Publicado: 
07 de agosto de 2019

A través del humo y el fuego, la NASA busca respuestas

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El 5 de diciembre de 2017, el satélite Sentinel-2 de la Agencia Espacial Europea capturó los datos para una imagen de falso-color del incendio de Thomas en el condado de Ventura, California. Los fuegos activos aparecen anaranjados y las cicatrices de quemaduras, marrones. La vegetación sin quemar es verde y las áreas desarrolladas son grises. Créditos: Imágenes del Observatorio de la Tierra de la NASA de Joshua Stevens, utilizando datos MODIS de LANCE/EOSDIS Rapid Response y datos modificados del satélite Copernicus Sentinel (2017) procesados por la Agencia Espacial Europea.

Los satélites de la NASA revelan un mundo marcado por el fuego: un mosaico global de llamas y humo impulsado por las estaciones y la actividad humana. Los incendios forestales de verano se producen en todo el oeste de los Estados Unidos y Canadá, Australia y Europa. A principios de la primavera, los incendios agrícolas cubren las regiones de granero del sudeste asiático como lo hacen durante la estación seca en el África central y meridional, y en Brasil.

Durante años, la NASA ha utilizado la observación desde del espacio, combinado con misiones de campo, aéreas y terrestres, para descifrar el impacto de los incendios -desde la primera chispa hasta el soplo final del humo latente- y así, ayudar a otras agencias a salvaguardar la vida y el patrimonio.

Pero los efectos de los incendios persisten mucho después de que son extinguidos: pueden desequilibrar los ecosistemas, influir en el clima y perturbar las comunidades. Al tiempo que la NASA monitorea los incendios actuales, también indaga sobre aspectos a mayor escala que ayudan a las agencias de respuesta a desastres a planificar para el futuro.
Este verano, la NASA se está embarcando en varias misiones de campo en todo el mundo para responder preguntas de larga data sobre el fuego y el humo. Equipos aeronáuticos volarán a través del humo y de las nubes con varios fines: mejorar la calidad del aire y el clima, optimizar el pronóstico del clima, e investigar los bosques incendiados, para detectar cambios en el ecosistema que tengan impacto global.

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El Sensor de Espectroradiometría de Imágenes de Resolución Moderada (MODIS, por sus siglas en inglés) perteneciente al satélite Aqua de la NASA capturó durante la tarde del 1 de julio de 2018 una imagen a color natural del incendio County en el norte de California. Las imágenes MODIS a menudo proporcionan a las agencias de respuesta a desastres la imagen instantánea inicial de la ubicación y progresión de un incendio. Créditos: Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Joshua Stevens, utilizando datos del sensor MODIS del LANCE/EOSDIS de Respuesta Rápida y datos del Suomi NPP VIIRS del Centro Nacional de Información Ambiental perteneciente a la Agencia de Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos. 

"Las atalayas más altas"

La temporada de incendios del año pasado en los Estados Unidos fue la más mortífera y costosa en la historia de California. Debido al cambio climático las estaciones secas son más largas y cálidas, lo que, combinado a una vegetación sobreabundante producto de las prácticas agresivas de extinción de incendios efectuadas durante el siglo pasado, ha  dado lugar a 16 de los 20 incendios más grandes registrados en la historia de California durante los últimos veinte años. En estas condiciones, la detección temprana es fundamental para que los encargados de responder a los desastres formulen estrategias para combatir estos incendios forestales de mayor magnitud y gravedad y puedan llevar a cabo las evacuaciones. Los instrumentos de los satélites en órbita de la NASA a menudo proporcionan la panorámica inicial de la ubicación y progresión de un fuego.

"Somos, en esencia, las atalayas más altas", expresó Doug Morton, jefe del Laboratorio de Ciencias de la Biosfera del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland . "La transferencia en tiempo real de datos satelitales a los administradores forestales y de áreas protegidas y a los bomberos sobre la ubicación de nuevas llamas es donde el rol de la NASA es críticamente importante". 

