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Una imagen de radar de apertura sintética es un mosaico del río Congo.

Tecnología y Sociedad

Cómo medir el agua dulce del mundo (y mejorar así su gestión)

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La teledetección ha facilitado a los científicos la supervisión de los ríos, lagos y embalses, cuando la construcción y el desarrollo urbano masivos llevan años alterando las reservas de agua dulce

  • por Maria Gallucci | traducido por Ana Milutinovic
  • 10 Enero, 2022

El río Congo es el segundo sistema fluvial más grande del mundo después del Amazonas. Más de 75 millones de personas dependen de él para obtener alimentos y agua, al igual que miles de especies de plantas y animales de los pantanos y humedales que sustenta. La enorme selva tropical que se extiende a lo largo de su parte central ayuda a regular todo el sistema climático de la Tierra. Sin embargo, la cantidad de agua en ese sistema es un misterio.

Los hidrólogos y los científicos del clima dependen de las estaciones de monitoreo para supervisar el río y sus cuerpos de agua conectados mientras fluyen y se juntan en seis países, y también para medir las precipitaciones. Pero lo que antes era una red de 400 estaciones se ha reducido a solo 15, y eso dificulta saber exactamente cómo afecta el cambio climático a una de las cuencas hidrográficas más importantes de África.

El geólogo del Centro de Investigación de Recursos Hídricos de la Cuenca del Congo en Kinshasa (República Democrática del Congo) Benjamin Kitambo afirma: "Para actuar, para gestionar el agua, necesitamos conocer nuestros recursos hídricos. Pero no podemos conocer algo que no medimos".

Los investigadores de todo el mundo están llenando cada vez más las lagunas de datos utilizando información desde el espacio. Los satélites equipados con instrumentos de detección remota pueden analizar los lugares donde las mediciones in situ están desactualizadas, difíciles de conseguir o se mantienen privadas.

Kitambo habló con nosotros por videollamada desde Toulouse (Francia), donde realiza una investigación de doctorado en el Laboratorio de Estudios en Geofísica y Oceanografía Espaciales. Actualmente está analizando el tesoro de las mediciones satelitales y modelos hidrológicos para comprender cómo están cambiando los afluentes, humedales, lagos y embalses del río Congo. Eso significa que revisa los registros de más de 2.300 estaciones de medición virtuales, que incluyen dos métricas clave en toda la cuenca: "la altura del agua superficial", o el nivel del agua por encima de un punto de referencia, y la extensión del agua superficial.

Kitambo destaca que la mayoría de los datos de campo de la región son de antes de 1960, el año en el que casi todos los países de la zona se independizaron de los colonizadores europeos. Desde entonces, la investigación ha disminuido drásticamente y ha resultado difícil recoger datos sobre aguas superficiales.

datos de la máquina en imagen de satélite

Mapa: El investigador Fritz Policelli y su equipo en Goddard Space Flight Center generan mapas como este preliminar del río Ohio combinando el aprendizaje automático con los datos recopilados por la misión Sentinel-1 para calcular la anchura de los ríos. Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA / Universidad de Maryland (EE. UU.)

Hace unos cinco años, el centro de investigación de la cuenca del Congo comenzó a instalar una red de estaciones de monitoreo de agua para abordar la "grave falta de conocimiento básico" sobre los principales canales navegables del río, que a menudo sirven como carreteras. Pero algunos lugares de la inmensa cuenca eran demasiado remotos o de complicado acceso para los investigadores. En otros, la gente quitaba los instrumentos recién instalados para vender los materiales, o porque temían ser vigilados.

Muchas partes del mundo se enfrentan a desafíos similares. Los países de América Latina y el Caribe han experimentado una "disminución drástica" en las mediciones terrestres desde la década de 1980, según un estudio de 2018 publicado en la revista Water Resources Research. En la cuenca del río Mekong, que atraviesa seis naciones desde China hasta Vietnam, los datos sobre la disponibilidad de agua no se comparten entre los países, si es que los recogen.

Sin embargo, según los expertos, medir el agua es clave para ayudar a las personas a prepararse para los desastres naturales y adaptarse al cambio climático. Se prevé que el aumento de las temperaturas globales incremente el riesgo de tormentas e inundaciones repentinas en ciertas áreas y de sequías severas en otras. Mientras tanto, los enormes proyectos de infraestructura y el desarrollo urbano expansivo están alterando y agotando los recursos de agua dulce como los ríos y lagos.

