Basado en mediciones vía satélite de las luces de las ciudades, esta imagen es un mapa de la densidad de población urbana de Norteamérica. En rojo, amarillo y verde se representan las áreas urbanas, y en azul el perímetro urbano. Los datos de la luz de las ciudades están colocados sobre datos de elevación (negro es nivel del mar, gris claro es mayor de 10.000 pies)

Observando el familiar paisaje rural de nuestra juventud en lugar de la monotonía de la urbanidad se ha convertido en una parte de la moderna vida Americana tanto como los aparatos electrónicos portátiles, la comida rápida y pasar el tiempo enfrente de la televisión.

Casi todos nosotros hemos tenido la decepcionante experiencia de volver a lo que solían ser los árboles cercanos a nuestras casas de la infancia y encontrar nuevas subdivisiones. O nos hemos quedado anonadados al ver que algunas entidades corporativas han erigido dúplex adosados en el medio del paseo de tu lugar favorito de vacaciones.

Nos guste o no, a lo largo de este siglo, los Estados Unidos ha experimentado un proceso continuo de urbanización conforme un porcentaje cada vez mayor de la población se ha mudado hacia las ciudades.|

Aunque que la creciente urbanización tiene algunos impactos positivos en nuestro medio ambiente, tales como la menor tasa de natalidad que implica un estilo de vida urbano, los científicos están comenzando a ser más conscientes acerca de los efectos negativos a largo plazo. Al contrario que en las comunidades rurales, el crecimiento urbano transforma completamente el paisaje y el suelo y altera el ecosistema que lo rodea y el clima.Marc Imhoff, biólogo del Centro Aerospacial Goddard de la NASA es uno de esos científicos conscientes. Durante seis años, él y su equipo de investigadores han estado buscando formas de medir los efectos de la urbanización en la productividad biológica en los EE.UU. y en otros países alrededor del mundo.

Ellos han creado un método para mapear la urbanización a escala nacional utilizando imágenes vía satélite generadas por las luces nocturnas de las ciudades. Con los mapas resultantes de luces urbanas, actualmente están tasando el impacto que el crecimiento urbano tiene en lo que comemos, en el aire que respiramos y en el ecosistema en el que vivimos.

La urbanización en cualquier país generalmente comienza cuando el comercio a gran escala arraiga y la mayoría de los trabajos se encuentran en las fábricas y los centros financieros de las ciudades.

En los EE.UU., la urbanización comenzó a tener lugar aproximadamente alrededor del cambio del siglo pasado. Desde entonces, el porcentaje de gente viviendo en los EE.UU. en áreas urbanas ha crecido desde el 39 por ciento hasta más del 73 por ciento, acorde con el censo estadounidense.

Mapa de urbanización de los Estados Unidos derivado de los datos de luces. Las áreas urbanas están coloreadas en rojo, mientras que las peri-urbanas están coloreadas en amarillo. Esta imagen de Norte América fue creada por Flashback Imaging Corporation bajo contrato con NOAA y NASA.

Durante décadas, la cantidad de terrero rural que ha sido consumida por la urbanización es enorme. Entre 1982 y 1992, por ejemplo, 19.000 millas cuadradas de otro modo áreas de cultivo rurales y vírgenes fueron desarrolladas en los EE.UU. Esto sería equivalente a convertir la mitad de Ohio en una gran subdivisión en un período de diez años, conforme al World Resources Institute.

La urbanización no es sólo un problema en los Estados Unidos.

Actualmente, los investigadores estiman que el movimiento hacia las ciudades en todo el mundo está creciendo a un ritmo tres veces superior a la expansión de la población. Sólo un tercio de la población mundial vivía en áreas urbanas hace diez años. Hoy ese número es superior al 50 por ciento, y en diez años más o menos dos tercios de la humanidad vivirá en ciudades, según informa World Resources Institute.

Las ciudades y las áreas suburbanas están creciendo rápidamente, tal y como se muestran en estas dos imágenes de Plano, cerca de Dallas, Texas. (Imágenes cortesía de USGS Earthshots)

Imhoff opina que mientras que estuvo trabajando en la Universidad Stanford haciendo su post-doctorado, se intrigó por las implicaciones biológicas de la urbanización cuando vio cómo el crecimiento urbano se veía en la superficie de la Tierra cuando se ve desde una órbita.“Pasé varios años observando la Tierra desde el espacio, y encontré destacable cómo el desarrollo humano de la tierra se parecía mucho al crecimiento biológico – como la cáscara de una naranja”, dice.