Observaciones terrestres y aéreas registran la actividad de fuego diurna. Para rastrear incendios por la noche, el Servicio Forestal de los Estados Unidos utiliza dos aviones equipados con sensores térmicos y sistemas automatizados de procesamiento de datos desarrollados por la NASA que transmiten mapas de detección de incendios a través de señal celular al centro de comando de incidentes en cuestión de minutos. El centro de comando es el eje neurálgico que coordina todas las operaciones de bomberos entre las agencias gubernamentales involucradas.

"Estamos hablando de que el centro de comando de incidentes obtiene información crucial en 5 a 20 minutos en comparación con las varias horas que tomaba con tecnología más antigua", dijo Vince Ambrosia, un científico de teleobservación de incendios forestales en el Centro de Investigación Ames de la NASA, con sede en Moffet Field, California, "Esas cifras hablan por sí solas sobre el valor de la información crítica y oportuna" enfatizó Ambrosia.

Además de monitorear incendios activos, la NASA también está trabajando para mejorar los pronósticos de fuegos. Anticipar el próximo movimiento de un incendio depende de conciliar la compleja interacción entre topografía, vegetación y clima. Una de las prioridades es el desarrollo de modelos que tengan en cuenta el contenido de humedad en fuentes de combustible tales como árboles secos y caídos, que son más propensos a incendiarse y propagar el fuego. Otra es la detección remota de los denominados combustibles escalera: pastos altos, arbustos y ramas de árboles, que pueden trasladar las llamas de tierra a las ramas superiores de los árboles, creando incendios de copa que son de rápida difusión. Los científicos de la NASA están utilizando datos espaciales para elaborar mapas de estos combustibles escalera para la previsión activa y la mitigación de incendios.

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La aeronave ER-2 de la NASA, con base en el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong en Palmdale, California, sobrevuela el incendio Thomas en el Condado de Ventura, California, el 7 de diciembre de 2017. El avión estaba equipado con instrumentos para observar y medir todo, desde los aerosoles del humo hasta el proceso de combustión a medida que  el combustible se quema y las temperaturas del incendio. El ER-2 también realizará este tipo de observaciones y muchas más, este año durante la misión que estudiará la influencia de incendios a escala regional y mundial y de calidad del aire (FIREX-AQ por sus siglas en inglés). Créditos: NASA/ Tim Williams

El humo como riesgo pasivo de incendio

Cualquiera que viva en zonas a favor del viento durante un incendio sabe que las comunidades no necesitan estar en el camino directo del mismo para sentir sus efectos. El humo puede viajar miles de millas, cubriendo pueblos y ciudades con productos químicos nocivos y partículas finas que causan problemas respiratorios y otras afecciones de salud.

El Servicio Meteorológico Nacional de la Agencia de Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA, por sus siglas en inglés) elabora periódicamente previsiones de humo para los Estados Unidos utilizando datos de satélites. Los pronósticos de humo son esenciales para que los directores locales de salud puedan planificar cierres escolares y de otros tipos, y para dar a las comunidades tiempo para adquirir máscaras protectoras y encontrar un refugio adecuado.

Este mes, la NOAA y la NASA inician una importante misión de campo para mejorar sus modelos de predicción basados en mediciones terrestres y satelitales, mediante un análisis más cercano del humo. La misión que estudiará la influencia de incendios a escala regional y mundial y de calidad del aire (FIREX-AQ) empleará una flota de aviones científicos repletos de instrumentación para analizar la química del humo a diferentes altitudes, desde el punto de combustión hasta cientos y posiblemente miles de millas a favor del viento. El primer tramo de la misión, que inicia a finales de julio, se centrará en los incendios forestales en el oeste de los Estados Unidos; el segundo tramo, que comenzará en agosto, atenderá los incendios agrícolas en el sudeste del país.

"No todo el humo es igual", manifestó Barry Lefer, director del programa de composición troposférica de la sede de la NASA en Washington. "Pinos, pastos, árboles caducifolios y arbustos tienen compuestos químicos diferentes, por lo que cuando se queman cada uno genera tipos de humo específicos que reaccionan de manera diferente con el clima y la atmósfera. Queremos observar esas interacciones y cómo cambian a medida que se dispersan con el viento. Esto enriquecerá el modelo y mejorará las previsiones" concluyó Lefer. 

