Como os satélites medem o sal do mar?

Nenhum satélite coleta água do mar. O que eles fazem é escutar: o oceano emite, o tempo todo, uma radiação de micro-ondas fraquíssima — invisível, silenciosa e constante —, e a quantidade de sal dissolvido na água muda um pouquinho a força dessa emissão. Um instrumento chamado radiômetro, apontado para baixo, mede essa diferença minúscula e a converte em um número: quantos gramas de sal existem em cada quilo de água.

Duas missões da NASA fizeram isso de verdade. A primeira foi a Aquarius, de 2011 a 2015, feita junto com a Argentina. A segunda é a SMAP, que subiu em 2015 para medir a umidade do solo e acabou virando também a principal medidora de sal do oceano. A precisão da Aquarius era, nas palavras da própria NASA, equivalente a enxergar um oitavo de colher de chá de sal num galão de água — cerca de 3,8 litros, quase duas garrafas de refrigerante de dois litros.

Este texto explica como essa mágica funciona, quanto sal tem o mar, e por que a mancha de água doce que o rio Amazonas joga no Atlântico aparece nesses mapas como se fosse pintada.

O oceano brilha, e o sal muda o brilho

Tudo o que tem temperatura emite radiação. O seu corpo emite calor; uma panela quente emite calor; o mar, que está longe de ser quente, emite uma radiação muito mais fraca, na faixa das micro-ondas — as mesmas ondas de rádio que seu celular usa, só que geradas pela própria água.

Essa emissão não depende só da temperatura. Ela depende também de quanto sal está dissolvido ali, porque o sal muda a forma como a água responde ao campo elétrico das ondas. A diferença é pequena, mas é real e é medível.

Pense no barulho da chuva no telhado. Você não precisa olhar pela janela para saber se está garoando ou caindo um toró: o som muda. O radiômetro faz algo parecido, só que com ondas de rádio em vez de som, e com uma diferença muito mais sutil — ele precisa captar variações de fração de grau no "chiado" natural do oceano.

Os radiômetros da Aquarius trabalhavam na chamada banda L, na frequência de 1,413 gigahertz. É uma faixa protegida justamente porque é silenciosa: pouca coisa feita por humanos transmite ali, o que deixa o sinal fraco do mar aparecer.

O problema das ondas (e como a NASA resolveu)

Há um estraga-prazeres nessa conta: a superfície do mar quase nunca está lisa. Onda, espuma e vento mudam a emissão de micro-ondas e podem ser confundidos com mudança de sal.

A solução da Aquarius foi levar junto um escaterômetro — um radar que dispara um sinal para baixo e mede o que volta, justamente para saber o quanto a superfície está agitada naquele instante. Com a rugosidade medida, dá para descontá-la e deixar só o que interessa.

É a mesma lógica de quem pesa uma encomenda em cima de uma balança: primeiro você zera o peso da sacola, depois lê o número.

Quanto sal tem a água do mar, afinal

Cerca de 3,5% da água do oceano é sal, segundo a NASA. Em um copo de 300 ml de água do mar há aproximadamente 10 gramas de sal — duas colheres de chá bem cheias. É por isso que ninguém consegue beber.

Os cientistas não falam em porcentagem, e sim em gramas de sal por quilo de água. A escala que os mapas da Aquarius usavam ia de 30 g/kg (roxo, água mais doce) a 40 g/kg (vermelho, água mais salgada). A diferença entre o mais doce e o mais salgado do planeta cabe, portanto, em dez gramas por quilo — mais ou menos duas colheres de chá de diferença em cada litro de água.

Esse último caso é contraintuitivo e vale guardar: quando a água do mar congela, o sal não entra no gelo. Ele é expulso e fica na água logo abaixo, que vira a água mais salgada — e mais pesada — do planeta.

Aquarius: a estreia, com sotaque argentino

A Aquarius foi lançada em 10 de junho de 2011 e não era um satélite só da NASA: o instrumento americano viajou a bordo do SAC-D, uma nave construída pela CONAE, a agência espacial da Argentina. Foi, portanto, uma missão sul-americana também — detalhe que raramente aparece nas manchetes.

Ela cumpriu a missão principal de três anos em novembro de 2014. O fim veio por um motivo que nada tinha a ver com o instrumento: em 8 de junho de 2015, uma peça essencial do sistema de energia e de controle de atitude da nave parou de funcionar, e a espaçonave se perdeu. O radiômetro estava bem; a nave que o carregava, não. É um destino comum o suficiente para ter capítulo próprio em O que a NASA faz com um satélite quando ele se aposenta.

