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TAPA

Un océano en los aires

Con radares y sobrevuelos, registran los mecanismos de formación de las lluvias y el efecto de la contaminación urbana sobre el clima de la Amazonia

El imperio de las aguas: nubes oscuras cubriendo el río Negro y Manaos el día 18 de febrero de 2014, como preludio de otra lluvia amazónica

Eduardo CesarEl imperio de las aguas: nubes oscuras cubriendo el río Negro y Manaos el día 18 de febrero de 2014, como preludio de otra lluvia amazónicaEduardo Cesar

desde Manaos

Aquí en Manaos y por esta vasta región norte de Brasil, llueve mucho durante todo el año, pero las lluvias son distintas. Al comienzo del año –en febrero y marzo– llueve casi todos los días, con pocos relámpagos, y el aguacero lava la selva y las ciudades durante horas seguidas. En tanto, al final del año –entre septiembre y noviembre– las tormentas son más intensas, con abundantes relámpagos, que despiertan temores atávicos, y las lluvias son localizadas y más breves. Para confirmar y describir los mecanismos de formación de la lluvia –diferente en cada región del país e incluso dentro de una misma región– y el efecto de la contaminación de Manaos sobre el clima de la Amazonia, un grupo de 100 investigadores de Brasil, Estados Unidos y Alemania comenzó a escudriñar el cielo de la zona de Manaos mediante radares y aviones, en el marco del programa Green Ocean Amazon (GOAmazon). El programa GOAmazon, lanzado oficialmente el día 18 de febrero en Manaos, cuenta con un presupuesto de 24 millones de reales y apoyo económico de la FAPESP, de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Amazonas (Fapeam), del Departamento de Energía y de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) de Estados Unidos.

La expresión green ocean surgió en 1999, durante la primer gran campaña del programa Experimento de Gran Escala de la Biósfera-Atmósfera en la Amazonia (LBA). Sobrevolando la selva de Ji-Paraná, en el estado de Rondônia, los investigadores –muchos de ellos participantes de este nuevo programa– notaron que las nubes no se comportaban según lo esperado. En esa región de la Amazonia cercana a Bolivia, se esperaba que la capa de nubes tuviese unos 20 kilómetros (km) de altura y presentara una alta concentración de partículas en suspensión y pequeñas gotas de lluvia, características de las denominadas nubes continentales. En lugar de eso, presentaban las características de las nubes oceánicas, con escaso material en partículas, formación más rápida y topes de altitud relativamente bajos, como ocurre en las áreas oceánicas; era un océano, no azul, sino verde, por hallarse sobre la selva. El investigador Antonio Manzi, del Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonia (Inpa), quien participó en aquélla y otras expediciones del LBA y actualmente forma parte del GOAmazon, recuerda que en 1999 también verificaron que las denominadas nubes calientes, que no forman cristales de hielo, eran las que predominaban en la región, algo inesperado en áreas continentales.

El volumen de lluvia que cae sobre la cuenca amazónica equivale a un océano. Según Manzi, corresponde en promedio a 27 billones de toneladas de agua por año. En términos concretos, si la lluvia se acumulara en lugar de escurrir a través del suelo, formaría una lámina de agua con un espesor de 2,3 metros sobre los 6,1 millones de kilómetros cuadrados que ocupa la cuenca amazónica, que se extiende por Brasil y varios países vecinos. Luiz Augusto Machado, investigador del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), calculó el volumen promedio del agua de lluvia en todo el país: son 14 billones de toneladas anuales. En caso de acumularse, toda esa agua cubriría al país por completo con una capa de 1,7 metro de altura. Machado también coordina el Proyecto Lluvia, que forma parte del GOAmazon y próximamente llevará a cabo en Manaos la última etapa de un mapeo sobre los tipos y la distribución de las nubes de lluvia en Brasil.

Todavía no queda claro cómo se forma ese océano aéreo. “Las nubes pueden generar lluvia o no”, dice Gilberto Fisch, del Instituto de Aeronáutica y Espacio (IAE), de São José dos Campos, e investigador del Proyecto Lluvia. Se suele decir que, cuando hay vapor de agua, se genera lluvia y ésta cae, pero no es exactamente así”. La mayoría de las diminutas gotitas que componen las nubes, con decenas de micrómetros de diámetro, se dispersa en forma de vapor. Sólo un pequeño porcentaje aumenta su volumen y se transforma en gotas con un diámetro de 1 a 5 milímetros y cae, por efecto de la gravedad. Uno de los objetivos del equipo de GOAmazon consiste en determinar cómo se forman y crecen las nubes y en cuáles efectivamente se produce la lluvia.

