera. Por fim, no inverno, poucas algas conseguem florescer devido às baixas temperaturas da estação (ESTEVES, 2011).

De acordo com o que foi apresentado até o momento quando se estuda o fitoplâncton através das técnicas de sensoriamento remoto, vários aspectos devem ser considerados, dentre eles: os diferentes tipos e características de organismos fitoplanctônicos e as interações entre as populações fitoplanctônicas e a radiação eletromagnética, com

destaque ao efeito da presença de pigmentos fotossintéticos como a Chl-a nos espectros de reflectância. Além disso, deve-se levar em consideração a variação sazonal das algas em um corpo d’água no decorrer de um dia ou de um ano, principalmente quando se busca o monitoramento sazonal desta variável.