Él quería saber cómo el crecimiento urbano estaba cambiando el paisaje a una escala global, y si este desarrollo incrementado estaba afectando a las reservas de comida, ecosistemas locales e incluso al clima.

Muy pronto, se dio cuenta de que la mejor forma de realizar un estudio tal sería construir un mapa de urbanización utilizando datos de los sensores remotos de los satélites.

“Los datos de los satélites nos darían una visión sinóptica del globo desde la cual podríamos hacernos una idea explícita de dónde estaban los rasgos de la superficie de las áreas dominadas por el hombre – especialmente con respecto a las ciudades”, dice. “Podríamos también unir esa información con mapas del suelo y datos de la biosfera de otros satélites para calcular el impacto de la urbanización en los ecosistemas”.

Para confeccionar tal mapa, Imhoff necesitaba un satélite que le diera una imagen de la urbanización de un continente al completo de una sola vez.

Cuando comenzó esta investigación, tuvo acceso a los datos de varios satélites sensibles, tales como el Landsat 5 y NOAA, los cuales grabaron la luz del sol reflejada y las emisiones de calor de la superficie de la Tierra. Pero marcar la extensión urbana con los instrumentos de esos satélites requería que los investigadores recuperasen imágenes cercanas de las ciudades y separar cada área de forma individual de las granjas, parques y montes colindantes. Hacer eso en un continente entero habría sido una labor intensa y tediosa.

Imhoff encontró una solución en un lugar inesperado. Lo contó en una reunión semanal de astronomía al que fue en 1996.“La gente en la reunión estuvo hablando acerca de cómo la contaminación ambiental era un problema”, recuerda. “Lanzaron un satélite para recoger las luces de las ciudades. Estaban mirando y decían: “mira toda esa horrible contaminación lumínica”. Y yo allí pensando: “Eso es exactamente lo que necesito, ese es mi mapa global de dónde están los seres humanos”.

Las imágenes fueron tomas por el Programa del Satélite de Defensa Meteorológica (DMSP) de Operational Linescan System (OLS). Esta Red de satélites se diseñó originalmente para recoger la iluminación que refleja la luna por la noche en las nubes para ayudar a la navegación aérea nocturna.

Lo que descubrió la fuerza aérea es que por la noche, cuando hay luna nueva, los satélites eran suficientemente sensibles para recoger la iluminación de las ciudades. Durante un período de varias lunas nuevas, los datos recogidos por los satélites pudieron ser unidos para producir una imagen global de las luces de las ciudades.

Un mapa de las luces nocturnas construido por imágenes captadas por el Programa del Satélite de Defensa Meteorológica de Operational Linescan Systems. “Mi compañero con los datos del DMSP es el Dr. Christopher Elvidge de Centro Nacional de Datos Geofísicos NOAA”, dice Imhoff.

Una vez recibidos los datos del satélite, Imhoff se dio cuenta de que había un gran problema que deberían solucionar.

“La imagen en bruto sobreestimaba las áreas urbanizadas alrededor de siete u ocho veces”, dice.

El problema venía en su mayoría por los efectos de las ciudades relativamente brillantes en el sistema de sensores de los satélites. Los sensores de esos satélites están hechos con células fotoeléctricas organizadas en un patrón de rejilla, como los píxeles en un monitor de un ordenador. Cuando la luz que emana de la tierra golpea un píxel del sistema, se registra en el satélite como 2,7 kilómetros cuadrados de superficie iluminada. Algunas veces, las luces brillantes activaban el píxel inicial e inadvertidamente desconectaban los píxeles colindantes en el sistema. Si esto ocurre, entonces, un área del tamaño de un bloque parece que tenga tres o cuatro manzanas en la imagen en bruto del satélite.

Es algo similar a lo que ocurre cuando se toma una foto con flash de un espejo. Aunque la bombilla en sí misma no puede ser de más de un par de pulgada, la luz que se refleja en el espejo puede fácilmente cubrir el área del tamaño de la cabeza de la persona de la fotografía.