En uno de los sitios de recolección de información, en el municipio de Manacapuru, situado a 80 km al oeste de Manaos, 120 dispositivos funcionan día y noche –algunos a la intemperie y otros en el interior de 15 contenedores– para recabar información sobre el clima de la región, con la ayuda de los globos meteorológicos, que son soltados cada seis horas. Sobre uno de los contenedores hay un radar con un alcance de 100 km que analiza el formato y la constitución de las nubes que producen lluvia y, desde 2010, ha realizado el mismo trabajo en otras ciudades brasileñas. La información obtenida acerca de las nubes se cotejará con los datos del satélite GPM, que será lanzado el 27 de febrero desde Japón y orbitará a 400 km de altitud, enviando información sobre las nubes de lluvia en casi todo el planeta. “El GPM pasará dos veces por día sobre Manaos, complementando nuestros registros”, dice Machado.

Explorando el cielo: el radar de nubes (izquierda) y el de lluvia, emplazados en Manacapuru, a 80 km de Manaos

Eduardo CesarExplorando el cielo: el radar de nubes (izquierda) y el de lluvia, emplazados en Manacapuru, a 80 km de ManaosEduardo Cesar

Un avión meteorológico proveniente de Estados Unidos arribó a Manaos el día 16 de febrero y está previsto que comience a volar en los días venideros para examinar directamente los distintos tipos de cristales de hielo en el interior de las nubes y el porcentaje de anhídrido carbónico (CO2) y material en partículas que contienen. El aeroplano estadounidense y otro de Alemania sobrevolarán la ciudad y la selva en el mes de septiembre para medir las eventuales alteraciones del clima durante la estación seca.

Los experimentos, que se espera que concluyan en diciembre de 2015, ofrecerán perspectivas meteorológicas  a corto plazo (dos horas) y modelos informáticos más precisos acerca de la circulación atmosférica. En ciertas regiones del país, el monitoreo del volumen de lluvias, que depende de los satélites meteorológicos, aún es muy impreciso, lo que retrasa las medidas de prevención que podrían salvar vidas antes de que se produzcan las tempestades.

Una metrópolis en la selva
Con una fuerte base industrial, una flota de 700 mil vehículos y casi 2 millones de habitantes, Manaos, la capital del estado de Amazonas, es la mayor metrópolis tropical del mundo, rodeada por cientos de kilómetros de selva. ¿Cómo altera la pluma de contaminación que produce esta megaciudad situada en el centro de la Amazonia el ciclo de vida de los aerosoles y de las nubes en áreas de bosque protegidas y cómo interactúan esos elementos en la atmósfera provocando más o menos lluvias en la región?

Éstos son los temas centrales que el experimento internacional GOAmazon procurará responder durante los próximos años. Se realizará un conjunto de minuciosas mediciones de aerosoles, gases traza (gas carbónico, metano y otros) y nubes en seis sitios diferentes. Tres de ellos se encuentran en el este, antes de que el viento pase por Manaos y, por lo tanto, la atmósfera local aún no ha sido contaminada por la pluma de contaminación de la capital. Un cuarto puesto de medición estará emplazado en la propia metrópolis y los dos últimos se ubican en Iranduba y Manacapuru, al oeste, donde la atmósfera ya carga con la influencia de los contaminantes emanados en Manaos.

“No existe otra ciudad que ostente una situación similar a la de la capital de Amazonas”, sostiene Paulo Artaxo, coordinador del proyecto temático ligado al GOAmazon. “Sabemos que la contaminación influye en las precipitaciones, pero, ¿en qué tipo de nubes y en qué circunstancias?” Los estudios de Scott Martin, investigador de la Universidad Harvard y participante en el GOAmazon, señalaron que el efecto de los aerosoles sobre el clima de la Amazonia varía según la época del año. También se comprobó que las nubes que atraviesan la ciudad absorben contaminantes y presentan mayor reflectividad que las que no se encuentran contaminadas. Las nubes de la selva contienen una carga de partículas en suspensión similar a la de la era preindustrial.

