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Los bosques regulan el clima y producen viento: teoría de las bombas bióticas
Los bosques regulan el clima y producen viento: teoría de las bombas bióticas

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Anastasia Makarieva, física nuclear del Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo, ha estado defendiendo la teoría de que los bosques de taiga de Rusia regulan el clima de las regiones del norte de Asia durante más de diez años. Muchos meteorólogos occidentales no están de acuerdo con ella, pero el gobierno y los científicos de Rusia están interesados en esta teoría.

Cada verano, a medida que los días se alargan, Anastasia Makarieva deja su laboratorio en San Petersburgo y se va de vacaciones a los interminables bosques del norte de Rusia. Un físico nuclear monta una carpa a orillas del Mar Blanco, entre abetos y pinos, nada en kayak por los interminables ríos de la región y toma notas sobre la naturaleza y el clima. “Los bosques son una gran parte de mi vida personal”, dice. Durante 25 años de peregrinaje anual al norte, se han convertido en una parte importante de su vida profesional.

Durante más de diez años, Makarieva ha estado defendiendo la teoría, que desarrolló junto con Viktor Gorshkov, su mentor y colega del Instituto de Física Nuclear de Petersburgo (PNPI), sobre cómo los bosques boreales (taiga) de Rusia, el bosque más grande en la Tierra, regulan el clima del norte de Asia. Esta teoría física simple pero de gran alcance describe cómo el vapor de agua exhalado por los árboles crea vientos: estos vientos cruzan el continente, transportando aire húmedo de Europa a través de Siberia y más allá de Mongolia y China; estos vientos llevan las lluvias que alimentan los ríos gigantes del este de Siberia; Estos vientos riegan la llanura norte de China, el granero del país más poblado del planeta.

Debido a su capacidad para absorber dióxido de carbono y exhalar oxígeno, a menudo se hace referencia a los grandes bosques como los pulmones del planeta. Pero Makarieva y Gorshkov (murió el año pasado) están convencidos de que también son su corazón. “Los bosques son sistemas de lluvia complejos y autosuficientes y un factor importante en la circulación de la atmósfera en la Tierra”, dice Makarieva. Recirculan enormes cantidades de humedad en el aire y, en el proceso, crean vientos que bombean esta agua por todo el mundo. La primera parte de esta teoría, que los bosques producen lluvia, es coherente con la investigación de otros científicos y se recuerda cada vez más cuando se gestionan los recursos hídricos en medio de una deforestación desenfrenada. Pero la segunda parte, la teoría que Makarieva llama bomba biótica, es mucho más controvertida.

Los antecedentes teóricos del trabajo se publicaron, aunque en revistas menos conocidas, y Makarieva contó con el apoyo de un pequeño grupo de colegas. Pero la teoría de la bomba biótica ha recibido una oleada de críticas, especialmente por parte de los modeladores climáticos. Algunos creen que el impacto de la bomba es insignificante, mientras que otros lo niegan por completo. Como resultado, Makarieva se encontró en el papel de una forastera: una física teórica entre los desarrolladores de modelos, una rusa entre los científicos occidentales y una mujer en un área gobernada por hombres.

Sin embargo, si su teoría es correcta, podrá explicar por qué, a pesar de la considerable distancia de los océanos, en el interior de los continentes boscosos hay tanta lluvia como en la costa, y por qué en el interior de los continentes sin árboles, en el al contrario, suele ser árido. También implica que los bosques, desde la taiga rusa hasta las selvas tropicales del Amazonas, no solo crecen donde el clima es adecuado. Lo hacen ellos mismos. "Por lo que leí, he llegado a la conclusión de que la bomba biótica está funcionando", dice Douglas Sheil, ecologista forestal de la Universidad Noruega de Ciencias de la Vida. Dado que el destino de los bosques del mundo está en duda, dice: "Incluso si existe la más mínima posibilidad de que esta teoría sea correcta, es imperativo averiguarlo con certeza".