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Un astronauta observó el horizonte desde la Estación Espacial Internacional y tomó esta fotografía de la cubierta de nubes sobre el Mar de Filipinas el 25 de junio de 2016. En agosto de este año, el Estudio experimental de nubes, aerosoles y procesos monzónicos en Filipinas (CAMP2Ex por sus siglas en inglés) empleará dos aviones científicos y un buque de investigación para estudiar cómo los aerosoles de los incendios cercanos y otras fuentes interactúan con las nubes en la región de Filipinas para influir en la meteorología y el clima. Créditos: NASA

Alterando las nubes, el clima y el tiempo atmosférico

Las interacciones humo-nube tienen un profundo impacto en el tiempo atmosférico y el clima. Al igual que otros aerosoles, las partículas de humo pueden actuar como semillas de nubes; el vapor de agua puede unirse a su alrededor para formar gotas de agua y nubes. El humo también afecta la cantidad de luz solar que las nubes reflejan sobre la atmósfera. La cuantificación de estos mecanismos es crucial para mejorar los modelos de predicción del clima a nivel mundial.

Sin embargo, las interacciones aerosol-nube son notoriamente difíciles de observar en el campo, dijo Hal Maring, responsable del programa de ciencias de la radiación de la NASA. "Algunas nubes tienen vidas muy cortas mientras que otras tienen vidas muy largas, y todas están ubicadas en partes radicalmente diferentes del cielo. Realizar un registro cuantitativo de estos procesos es una tarea difícil" aseguró.

Otra importante misión de campo, patrocinada por la NASA, abordará este desafío científico durante este verano y otoño, esta vez en Filipinas. En agosto la NASA, el Observatorio de Manila y el Laboratorio de Investigación Naval (NRL por sus siglas en inglés), en asociación con el gobierno filipino, convergerán en los cielos de ese país con varios aviones instrumentados y el buque de investigación oceánica Sally Ride para estudiar por más de un mes y en forma detallada las interacciones aerosol-nube. Tras una década de planificación, la misión CAMP2Ex recopilará datos para ayudar a mejorar el monitoreo y el pronóstico del tiempo y el clima a largo plazo.

El Continente Marítimo (Indonesia, Borneo, Nueva Guinea, las Islas Filipinas, la península malaya y los mares circundantes) ha sido durante mucho tiempo un área de investigación científica. Los incendios agrícolas y de otro tipo procedentes de la región, junto con la contaminación atmosférica de las ciudades, proporcionan un suministro inmediato de aerosoles que influyen en los principales procesos meteorológicos; además de los monzones torrenciales sobre el archipiélago asiático, la región también produce la humedad que proporciona lluvia sobre el Océano Pacífico e incluso puede influir en el clima de los Estados Unidos continental.

"La región es el laboratorio natural perfecto", dijo Jeff Reid, meteorólogo de investigación del NRL, quien, junto con Maring, es colíder de la misión CAMP2Ex. "Tiene la mezcla justa de variabilidad meteorológica y aerosoles. Numerosos estudios de teleobservación y modelos por satélites han vinculado la presencia de contaminación y humo de quema de biomasa a cambios en las propiedades de las nubes y tormentas, pero carecemos de observaciones de los mecanismos que actúan en el proceso. La misión CAMP2Ex proporciona el crisol necesario para que los sistemas de observación satelital y los modelos de predicción puedan monitorear todas estas variables y nos ayuden a comprender cómo interactúan la composición atmosférica y el clima" expresó Reid.

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En el verano de 2014, los incendios forestales batieron récords en los Territorios del Noroeste, en Canadá. En la foto se observan los incendios mientras arrasan los bosques a lo largo de los numerosos lagos al noroeste del lago Great Slave. El Estudio experimental de vulnerabilidad Ártico-Boreal de la NASA (ABoVE, por sus siglas en inglés) está estudiando cómo los incendios en las latitudes septentrionales están cambiando los ecosistemas e influyendo en el clima. Créditos: NASA/ Peter Griffith

Impulsando el desequilibrio de carbono

El carbono es un elemento fundamental para toda la vida en la Tierra; también es un factor clave en el cambio climático. A partir de la era industrial, la quema de combustibles fósiles que contienen carbono para satisfacer las necesidades energéticas de la civilización ha liberado un exceso de dióxido de carbono y otros gases que atrapan el calor en la atmósfera. Los incendios forestales también contribuyen a la liberación de dióxido de carbono. En las latitudes septentrionales hay otra fuente de emisiones de carbono que los científicos están estudiando, en la forma de deshielo del suelo.

