Het dragen van witte sportschoenen, een cowboyhoed en overall, Bernie Fowler loopt elk jaar in juni de Patuxent-rivier in Maryland in om te zien hoe diep hij kan gaan en nog steeds de bovenkant van zijn schoenen kan zien. Als jonge man kon hij zijn voeten op de rivierbodem zien terwijl hij borstdiep stond om blauwe krabben te vangen. Nu in de negentig, hij waagt zich in de rivier om de helderheid van het water te beoordelen. Fowler heeft dit gegevenspunt de afgelopen 29 jaar verzameld en telt, noemde het 'sneakerdiepte'.

Wetenschappers maken nauwkeurige metingen van de helderheid van water op basis van satellietgegevens, maar de berekeningen kunnen complex en moeilijk uit te leggen zijn aan mensen buiten de discipline oceanografie. Nu neemt NASA het sneakeridee van Fowler over om satellietmetingen van waterhelderheid te communiceren, zodat de waarnemingen gemakkelijk kunnen worden gedeeld met het grote publiek, lokale overheden of andere geïnteresseerden. NASA-wetenschappers noemen dit algoritme "Fowler's Sneaker Depth" - de diepte van water, in meters, waarop een persoon zijn witte schoenen niet meer kan zien. De studie werd gepubliceerd in de editie van april 2017 van het tijdschrift The Optical Society Optica Express .

De gepensioneerde senator Fowler van de staat Maryland gebruikt 'sneakerdiepte' als een manier om lokale veranderingen in de helderheid van het water aan zijn buren en gemeenschap te communiceren. De helderheid van het water is van vitaal belang omdat zonlicht diep voorbij het oppervlak moet kunnen reiken om onderwaterplanten te helpen groeien en een gezond ecosysteem te behouden. Wereldwijd, kustwateren kunnen troebel worden door een teveel aan zwevende minerale deeltjes (bijv. geërodeerde grond) of abnormaal hoge hoeveelheden fytoplankton (microscopische algen). Hoewel deze effecten van nature voorkomen, ze kunnen worden verergerd door menselijke activiteit in een stroomgebied, zoals landopruiming, stedelijke ontwikkeling, en het vrijkomen van onderbehandeld rioolwater. Een slechte waterhelderheid kan de menselijke gezondheid drastisch beïnvloeden, de voedselketen, en de visserijsector.

"Als je met mensen praat over de chemie van de rivier met wetenschappelijke woorden als eutrofiëring, het gaat het ene oor in en het andere uit, "zei Fowler. "Als je witte sportschoenen aantrekt en in de rivier waadt tot je je voeten niet meer kunt zien, dat geeft je een redelijk goed begrip van wat er aan de hand is." Op 11 juni, 2017, vogelaar, zijn familie, vrienden en gemeenschap zullen de Patuxent-rivier in Jefferson Patterson Park waden en voor het 30e achtereenvolgende jaar sneakerdieptemetingen doen.

Wetenschappers die in een oceaanecologisch laboratorium zitten, focussen op nauwkeurigheid, zei Lachlan McKinna, een oceanograaf bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en een van de auteurs van de studie. "Maar soms hebben we betere manieren nodig om met het grote publiek te communiceren."

Ben Crooke, een 17-jarige NASA-zomerstagiair, hielp Fowler's Sneaker Depth af te leiden als de eerste auteur van het artikel. Crooke bracht een deel van zijn zomer door met het analyseren van de gegevens en satellietbeelden van Fowler om lokale trends in de helderheid van het water te begrijpen.

Crooke en het team keken naar de gegevens van het instrument aan boord van de Aqua-satelliet, de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, of MODI. Het instrument meet verschillende kleuren licht, of golflengten, die worden weerkaatst door in het water zwevende materie. Ze keken specifiek naar de hoeveelheid rood licht die wordt weerkaatst door zwevende deeltjes en sedimenten waardoor het water troebel lijkt.