Muchos libros de texto sobre meteorología todavía ofrecen un diagrama del ciclo del agua en la naturaleza, donde la principal causa de la humedad atmosférica, que se condensa en nubes y cae en forma de lluvia, es la evaporación del océano. Este esquema ignora por completo el papel de la vegetación y especialmente de los árboles, que actúan como fuentes gigantes. Sus raíces extraen agua del suelo para la fotosíntesis y los poros microscópicos de las hojas evaporan el agua no utilizada en el aire. Este proceso, una especie de transpiración, solo en los árboles, se llama transpiración. Así, un árbol maduro libera cientos de litros de agua al día. Debido a la gran superficie de follaje, el bosque a menudo libera más humedad al aire que una masa de agua del mismo tamaño.

Desfile de lluvia

Los llamados "ríos voladores" son los vientos dominantes que absorben el vapor de agua emitido por los bosques y llevan la lluvia a cuerpos de agua distantes. Una controvertida teoría sugiere que los propios bosques gobiernan los vientos.

Según la teoría de la bomba biótica, los bosques no solo provocan lluvia, sino también viento. Cuando el vapor de agua se condensa sobre los bosques costeros, la presión del aire disminuye y se crean vientos que succionan el aire húmedo del océano. Los ciclos de transpiración y condensación crean vientos que llevan la lluvia a miles de kilómetros tierra adentro.

Entonces, alrededor del 80% de la precipitación en China proviene del oeste gracias al río volador Transiberiano. Y el río Amazonas, que vuela, proporciona el 70% de las precipitaciones en la parte sureste de América del Sur.

El papel de esta humedad secundaria en la formación de lluvias de nutrientes se pasó por alto en gran medida hasta 1979, cuando el meteorólogo brasileño Eneas Salati examinó la composición isotópica del agua de lluvia de la cuenca del Amazonas. Resultó que el agua devuelta por la transpiración contiene más moléculas con el isótopo pesado oxígeno-18 que el agua evaporada del océano. Entonces Salati mostró que la mitad de las lluvias sobre el Amazonas cayeron como resultado de la evaporación del bosque.

Los meteorólogos rastrearon el chorro atmosférico sobre el bosque a una altitud de aproximadamente 1,5 kilómetros. Estos vientos, conocidos colectivamente como la corriente en chorro inferior de América del Sur, soplan de oeste a este a través del Amazonas a la velocidad de una bicicleta de carreras, después de lo cual las montañas de los Andes los arrastran hacia el sur. Salati y otros sugirieron que fueron ellos los que llevaron la mayor parte de la humedad liberada y los llamaron "el río volador". Según el climatólogo Antonio Nope del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales de Brasil, el río Amazonas volador transporta tanta agua hoy como el río gigante de la Tierra debajo de él.

Durante un tiempo se creyó que los ríos voladores se limitaban a la cuenca del Amazonas. Pero en la década de 1990, el hidrólogo Hubert Savenije de la Universidad Tecnológica de Deltfe comenzó a estudiar la recirculación de humedad en África Occidental. Utilizando un modelo hidrológico sobre datos meteorológicos, descubrió que cuanto más tierra adentro desde la costa, mayor es la proporción de lluvia que cae de los bosques, hasta un 90% en el interior. Este descubrimiento explica por qué el interior del Sahel se está volviendo más seco: los bosques costeros han desaparecido durante el último medio siglo.

Uno de los estudiantes de Savenier, Ruud van der Ent, desarrolló su idea creando un modelo global de flujo de aire húmedo. Reunió observaciones de precipitación, humedad, velocidad y temperatura del viento y estimaciones teóricas de evaporación y transpiración, y creó el primer modelo de transporte de humedad a escalas más allá de las cuencas fluviales.