La investigadora Maria Assunção da Silva Dias, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP) quien coordinó la campaña del LBA en 1999, elaborará un modelo de la influencia de la brisa fluvial originada por los ríos Negro, Solimões y Amazonas sobre el viento que carga con la pluma de contaminación de la capital amazonense. Durante el día, la brisa sopla desde el río hacia la tierra. Por la noche, el sentido se invierte. “En los ríos con orillas anchas, como en el caso del río Negro, la brisa puede constituir un factor capaz de alterar la dirección y la intensidad de los vientos, modificando el régimen de lluvias en las áreas circundantes”, dice Silva Dias, quien en 2004 realizó un estudio similar sobre la brisa en el río Tapajós, en Santarém, estado de Pará.

Nieve en el nordeste
Dispuestos a lograr una mayor comprensión al respecto de la formación de las lluvias en el país para evitar tragedias climáticas, el equipo del Inpe recolectó datos en el transcurso de los últimos cuatro años, en cinco puntos de referencia: Alcântara, en el estado de Maranhão; Fortaleza, estado de Ceará; Belém, en Pará; São José dos Campos, en São Paulo; y Santa Maria, en Rio Grande do Sul. Un radar y otros dispositivos actualmente instalados en Manaos miden el tamaño de las gotas en las nubes y los tipos de cristales que las conforman. Las formas de las gotas, por cierto, son muy disímiles; pueden ser planas, elípticas u oblongas, pero todas bastante alejadas del formato abombado con el que normalmente se suelen representar las gotas de lluvia.

“Se trata del primer registro de la distribución de gotas de lluvia y cristales de hielo en el territorio nacional”, dice Machado. En líneas generales, se observó que los diferentes tipos de nubes (más altas o más bajas), con distintos tipos de cristales de hielo (con forma de estrella, cilindro o cono), se forman y se deshacen permanentemente en todas las regiones del país. También se registraron particularidades regionales, que indican diferentes procesos de formación de lluvias y fenómenos sorprendentes. Las formas y la naturaleza de las lluvias en el país, a lo largo del año, son diversas a punto tal de recordarnos el poema Caso pluvioso, en el cual el poeta Carlos Drummond de Andrade descubre que era María quien llovía (él no revela quién era María) y la llama [en traducción libre] lluviera, lluviadora, lluvienta, lluvil y pluviorosa. Y a continuación: “Llovió tanta María en casa/ que la fuerte correntada soltó alas/ y se hizo un río, o un mar, no sé,/ pero sí que yo me hundí, eso lo sé” [“Choveu tanto Maria em minha casa / que a correnteza forte criou asa / e um rio se formou, ou mar, não sei, / sei apenas que nele me afundei”].

La realidad también reveló cierta poesía. “Detectamos nieve en las nubes más altas sobre la ciudad de Fortaleza”, dice Machado. Sin embargo, para decepción de los habitantes locales, la nieve se derrite y cae como lluvia común. En el nordeste predominan las nubes calientes, denominadas así porque se encuentran a una altitud por debajo del límite donde la temperatura es 0º Celsius (ºC) y, por esa razón, no se forman cristales de hielo en ellas, tal como ocurre en regiones más altas con otros tipos de nubes. Al no contener hielo, esas nubes pasan desapercibidas para los satélites meteorológicos y para los dispositivos de microondas que se utilizan para prever la formación de lluvias, provocando mediciones imprecisas. Las mediciones de nubes calientes realizadas por radar en Alcântara indicaron que los valores del volumen de agua, comparados con las mediciones realizadas por satélite, eran subestimados en más de un 50%, tal como lo describe Carlos Morales, investigador de la USP que forma parte del Proyecto Lluvia.

El límite –o isoterma– de 0ºC separa los cristales de hielo (arriba) del agua líquida (abajo), y constituye una especie de puerta invisible de la lluvia, donde el hielo se derrite y forma agua. No es algo muy estricto, porque en el sudeste, a causa de las fuertes corrientes ascendentes, el agua permanece líquida a temperaturas de hasta 20 grados bajo cero, por encima del límite de licuefacción del hielo. “La combinación entre agua y hielo a mayores altitudes es la razón principal de una mayor incidencia de descargas eléctricas en la región sudeste”, dice Machado.