En 2014, los incendios de verano en los Territorios del Noroeste de Canadá se cobraron 7 millones de acres de bosque boreal -un área más grande que Massachusetts- por lo que es una de las temporadas de incendios más severas en la historia de ese país. Durante esos incendios se emitieron aproximadamente 94 Tera-gramos de carbono, contrarrestando la mitad de todo el carbono removido de la atmósfera mediante el crecimiento anual de los árboles en toda la vasta zona boscosa de Canadá.

"Esperamos que las reservas de carbono empiecen a recuperarse después de esta pérdida porque la vegetación se regenerará y retirará carbono de la atmósfera, lo cual es algo bueno", dijo Peter Griffith, científico de ciencias de la Tierra del Centro Goddard de la NASA. "Pero tomará entre 75 y 100 años compensar esa pérdida de carbono" concluyó.

Los incendios son esenciales para muchos bosques, ya que devuelven nutrientes al suelo y fomentan el crecimiento de especies arbóreas esenciales, como la espiga negra en los bosques boreales del Canadá. Pero debido a que el Ártico se calienta el doble de rápido que el resto del planeta, resultando en veranos más largos, cálidos y secos, la evidencia sugiere que incendios más frecuentes e intensos -con la pérdida sustancial de carbono y las consecuencias para el ecosistema derivadas del fuego- son un problema a largo plazo.

El Estudio experimental de vulnerabilidad ártico-boreal ABoVE de la NASA está en la etapa media de una misión de 10 años para investigar los impactos sociales y ecológicos del clima rápidamente cambiante de Alaska y el noroeste de Canadá. Entre ellos figuran los impactos de los incendios forestales, los cambios en los hábitats de la vida silvestre y el deshielo del permafrost: suelo perennemente congelado que contiene hielo, rocas y arena junto con material orgánico. El calentamiento del Ártico está descongelando el permafrost, lo que permite su descomposición, liberando más dióxido de carbono y metano a la atmósfera. Los incendios aceleran ese proceso quemando muchos centímetros de la capa aislante de suelo orgánico no congelado, exponiendo el suelo congelado al aire más cálido.

Durante los últimos años, el proyecto ABoVE ha sobrevolado los territorios del noroeste con aviones equipados con radar e instrumentación lidar (acrónimo en inglés para la técnica de detección y medición por láser) con el fin de monitorear la pérdida de permafrost en zonas quemadas. Los datos revelan que el suelo en áreas quemadas se está hundiendo más rápido año tras año a medida que el suelo se descongela, aseguró Griffith. Los datos colectados en lugares cuidadosamente medidos ayudarán a conectar los cambios en esos sitios a lo que la NASA observa en América del Norte desde los satélites de medición de cobertura terrestre y hielo.

A medida que los bosques boreales devastados se recuperan, las coníferas una vez dominantes -especies de árboles que retienen sus hojas todo el año- están siendo reemplazadas por árboles deciduos, lo que pueden tener efectos colaterales en el ecosistema que los científicos todavía están tratando de entender. "Está claro que las aves y los animales, así como las personas que viven en o alrededor de estos bosques y que dependen de la vida silvestre para la alimentación, tendrán que adaptarse", dijo Griffith. "Los cambios climáticos y otros cambios ambientales que están afectando a los ecosistemas del norte y a las personas que viven allí están ocurriendo debido a las decisiones que se toman muy, muy lejos de ese lugar. Todos estamos verdaderamente conectados" destacó.

Escrito por Samson Reiny, Equipo de noticias de ciencias de la Tierra de la NASA

Versión en inglés.