Het team ontwikkelde vervolgens een wiskundig model om de hoeveelheid gereflecteerd rood licht te relateren, zoals gemeten door MODIS, met de sneakerdiepte, zoals fysiek gemeten door Fowler in de Patuxent-rivier, voor de jaren 2002 tot 2016.

Het resulterende algoritme biedt een gemakkelijke manier om de helderheid van het water te visualiseren en aan het publiek te communiceren. Het biedt ook door satellieten waargenomen dieptemetingen van sneakers voor elke dag van het jaar die niet wordt belemmerd door veel wolken en voor het hele estuarium van de Patuxent-rivier.

"We hebben gekeken naar hoeveel variatie er was in de sneakerdiepte op die ene dag van het jaar in vergelijking met elke andere dag van het jaar, " zei Krok, die afstudeerde aan de Sandy Spring Friends School in Ashton-Sandy Spring, Maryland, en is van plan om dit najaar milieuwetenschappen te studeren aan het Skidmore College in New York.

Crooke en het team observeerden hoe de waterkwaliteit van de Patuxent varieert met het seizoen. De wintermaanden hadden de grootste Fowler's Sneaker Depth (d.w.z. het beste zicht) omdat de rivierstroom minimaal is, wat betekent minder inkomende sedimenten, en de omgevingsomstandigheden zijn minder gunstig voor de groei van fytoplankton. De late lente en vroege zomermaanden hadden de neiging om de laagste sneakerdiepte te hebben (d.w.z. het laagste zicht) omdat er meer fytoplankton en sedimenten aanwezig zijn.

De studie toonde ook potentiële bronnen aan die de helderheid van het water van de Patuxent-rivier beïnvloeden. In recente jaren, verbeterd stroomgebiedbeheer heeft de effecten verminderd van landgebruiksactiviteiten die de rivier kunnen vervuilen, zoals landontginning, rioolwaterzuivering, landbouw, en stadsontwikkeling. Toch gaat de zomerbloei van fytoplankton nog steeds door in het lager gelegen estuarium van de Patuxent-rivier, wat suggereert dat de voedingsstoffen die de bloei bevorderen vanuit de Chesapeake Bay in de rivier komen - een idee dat eerdere studies hebben gesuggereerd.

Hoewel de sneakerdiepte in de eerste plaats bedoeld was als communicatiemiddel voor het publiek, het NASA-team sluit het gebruik ervan voor de wetenschap niet uit. Het sneaker-diepteconcept is eigenlijk vergelijkbaar met de Secchi-schijfdieptemeting die maandelijks wordt uitgevoerd door het Chesapeake Bay-programma. In oceanografie, wetenschappers laten een vlakte zakken, witte schijf met een diameter van een voet - een Secchi-schijf genoemd - in het water aan een touw en noteer de diepte waarop het uit het zicht verdwijnt. Deze metingen zijn nuttig voor mariene wetenschappers die willen weten tot welke diepte het licht reikt om te begrijpen hoe het fytoplankton en andere onderwatervegetatie groeit.

"Fowler's Sneaker Depth zal worden gebruikt als een maatstaf om te kijken naar langetermijntrends voor waterhelderheid voor wetenschappelijk betekenisvolle resultaten en om deze aan het grote publiek te communiceren, " zei Ivona Cetinic, een oceanograaf bij de Universities Space Research Association bij NASA Goddard en een van de auteurs van de studie. Cetinic en het team moeten echter nog een paar verfijningen doorvoeren. Voor een, ze zouden de maximale limiet van de sneakerdiepte kunnen stellen als de lengte van Fowler - een manier om de context van het aantal te behouden en Fowler's toewijding en werk aan de Chesapeake Bay te eren. Tweede, het team zou graag meer datapunten van de community verwelkomen om het algoritme te helpen verfijnen.

"Als je een paar oude witte sportschoenen hebt en ze aan je voeten of een touwtje doet en wat metingen doet, die ons zou kunnen helpen een dataset op te bouwen en het algoritme te verfijnen, ' zei Mc Kinna.