En 2010, Van der Ent y sus colegas revelaron su hallazgo de que, a nivel mundial, el 40% de todas las precipitaciones ocurren en tierra, no en el océano. A menudo incluso más. El río Amazonas volador proporciona el 70% de las precipitaciones en la cuenca del Río de la Plata, que se extiende por el sureste de América del Sur. Van der Ent se sorprendió bastante al descubrir que China recibe el 80% de su agua del oeste; además, es principalmente humedad del Atlántico, que es procesada por los bosques de taiga de Escandinavia y Rusia. El viaje tiene varias etapas (ciclos de transpiración con lluvia asociada) y dura seis meses o más. “Esto contradice la información anterior que todo el mundo aprende en la escuela secundaria”, dice. "China está cerca del océano, el océano Pacífico, pero la mayor parte de su lluvia es humedad de la tierra en el lejano oeste".

Si Makarieva tiene razón, los bosques no solo proporcionan humedad, sino que también crean el viento que la transporta.

Trabajó con Gorshkov durante un cuarto de siglo. Comenzó como estudiante en PNPI, una subdivisión del Instituto Kurchatov, el instituto de investigación nuclear más grande de Rusia, tanto civil como militar. Desde el principio, trabajaron en el campo y se dedicaron a la ecología en el instituto, donde los físicos estudian materiales utilizando reactores nucleares y haces de neutrones. Como teóricos, recuerda, tenían "una libertad excepcional de investigación y pensamiento", se dedicaban a la física atmosférica, dondequiera que los llevara. “Víctor me enseñó: no temas nada”, dice.

En 2007, presentaron por primera vez su teoría de la bomba biótica en la revista Hydrology and Earth Sciences. Se consideró provocativo desde el principio, porque contradecía un principio de meteorología de larga data: los vientos son causados principalmente por el calentamiento diferencial de la atmósfera. A medida que aumenta el aire caliente, disminuye la presión de las capas inferiores, lo que esencialmente crea un nuevo espacio para sí mismo en la superficie. En verano, por ejemplo, la superficie terrestre se calienta más rápido y atrae la brisa húmeda del océano más frío.

Makarieva y Gorshkov sostienen que a veces prevalece un proceso diferente. Cuando el vapor de agua del bosque se condensa en nubes, el gas se vuelve líquido y ocupa menos volumen. Esto reduce la presión del aire y aspira aire horizontalmente desde áreas con menos condensación. En la práctica, esto significa que la condensación sobre los bosques costeros genera una brisa marina que empuja el aire húmedo hacia el interior, donde finalmente se condensa y cae en forma de lluvia. Si los bosques se extienden tierra adentro, el ciclo continúa, manteniendo vientos húmedos durante miles de kilómetros.

Esta teoría revierte la visión tradicional: no es la circulación atmosférica la que controla el ciclo hidrológico, sino que, por el contrario, el ciclo hidrológico regula la circulación masiva del aire.

Sheel, quien se convirtió en partidario de la teoría hace más de diez años, la considera un desarrollo de la idea de los ríos voladores. “No son mutuamente excluyentes”, dice. "La bomba explica la fuerza de los ríos". Él cree que la bomba biótica explica la "paradoja fría del Amazonas". De enero a junio, cuando la cuenca del Amazonas es más fría que el océano, fuertes vientos soplan desde el Atlántico hasta el Amazonas, aunque la teoría del calentamiento diferencial sugiere lo contrario. Nobre, otro defensor desde hace mucho tiempo, explica con entusiasmo: "No provienen de datos, sino de principios subyacentes".

Incluso aquellos que dudan de la teoría están de acuerdo en que la pérdida de bosques tiene consecuencias de gran alcance para el clima. Muchos científicos sostienen que la deforestación hace miles de años condujo a la desertificación de las tierras del interior de Australia y África occidental. Existe el riesgo de que la deforestación en el futuro provoque sequías en otras regiones, por ejemplo, parte de la selva amazónica se convertirá en sabana. Las regiones agrícolas de China, el Sahel africano y las pampas argentinas también están en riesgo, dice Patrick Keys, químico atmosférico de la Universidad de Colorado, Fort Collins.

