Tracciare gli incidenti minerari con i dati satellitari

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Fotografia satellitare dell’area della miniera di Catoca scattata da Senti
Fotografia satellitare dell’area della miniera di Catoca scattata da Sentinel-2. Sul bordo superiore destro dell’immagine si vede il fiume Tshikapa che scorre da sud a nord e diventa arancione dopo aver ricevuto gli effluenti minerari. (Fonte: 30.7.2021 dati Copernicus Sentinel, elaborati da Sentinel Hub)


Le attività minerarie inquinano regolarmente i fiumi, con conseguenze drammatiche per le persone e l’ambiente. Nel Sud del mondo, i responsabili spesso la fanno franca perché i fiumi non sono monitorati e mancano prove concrete. È qui che una visione dall’alto può essere d’aiuto: i dati satellitari forniscono prove importanti sull’origine, la diffusione e l’estensione di questi disastri ecologici, come dimostra Désirée Ruppen nella sua tesi di dottorato.


La miniera di Catoca, nel nord dell’Angola, è una delle più grandi miniere di diamanti del mondo. Alla fine di luglio 2021, si è verificato un grave incidente: i fanghi minerari prodotti durante l’estrazione dei diamanti dalla roccia sono fuoriusciti da un bacino di decantazione e sono stati rilasciati nell’ambiente. Nei pressi della miniera, il fiume Tshikapa ha trasportato il carico tossico carico di metalli per centinaia di chilometri a nord, verso la Repubblica Democratica del Congo. La popolazione locale ha notato una forte colorazione dell’acqua e la morte di tonnellate di pesci morti. Migliaia di persone nelle comunità lungo il fiume hanno sofferto di dissenteria e una dozzina sono morte. Il governo congolese parla di alti livelli di ferro e nichel nell’acqua. Settimane dopo, l’operatore della miniera di Catoca ammette che c’è stata la rottura di una tubatura, ma afferma che si è riversata solo una miscela innocua di sabbia, argilla e acqua, paragonabile al carico di sedimenti trasportato dai fiumi durante il monsone.

"Purtroppo, affermazioni di questo tipo sono comuni", dice Désirée Ruppen, che ha studiato a fondo l’impatto ambientale dell’attività estrattiva nell’ambito della sua tesi di dottorato presso il Politecnico di Zurigo e l’Istituto di ricerca sull’acqua Eawag. Anche se le scuse sono dubbie, sono difficili da confutare. "In questa regione, come in molte altre regioni minerarie del Sud, non esistono misurazioni sistematiche della qualità dell’acqua", spiega Ruppen. Spesso l’inquinamento viene notato solo in ritardo, quando le conseguenze sono già devastanti. Senza campioni d’acqua, non è possibile determinare retroattivamente l’origine e la portata dell’inquinamento. Ancor meno nel caso di processi su larga scala in aree di difficile accesso, per motivi logistici o politici. In questi casi, i dati satellitari sono di grande aiuto, perché ci permettono di tornare indietro nel tempo e di ricostruire eventi su larga scala a distanza". Questo è esattamente ciò che D. Ruppen ha fatto.

Prove di inquinamento su 1.400 chilometri

Il ricercatore ha esaminato nove immagini pubblicamente disponibili dell’area in questione scattate da Sentinel-2, una coppia di satelliti dell’Agenzia Spaziale Europea i cui dati sono particolarmente utili per lo studio dei fiumi. Un’immagine è stata scattata prima dell’evento, quando il fiume era ancora "blu". Le altre, scattate successivamente tra il 25 luglio e il 30 agosto, mostrano la forte colorazione dell’acqua. L’obiettivo era identificare in questa sequenza di immagini dove e quando è comparsa la torbidità - causata dalle particelle presenti nell’acqua -, come si è diffusa nel tempo lungo il fiume e in che misura rispetto alla situazione precedente all’incidente. James Runnalls, programmatore dell’Eawag, e Daniel Odermatt, responsabile del gruppo di telerilevamento, hanno affiancato Désirée Ruppen nell’analisi dei dati satellitari. "Si può vedere a occhio nudo dove l’acqua è blu e dove è rossa", spiega la geologa, "ma è necessario il computer per determinare l’estensione e l’intensità della torbidità e quindi il grado di inquinamento". Combinando diversi metodi e algoritmi, i ricercatori sono riusciti a sviluppare un processo automatico di analisi dei dati visivi satellitari, rendendo possibile per la prima volta l’osservazione e la quantificazione dell’inquinamento di un intero sistema fluviale.


"Siamo stati in grado di tracciare come l’inquinamento si sia diffuso nel sistema fluviale per 1.400 chilometri nell’arco di cinque settimane", spiega Ruppen. "Questo ci ha permesso di determinare la velocità del flusso dell’acqua e quindi il momento preciso dell’incidente: la perdita è iniziata nel pomeriggio del 24 luglio. I dati satellitari non ci permettono di determinare quali inquinanti sono stati rilasciati e in quali concentrazioni, perché ciò avrebbe richiesto il prelievo di campioni d’acqua sul posto". Tuttavia, i ricercatori sono riusciti a calcolare che la torbidità, ovvero il carico di particelle, era diverse decine di volte superiore rispetto a prima dell’incidente. Come ha dimostrato il confronto con 170 vecchie foto satellitari scattate dal 2015, la torbidità dello Tshikapa non è mai stata così alta come nei giorni successivi all’incidente. L’affermazione della società di gestione secondo cui il fiume non è più inquinato che durante la stagione delle piogge è stata quindi smentita. Secondo D. Ruppen: "I dati mostrano che l’inquinamento dell’acqua era ben al di sopra degli standard dell’acqua potabile, il che molto probabilmente ha causato la moria di pesci e le vittime umane".

Le nuvole bloccano la vista

Ruppen e i suoi colleghi hanno scoperto la formula universale per spiegare gli incidenti minerari? "Non è così semplice", dice il geologo, che ha valutato la trasmissibilità dei suoi metodi su una serie di eventi analoghi. La disponibilità di dati satellitari è il nostro problema principale: il progetto Sentinel-2 è stato lanciato nel 2015 con un solo satellite che inizialmente sorvolava un sito ogni 10 giorni. Con il lancio del secondo satellite Sentinel-2, l’intervallo di tempo tra i sorvoli è stato ridotto a 5 giorni, ma c’è ancora la possibilità che non ci siano foto o foto utilizzabili di un evento per il periodo decisivo. Questo perché quando le nuvole oscurano la vista dei corsi d’acqua interessati, questi non possono essere analizzati nelle foto. Ciò è tanto più problematico in quanto molte miniere del Sud sono situate ai tropici, dove le precipitazioni stagionali non sono solo associate a episodi di nuvolosità, ma anche a forti piogge che aumentano il rischio di incidenti in miniera. "Delle due dozzine di eventi registrati dal 2015, sono riuscita a identificarne solo quattro, oltre a quello della miniera di Catoca, per il quale sono disponibili dati satellitari privi di nuvole e che siamo riusciti a ricostruire con il nostro metodo", spiega Désirée Ruppen. Ma c’è molto da fare nel campo del telerilevamento, la missione Sentinel-2 continuerà a lungo termine con la sua alta frequenza di registrazione, e si stanno sviluppando nuovi satelliti in grado di mappare le superfici acquatiche con l’aiuto del radar. Le possibilità di applicazione del metodo Ruppen rimangono quindi valide per i futuri incidenti minerari e possono essere ampliate dalle nuove tecnologie.