Esta necesidad de medir está impulsando una serie de ambiciosas iniciativas de investigación que utilizan herramientas de teledetección. A medida que evoluciona la tecnología para recoger y analizar los datos del espacio, los científicos obtienen una imagen más clara de cómo fluye el agua por la Tierra y cómo circula en la atmósfera.

Los satélites que observan la superficie de la Tierra miden y mapean el agua utilizando sensores ópticos y de radar. Los sensores ópticos forman imágenes de cuerpos de agua al detectar la radiación solar que se refleja en los objetivos de la Tierra. Una forma de teledetección por radar, llamada radar de apertura sintética, calcula la extensión y la altura del agua superficial transmitiendo pulsos de energía de microondas hacia el planeta y luego midiendo la cantidad de energía reflejada hacia el satélite, así como el tiempo que tardan las señales en ese retorno. A diferencia de los sensores ópticos, el radar puede ver a través de las nubes y también de noche.

Luego, los científicos pueden combinar esas observaciones para explorar cómo los recursos hídricos de una región cambian con el tiempo. Un estudio que utilizó las imágenes satelitales del programa Landsat de la NASA tomadas a lo largo de 30 años encontró que el agua se había desplazado drásticamente por la superficie de la Tierra como resultado tanto del movimiento natural de los ríos como de las intervenciones humanas en forma de embalses e irrigación. Según los investigadores del instituto de investigación holandés Deltares y su artículo publicado en 2016, unas 44.000 millas cuadradas (113.960 kilómetros cuadrados) de tierra ahora están cubiertas de agua, y 67.000 millas cuadradas (173.530 kilómetros cuadrados) de agua se han convertido en tierra.

No obstante, incluso con la tecnología de teledetección disponible en la actualidad, sorprendentemente pocos cuerpos de agua dulce se controlan de cerca por su nivel hidrostático; en cambio, muchos satélites de radar existentes se centran en los océanos y en las capas de hielo. Hasta la fecha, según la NASA, los satélites han medido solo entre el 5 % y el 10 % de los ríos más grandes del mundo y solo el 15 % de los cambios de almacenamiento de agua en los lagos de todo el mundo.

Un nuevo sistema de radar construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California (EE. UU.), podrá observar pronto mucha más superficie de la Tierra y con una resolución 10 veces mayor que la de las tecnologías actuales. El interferómetro de radar de banda Ka utiliza dos antenas para transmitir y recibir los pulsos en una franja de 75 millas (120 kilómetros) de ancho cuando el satélite pasa sobre una masa de agua. Una antena envía señales a un lugar en la Tierra y, a continuación, el sistema analiza las dos señales de retorno mediante la triangulación. Esto permite a los científicos medir el nivel del agua superficial hasta unos 10 centímetros.

La NASA y la agencia espacial francesa CNES planean lanzar un satélite con el sensor de banda Ka a finales de 2022 como parte de una misión conjunta llamada Surface Water and Ocean Topography (SWOT), con la ayuda de las agencias espaciales de Canadá y Reino Unido. El satélite del tamaño de un todoterreno observará, además de los océanos, los lagos, ríos y embalses del planeta en los 21 días que tarda en dar la vuelta a la Tierra.

El hidrólogo del Laboratorio de Propulsión a Chorro Cédric David asegura: "Vamos a tener acceso a información global sobre aguas superficiales de una manera que nunca habíamos tenido". Los científicos podrán observar los cambios en la cantidad de agua almacenada en la superficie de la Tierra y estimar cuánta agua fluye en los sistemas fluviales.

Los investigadores como Kitambo creen que las observaciones de la misión SWOT aumentarán la precisión y la calidad de sus modelos numéricos, que simulan y predicen cómo el agua crece, disminuye y fluye con el tiempo. Específicamente, los científicos podrán usar los datos de la misión SWOT para calcular los niveles diarios, o la cantidad de agua que fluye a través de los canales, de los principales afluentes del Congo y dentro de la selva tropical en la parte central de la cuenca. Esto les ayudará a comprender el desarrollo de las inundaciones estacionales, que afectan todo, desde la pesca y la agricultura hasta los hábitats de la vida silvestre y la seguridad humana.

David señala que, junto con otros proyectos similares, la nueva misión le dará a la NASA la posibilidad de analizar casi todas las partes del ciclo del agua de la Tierra, incluidos los océanos, la humedad del suelo, el agua subterránea, las capas de hielo y ahora también el agua superficial. El experto resalta: "Muchos de nosotros creemos que esto es la edad de oro de las observaciones del ciclo del agua desde el espacio".

*Maria Gallucci es una reportera de energía y medio ambiente con sede en Brooklyn, Nueva York.

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