Satélites muestran cómo el ciclo del agua en la Tierra se acelera a medida que el clima se calienta

La velocidad a la que las plantas y la superficie terrestre liberan humedad al aire ha aumentado a escala global entre 2003 y 2019. Estos procesos se conocen colectivamente como evapotranspiración, y un nuevo estudio de la NASA ha calculado su aumento a partir de observaciones de satélites de gravedad.

Al medir el cambio de masa de agua entre los océanos y los continentes, los investigadores determinaron que la tasa de aumento de la evapotranspiración es hasta dos veces mayor que las estimaciones anteriores. Esto es importante porque la evapotranspiración representa una rama crítica del ciclo global del agua, un ciclo que crea las condiciones para la vida en la tierra.

Si bien se sabe que un clima cálido debería aumentar la tasa de evapotranspiración, las mediciones globales precisas han sido esquivas hasta ahora.

"Nuestro estudio encontró que la evapotranspiración ha aumentado en aproximadamente un 10% desde 2003, que es más de lo estimado anteriormente, y se debe principalmente al aumento de las temperaturas", dijo Madeleine Pascolini-Campbell, investigadora postdoctoral en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California, y quien dirigió el estudio. "Esperamos que esta información sobre el ciclo del agua ayude a informar mejor para el desarrollo y la validación de modelos climáticos", agregó.

Pero, ¿cómo afecta la tasa de evapotranspiración al ciclo global del agua? A medida que la humedad de los océanos circula por la atmósfera, una parte cae como precipitación sobre los continentes. Parte de esta agua va a los ríos como escorrentía y parte se filtra al suelo. El agua restante se evapora de la tierra y se transpira de las plantas al aire.

Descubrir que la evapotranspiración está aumentando a un ritmo más rápido de lo que se conocía anteriormente tiene implicaciones para comprender cómo el cambio climático podría afectar a la Tierra en el futuro. A medida que el mundo se caliente, la evapotranspiración se acelerará, haciendo que la tierra y la vegetación se sequen más rápido. Los patrones climáticos también pueden verse afectados: el aumento de la evaporación de la tierra puede crear sequías en algunas regiones. Este es un síntoma de un mundo que se está calentando, lo cual puede tener consecuencias importantes para los ecosistemas y las sociedades humanas a medida que aumente el estrés en los suministros de agua superficial y subterránea.

“Las imágenes del derretimiento de los glaciares y la reducción de las capas de hielo son una forma palpable que tenemos para comprender los impactos del calentamiento global”, dijo Pascolini-Campbell. "Pero también se están produciendo cambios drásticos en otros componentes clave del ciclo del agua de nuestro planeta que no son tan visibles, como cuando el agua se evapora de la tierra antes de que pueda entrar en los ríos como escorrentía", señaló.

La gravedad del agua

Para obtener una estimación global de cómo está cambiando la evapotranspiración, los investigadores encontraron una nueva forma de aprovechar los datos recopilados por el par de satélites Experimento de Recuperación Gravitatoria y Clima (GRACE, por sus siglas en inglés)que operaron de 2002 a 2017, y el par sucesor, GRACE Follow-On (GRACE-FO), que se lanzó en 2018. La misión GRACE fue lanzada por la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR, por sus siglas en alemán), y GRACE-FO es una asociación entre la NASA y el Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ, por sus siglas en alemán).

Debido a que el agua tiene masa y, por lo tanto, contribuye a la señal de gravedad de la Tierra, estas naves espaciales son exquisitamente sensibles al movimiento del agua en todo el mundo, desde el seguimiento de los cambios en las capas de hielo hasta el agua almacenada en la tierra y las variaciones en la masa oceánica. Al ver allí una oportunidad, los investigadores estudiaron el conjunto de datos recogidos a lo largo de 17 años por GRACE y GRACE-FO, para ver si era posible detectar la señal gravitacional asociada con el movimiento del agua por evapotranspiración.

"Con el registro combinado de GRACE y GRACE-FO, ahora tenemos un registro de observación lo suficientemente extenso como para poder monitorear estos signos críticos de cambio global", dijo JT Reager, científico de JPL e investigador del estudio. “Cuando la señal de gravedad disminuye, significa que la tierra está perdiendo agua. Parte de esa pérdida se debe a los ríos que fluyen de regreso a los océanos, pero el resto sube a la atmósfera en forma de evapotranspiración", explicó.

Al restar todas las salidas de masa de agua de las entradas en la tierra, y luego calcular la masa residual de agua, los investigadores pudieron estimar la tasa de evapotranspiración. Lo hicieron restando estimaciones independientes de la descarga global de los ríos (en otras palabras, la tasa de agua que fluye a través de los ríos hacia el océano) y los datos de los satélites GRACE y GRACE-FO (que revelan los cambios locales en la masa de agua sobre y en el suelo) de las mediciones de precipitación global para averiguar la masa de agua que se pierde en la atmósfera.

Debido a los desafíos de observación y medición, las estimaciones globales de la evapotranspiración generalmente son aproximaciones, hechas utilizando modelos o tomando mediciones de ubicaciones individuales y luego escalando esas mediciones. Pero estos métodos pueden ser propensos a errores. Sin embargo, al medir los cambios de masa global utilizando observaciones de satélites de gravedad, los investigadores pudieron obtener una estimación más precisa de la tasa de evapotranspiración global.

Usando este método, encontraron que la evapotranspiración aumentó de 405 milímetros (alrededor de 16 pulgadas) por año en 2003 a 444 milímetros (alrededor de 17,5 pulgadas) por año en 2019. Eso representa una tendencia ascendente de 2,30 milímetros (alrededor de 0,1 pulgadas) por año -un aumento del 10%- con una incertidumbre de 0,5 milímetros (0,02 pulgadas) por año, o 2%.

"Durante años, hemos estado buscando una forma de medir los cambios brutos en el ciclo global del agua, y finalmente lo hemos encontrado", dijo Reager. "La magnitud del aumento de la evapotranspiración realmente nos sorprendió: esta es una señal considerable que indica que el ciclo del agua de nuestro planeta está cambiando", agregó.

Estos resultados se suman a una cantidad creciente de investigaciones sobre el ciclo del agua de nuestro planeta, y subrayan la importancia de la continuidad para las observaciones de la Tierra. Las observaciones satelitales continuas llevadas a cabo por satélites con una visión global de los cambios en la masa de agua proporcionan el registro extenso necesario para observar el planeta cambiante durante décadas. Estas observaciones también ayudan a los científicos a rastrear la variabilidad en el ciclo del agua de un año a otro, causada por el cambio climático y los ciclos naturales.

El estudio, titulado "Un aumento del 10% en la evapotranspiración terrestre global de 2003 a 2019", se publicó el 26 de mayo en Nature. Además de JPL, el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland, contribuyó a esta investigación.

JPL gestionó la misión GRACE y gestiona la misión GRACE-FO para la División de Ciencias de la Tierra de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en la Sede de la NASA en Washington. Con base en Pasadena, California, Caltech administra JPL para la NASA.

Ian J. O'Neill / Jane J. Lee

Laboratorio de propulsión a Chorro, Pasadena, California.

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