Para corregir este “efecto” radiante, el equipo Goddard se acercó a las luces que emanaban de las ciudades individuales, aislándolas efectivamente de las imágenes continentales más grandes. Utilizando ordenadores, bajaron el grado de brillo total de la imagen de la ciudad. La mancha de la ciudad representada de la ciudad comenzaría a disminuir de modo similar a la evaporación de un charco de agua.

El agua negra del Lago Michigan en el límite de las luces brillantes de Chicago, cuyo color se pierde en el paisaje rural de la izquierda. Los científicos de la NASA recopilan el juego de luces detectadas desde el espacio para medir la extensión de las ciudades y las áreas urbanas en todo el mundo.

“Bajamos el brillo de los datos de las imágenes hasta que el perímetro paró de encoger y las luces interiores comenzaron a extinguirse”, dice Imhoff. “En ese punto paramos”.

Los investigadores clasificaron las luces que quedaron en la imagen, tras el proceso, como un área urbana. Las áreas previamente iluminadas que se encogieron fueron clasificadas como peri urbanas (suburbios de baja densidad o granjas). Cualquier áreas que no estuviese iluminada fue etiquetada como no urbana. Compararon esas clasificaciones con los límites en las actuales áreas urbanas de la ciudad y descubrieron que se trataba de un acierto.

Imhoff y su equipo tienen ahora unos datos (valores umbral), que les indican hasta dónde las luces de cualquier porción de los Estados Unidos han de ser disminuidas para conseguir una representación específica y acertada de la urbanización. Utilizando los valores umbral, el grupo de Imhoff ha categorizado Estados Unidos al completo en área urbana, peri urbana y no urbana.

Para cerciorarse de que las clasificaciones eran correctas en base a la nación al completo, chequearon cada estad en su mapa contra las estadísticas del Censo de población de Estados Unidos en 1990. Imhoff explica que la Agencia del Censo no mapea áreas urbanas. De todos modos, sí que clasifica las áreas urbanas donde existen 1000 o más personas por milla cuadrada y toma cuenta de quién vive en esas áreas. Fundiendo el mapa urbano de la ciudad con los datos del Censo, los investigadores pudieron calcular la densidad de población para las áreas urbanas, peri urbanas y no urbanas. Descubrieron que el número de personas por milla cuadrada en su mapa cuadraba con la definición de área urbana (1000 personas o más por milla cuadrada).

“Tras los umbrales tuvimos casi una coincidencia perfecta, lo cual es increíble, ya que no utilizamos ningún dato del Censo para crear el mapa vía satélite”, dice Imhoff. “Creemos que esto es bueno; que está funcionando”.

Para las áreas periurbanas, Imhoff encontró que había aproximadamente 100 personas por milla cuadrada, y en las no urbanas, apenas 10 personas por milla cuadrada.Mientras que el mapa del equipo de Goddard aún no pudo darles la densidad de población exacta para esas clasificaciones, aparece como una imagen de dónde el paisaje ha sido transformado hasta el punto de no parecerse al ecosistema natural. Los investigadores pueden estar bastante seguros de que cualquier área clasificada como urbana en sus mapas tiene al menos varias subdivisiones, paseos y parking.

Ahora Imhoff y su grupo pueden sobreponer este mapa de los Estados Unidos con otros mapas que muestren dónde están los mejores suelos, dónde hay ecosistemas frágiles, y donde la vida del planeta es más robusta. Con tales comparaciones, los científicos de la NASA podrían determinar de forma exacta cómo la urbanización está afectando a nuestro planeta, nuestros recursos naturales e incluso a nuestro clima. Repitiendo el proceso al completo para otros países, podrían tener una idea de lo que está ocurriendo en todo el mundo.

Para saber lo que Imhoff aprendió cuando él y su equipo compararon los mapas de urbanización de los Estados Unidos con un mapa de los suelos más fértiles de la nación, visita el Observatorio Terrestre de la NASA y lee “Recoger lo que sembramos”, la segunda parte de este artículo. Un tercer artículo de la serie, a punto de ser publicado, examinará cómo la expansión urbana puede contribuir al efecto invernadero en el Hemisferio Norte.