SMAP: foi medir terra e acabou medindo mar

A SMAP (sigla inglesa para "umidade do solo, ativa e passiva") subiu em 31 de janeiro de 2015, de Vandenberg, na Califórnia, num foguete Delta II. O objetivo declarado era outro: medir a umidade do solo do planeta inteiro a cada dois ou três dias.

Ela carrega a maior antena giratória de malha já aberta no espaço, um prato de 6 metros que roda como uma peneira gigante. E teve azar parecido com o da Aquarius: o radar da missão parou ainda em 2015, por falha na fonte de energia, depois de quase três meses de dados.

O que salvou a missão foi o outro instrumento. O radiômetro continuou funcionando — e, como ele mede micro-ondas na mesma banda L, serve tanto para ver água no solo quanto sal no mar. Hoje é ele a principal fonte de mapas globais de salinidade. A missão segue no ar: o orçamento da NASA registra que uma revisão de 2023 aprovou a operação estendida da SMAP, e que a continuidade depende de novas revisões.

A mancha do Amazonas, vista de cima

Aqui entra o Brasil, e de um jeito que ninguém esperaria.

O Amazonas é o maior rio do mundo em volume de água despejada no oceano. Toda essa água doce não some ao encontrar o mar: ela forma uma mancha de baixa salinidade que flutua sobre a água salgada e sai viajando. Nos mapas de satélite, ela aparece como um borrão azul-escuro saindo da costa norte do Brasil.

Uma animação do JPL, montada com dados da SMAP entre 27 de março de 2015 e 16 de abril de 2018, mostra o caminho dessa mancha. Ela não fica parada na costa: a Corrente Norte do Brasil a empurra para o norte, e depois a Contracorrente Equatorial do Atlântico a leva para leste, mar adentro. Água que era do Rio Negro e do Solimões meses antes acaba a milhares de quilômetros dali.

Vale a comparação: é como jogar um balde de tinta clara numa piscina com correnteza e acompanhar a mancha pela câmera do teto — só que a piscina é o Atlântico e a câmera está a centenas de quilômetros de altura.

Por que isso importa: a esteira que move o oceano

Medir sal não é curiosidade de laboratório. Sal e temperatura juntos determinam a densidade da água do mar — ou seja, se ela afunda ou se ela boia. E é disso que vivem as grandes correntes profundas, a chamada circulação termohalina (de "termo", calor, e "halino", sal).

Segundo a NASA, essas correntes profundas ficam abaixo dos 400 metros e correspondem a cerca de 90% de todo o oceano. É uma esteira lenta, invisível da superfície, que leva calor dos trópicos para as regiões frias e devolve água fria por baixo.

O ponto delicado é este: se muita água doce chegar de uma vez a uma região onde a água normalmente afunda — por chuva, degelo ou rio —, essa água fica menos densa e afunda menos. A esteira desacelera. Quanto, e com qual efeito, é assunto em aberto na ciência, e qualquer um que lhe disser o contrário está vendendo certeza que não existe. O que os cientistas ganharam com Aquarius e SMAP foi justamente a capacidade de vigiar esse processo, em vez de só teorizar sobre ele.

Como se confere se o satélite acertou

Nenhum dado de satélite é aceito sem checagem no chão — ou, neste caso, na água.

A NASA mantém campanhas como a SPURS, em que navios de pesquisa largam boias instrumentadas no meio do oceano para medir sal, temperatura e profundidade no lugar exato onde o satélite passou. Se os dois números batem, o mapa vale.

Houve também uma checagem cruzada elegante. Num texto publicado pela agência em 2020, pesquisadores do JPL contaram que a Aquarius enxergou a água doce da enchente do Mississippi de 2011 espalhada por quase todo o leste do Golfo do México — e que, para ter certeza de que não era defeito, compararam com o satélite SMOS, da agência espacial europeia, e com o instrumento MODIS, que vê a cor do oceano. Os três concordaram.

Se você gostou da ideia de pesar o invisível a distância, o site tem dois primos próximos deste assunto: Como dois satélites pesam a água escondida da Terra, sobre a água subterrânea medida pela gravidade, e Como os satélites enxergam o El Niño?, sobre a altura e a temperatura do mar. E, para a conta geral de onde está toda a água do planeta, vale Quanta água tem a Terra, e quanto dela dá para beber.