En 2018, Kees y sus colegas utilizaron un modelo similar al de van der Ent para rastrear las fuentes de precipitación en 29 áreas metropolitanas globales. Descubrió que la mayor parte del suministro de agua de 19 de ellos depende de bosques remotos, incluidos Karachi (Pakistán), Wuhan y Shanghai (China), Nueva Delhi y Calcuta (India).“Incluso los pequeños cambios en las precipitaciones causados por cambios en el uso de la tierra a favor del viento pueden tener un gran impacto en la fragilidad de los suministros de agua urbanos”, dice.

Algunos modelos incluso sugieren que la deforestación, al destruir la fuente de humedad, amenaza con cambiar las condiciones climáticas mucho más allá de los ríos flotantes. Como saben, El Niño, fluctuaciones en la temperatura del viento y las corrientes en el Océano Pacífico tropical, afecta indirectamente el clima en lugares remotos. Asimismo, la deforestación en el Amazonas podría reducir las precipitaciones en el medio oeste de Estados Unidos y la capa de nieve en Sierra Nevada, dice el climatólogo de la Universidad de Miami, Roni Avissar, quien está modelando tales conexiones. ¿Rebajado? “En absoluto”, responde. “Sabemos que El Niño es capaz de eso, porque a diferencia de la deforestación, este fenómeno se repite y observamos un patrón. Ambos son causados por pequeños cambios de temperatura y humedad que se liberan a la atmósfera.

El investigador de la Universidad de Estocolmo, Lan Wang-Erlandsson, que está investigando la interacción de la tierra, el agua y el clima, dice que es hora de cambiar el uso del agua y del subsuelo dentro de una cuenca fluvial en particular a un cambio de uso de la tierra más allá. “Se necesitan nuevos acuerdos hidrológicos internacionales para mantener los bosques en áreas donde se forman masas de aire”, dice.

Hace dos años, en una reunión del Foro de las Naciones Unidas sobre Bosques, donde participan gobiernos de todos los países, el investigador de tierras de la Universidad de Berna, David Ellison, presentó un estudio de caso. Demostró que hasta el 40% de la precipitación total en las tierras altas de Etiopía, la principal fuente del Nilo, proviene de la humedad que regresa de los bosques de la cuenca del Congo. Egipto, Sudán y Etiopía están negociando un acuerdo muy esperado para compartir las aguas del Nilo. Pero tal acuerdo no tendría sentido si la deforestación en la cuenca del Congo, lejos de los tres países, seca la fuente de humedad, sugirió Ellison. "La relación entre los bosques y el agua en la gestión del agua dulce del mundo se ignora casi por completo".

La teoría de la bomba biótica aumentará aún más las apuestas, ya que se espera que la pérdida de bosques afecte no solo a las fuentes de humedad, sino también a los patrones de viento. Ellison advierte que la teoría, si se confirma, será "fundamental para los modelos de circulación de aire planetario", especialmente aquellos que transportan aire húmedo tierra adentro.

Pero hasta ahora, los partidarios de la teoría son minoría. En 2010, Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre y Bai-Liang Li, ecologista de la Universidad de California, Riverside, presentaron su descripción histórica de la bomba biótica en Atmospheric Chemistry and Physics, una importante revista temática con revisión abierta por pares. Pero el artículo "¿De dónde vienen los vientos?" fue criticado en Internet, y la revista tardó muchos meses en encontrar solo dos científicos para revisarla. Isaac Held, meteorólogo del Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos de la Universidad de Princeton, se ofreció como voluntario y recomendó que se rechazara la publicación. “Este no es un efecto misterioso”, dice. "En general, es insignificante y, además, ya se tiene en cuenta en varios modelos atmosféricos". Los críticos dicen que la expansión del aire a partir del calor generado por la condensación del vapor de agua contrarresta el efecto espacial de la condensación. Pero Makarieva dice que estos dos efectos están separados espacialmente: el calentamiento ocurre en la altitud y la caída en la presión de condensación ocurre más cerca de la superficie, donde se crea el viento biótico.

