Encontrar las fuentes de agua atmosférica
El ciclo hidrológico es un sistema complejo. Algunos procesos se producen a escalas muy inferiores a las que pueden representar los modelos de predicción meteorológica. Además, algunos procesos pueden compensarse entre sí, lo que dificulta su cálculo. Estos «errores compensatorios indetectables» limitan nuestra comprensión del ciclo hidrológico, lo que lo convierte en la mayor fuente de incertidumbre en la predicción meteorológica y los modelos climáticos. Un ejemplo es el equilibrio entre evaporación y precipitación. La evaporación hace que la atmósfera sea más húmeda, mientras que la precipitación la hace más seca. Como observar la humedad es más fácil que la evaporación y la precipitación, un exceso de evaporación puede compensarse con un exceso de precipitación. «Esto es un problema, porque, por un lado, nos preocupan mucho las precipitaciones, pero también porque hay mucha rotación de energía ligada a ambos procesos, por lo que acertar es importante para las previsiones meteorológicas», afirma Harald Sodemann(se abrirá en una nueva ventana), catedrático de Meteorología de la Universidad de Bergen. Los isótopos estables del agua pueden ayudar, ya que son sensibles a las transiciones de fase (como de líquido a vapor en el océano, y de vapor a líquido o hielo en las nubes). Cualquier medición de isótopos estables del agua en el aire también puede dar información sobre cuánta humedad se ha añadido o eliminado en los días anteriores. En el proyecto ISLAS(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos,Sodemann y su equipo exploraron el uso de isótopos estables para revisar nuestra visión del ciclo atmosférico del agua. La idea era utilizar los mares nórdicos como laboratorio natural para estudiar los procesos subyacentes a gran escala.
Siguiendo la historia del vapor de agua desde la fuente hasta el sumidero
En los mares nórdicos se produce un fenómeno meteorológico particular durante el invierno y la primavera denominado brotes de aire frío (CAO, por sus siglas en inglés). Durante los CAO, el aire helado del Ártico se desplaza por encima del borde del hielo hacia aguas abiertas y, como el océano está más caliente, se produce una fuerte evaporación hacia la baja atmósfera. «Sabemos con precisión dónde está la fuente de la humedad en ese caso. Por eso consideramos esta región un laboratorio natural», señala Sodemann. El equipo utilizó instrumentos en un avión de investigación, un buque de investigación y tierra para interceptar la masa de aire del CAO durante diferentes etapas. Esto les permitió ver cuánta humedad había dentro de la atmósfera y cuánta se había eliminado. Como paso final, el equipo midió los isótopos estables en la nieve del suelo.
Adopción de isótopos estables en las predicciones de los modelos
El resultado más directo y práctico del proyecto, y su legado, es el conjunto de datos de tres campañas de medición. El equipo también obtuvo un inesperado logro científico de sus mediciones de 2020 sobre Svalbard, que ayudó a resolver una controversia sobre los isótopos estables en el Ártico. Sin embargo, Sodemann subrayó que el conocimiento del proyecto es mucho mayor que la consecución de un objetivo o el logro de un producto. «Esto afecta a la forma en que concebimos el ciclo hidrológico, como una secuencia conectada de acontecimientos, en lugar de un estado aislado», explica. El equipo pudo confirmar que el concepto de utilizar isótopos estables del agua para trazar la historia del vapor de agua desde la fuente hasta el sumidero funciona. «Esto subraya el valor de incluir isótopos estables en las predicciones de los modelos, al menos con fines de investigación», añade Sodemann.
Agilizar la ciencia ciudadana
Las ideas del proyecto continuarán en el marco de Water4All de la Unión Europea, en un proyecto altamente interdisciplinario denominado ISOSCAN(se abrirá en una nueva ventana), en el que se explorará el uso de mediciones de isótopos estables en la nieve superficial para mejorar las previsiones de escorrentía fluvial. «Para ello, emplearemos la ciencia ciudadana para recoger nieve superficial en zonas amplias, e implicar a la población local y a los turistas en el proceso científico», explica Sodemann.