Mediante el empleo del radar, se puede analizar la proporción de agua y de hielo en el interior de las nubes, obteniendo de ese modo informaciones que escapan a los satélites que se utilizan para el pronóstico del tiempo. “Los satélites no detectan las grandes gotas de agua de baja concentración provenientes del Atlántico que forman las nubes de las regiones nordeste y sudeste”, dice Machado, a modo de ejemplo. Las nubes del nordeste, que se concentran en la zona costera, se alimentan de las masas de aire provenientes de regiones cercanas al ecuador, que se desplazan desde el océano hacia el continente. En tanto, en el sur y en el sudeste, las lluvias tienen su origen fundamentalmente en las masas de aire frío (frentes fríos), que llegan desde Argentina. Los expertos dicen que los satélites tampoco detectan fenómenos que no escaparían al radar, tales como la transformación de un viento cálido proveniente del océano que se enfrió velozmente al toparse con las regiones frías en lo alto de las sierras del sur de Brasil y desató una lluvia implacable sobre Blumenau y toda la región este de Santa Catarina en 2008.

El radar de doble polarización, junto con otros instrumentos, envía ondas horizontales y verticales que, por reflexión, indican el formato de los cristales de hielo y de las gotas de lluvia, dilucidando de tal modo la composición de las nubes y los mecanismos de formación e intensificación de las descargas eléctricas (rayos) durante las tempestades. Los investigadores comprobaron que las nubes cargadas de rayos son más altas y albergan una mayor diversidad de cristales de hielo y mayor cantidad de granizo (piedras de hielo) que aquéllas que producen menos rayos. Asimismo, de acuerdo con este estudio, las cargas eléctricas negativas permanecen a una misma altura, inmediatamente por encima del límite de 0ºC, y las positivas pueden quedar a mayor altura, acompañando la cúspide de las nubes y el aumento de la intensidad de la descarga eléctrica (observe los detalles en la infografía).

“¿Quién no quiere saber dónde lloverá antes de salir de casa?”, plantea Machado. Los expertos consideran que los datos recabados, combinados con el modelo informático utilizado para el pronóstico del clima, pueden generar una base sólida de conocimiento teórico y aplicado al respecto de la lluvia continental. En una de las divisiones del Proyecto Lluvia –el SOS, Sistema de Observación de Tiempo Severo, el grupo del Inpe trabajó junto a equipos de Defensa Civil y de universidades en cada una de las ciudades donde se instalaron los dispositivos para previsión de lluvias con dos horas de antelación y una resolución espacial que define posibles puntos de inundación en los barrios, como complemento de los pronósticos aportados por supercomputadoras como la Tupã, instalada en el Inpe. Basándose en estas pruebas, Machado considera que el radar, acoplado a un sistema de información geográfica (SIG) y las tecnologías de alta resolución que ya se utilizan para prever lluvias, en un rango de cientos de metros, hace posible un pronóstico inmediato de temporales y desastres climáticos, para que cualquier vecino de un barrio pueda saber, antes de salir de su hogar, si está lloviendo en el barrio contiguo, hacia donde se dirige. “Para eso”, dice, “necesitamos conocer el tamaño de las gotas de lluvia y de los fenómenos que ocurren en el interior de las nubes, que es lo que estamos haciendo”. Y prosiguen su trabajo, mientras van llegando, como dice la canción de Tom Jobim, las aguas de marzo, con el fin del verano.

Con la colaboración de Marcos Pivetta

Proyectos
1.
Procesos en las nubes asociados a los principales sistemas de precipitaciones en Brasil: una contribución al modelado de una escala de nubes y al GPM (medida global de las precipitaciones) (nº 2009/ 15235-8); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Luiz Augusto Toledo Machado – Inpe; Inversión R$ 2.188.914,06 (FAPESP).
2. GOAmazon: interacción de la pluma de contaminación urbana de Manaos con las emisiones biogénicas de la selva amazónica (nº2013/ 05014-0); Modalidad Proyecto temático; Investigador responsable Paulo Eduardo Artaxo Netto – IF-USP; Inversión R$ 3.236.501,79 (FAPESP).

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