Otro crítico fue Judith Curry, físico atmosférico del Instituto de Tecnología de Georgia. Desde hace mucho tiempo está preocupada por el estado de la atmósfera y consideró que el artículo debería publicarse, porque "el enfrentamiento tiene un efecto negativo sobre la climatología y necesita sangre de la nariz para los físicos". Después de tres años de debate, el editor de la revista rechazó la recomendación de Held y publicó el artículo. Pero al mismo tiempo, señaló que la publicación no puede considerarse una aprobación, pero servirá como un diálogo científico sobre una teoría controvertida, para confirmarla o refutarla.

Desde entonces, no ha salido ninguna confirmación o refutación, el enfrentamiento continuó. El simulador climático de la Universidad de Columbia, Gavin Schmidt, dice: "Esto es una tontería". Los autores responden a críticas como esta: "De hecho, debido a las matemáticas, no están seguros de si vale la pena continuar el diálogo". El meteorólogo brasileño y director del Centro Nacional de Monitoreo y Prevención de Desastres Naturales, José Marengo, dice: “Creo que la bomba existe, pero ahora todo está en el nivel de la teoría. Los expertos en modelos climáticos no lo aceptaron, pero los rusos son los mejores teóricos del mundo, por lo que deben llevarse a cabo experimentos de campo apropiados para probar todo ". Pero hasta ahora nadie, ni siquiera la propia Makarieva, ha propuesto tales experimentos.

Por su parte, Makarieva se basa en la teoría, argumentando en una serie de trabajos recientes que el mismo mecanismo puede afectar a los ciclones tropicales: son impulsados por el calor liberado cuando la humedad se condensa sobre el océano. En el periódico Atmospheric Research de 2017, ella y sus colegas sugirieron que las bombas bióticas con forma de bosque extraen aire rico en humedad de los orígenes de los ciclones. Esto, dice, explica por qué los ciclones rara vez se forman en el Océano Atlántico Sur: las selvas tropicales del Amazonas y el Congo drenan tanta humedad que queda muy poca para los huracanes.

El investigador principal de huracanes del MIT, Kerry Emanuel, dice que los efectos propuestos son "significativos, pero insignificantes". Prefiere otras explicaciones a la ausencia de huracanes en el Atlántico Sur, por ejemplo, las frías aguas de la región liberan menos humedad al aire, y sus fuertes vientos evitan la formación de ciclones. Makarieva, por su parte, es igualmente despectivo con los tradicionalistas, creyendo que algunas de las teorías existentes sobre la intensidad de los huracanes "contradicen las leyes de la termodinámica". Tiene otro artículo en la Revista de Ciencias Atmosféricas, pendiente de revisión. “Nos preocupa que, a pesar del apoyo del editor, nuestro trabajo sea rechazado nuevamente”, dice.

Aunque en Occidente las ideas de Makaryeva se consideran marginales, en Rusia se están arraigando gradualmente. El año pasado, el gobierno lanzó un diálogo público sobre la revisión de las leyes forestales. Con la excepción de las antiguas áreas protegidas, los bosques rusos están abiertos a la explotación comercial, pero el gobierno y la Agencia Forestal Federal están considerando una nueva categoría: los bosques de protección climática. “Algunos en nuestro departamento forestal están impresionados con la idea de la bomba biótica y quieren introducir una nueva categoría”, dice. La idea también fue apoyada por la Academia de Ciencias de Rusia. Makarieva dice que ser parte del consenso, y no un eterno forastero, es nuevo e inusual.

Este verano, su viaje a los bosques del norte se vio interrumpido por la epidemia de coronavirus y la cuarentena. En su casa en San Petersburgo, se sentó para otra ronda de objeciones de revisores anónimos. Está convencida de que la teoría de la bomba prevalecerá tarde o temprano. "Hay una inercia natural en la ciencia", dice. Con humor ruso oscuro, recuerda las palabras del legendario físico alemán Max Planck, quien dio la famosa descripción del progreso de la ciencia: "una serie de funerales".

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