En 1889, cerca de la remota localidad fronteriza de Embudo, Nuevo México, John Wesley Powell, el famoso explorador del Gran Cañón y segundo director del Servicio Geológico de los Estados Unidos, dio inicio a una silenciosa revolución científica.
Sabía que el agua sería cada vez más importante para el Oeste estadounidense, pero nadie había desarrollado un método para calcular cuánta estaba disponible. Powell organizó un campamento de campo con 14 estudiantes, tres instructores, dos peones y un cocinero, y les encargó desarrollar el primer medidor para calcular cuánta agua fluye por un río de los Estados Unidos.
Gracias a su éxito, fue posible saber cuánta agua podía extraerse del Río Grande para riego sin que dejara de ser navegable o, peor aún, se secara por completo.
Más de un siglo después, el USGS opera más de 10.000 estaciones de aforo de caudal en todo el país. Son notablemente similares a aquel primer medidor de Embudo. Otros países operan miles más.
Hoy en día, los hidrólogos como yo utilizamos la red de estaciones de aforo, junto con redes igualmente extensas de sensores que miden las precipitaciones, la humedad del suelo, la profundidad de la nieve y otros componentes del ciclo del agua. Estas herramientas ayudan a mostrar cuánta agua está disponible para las personas y los ecosistemas, y cómo se desplaza de un lugar a otro.
Hacia el espacio
En los últimos 30 años, la hidrología se ha topado con un problema complejo. Simplemente no hay suficientes sensores para responder a las preguntas que los hidrólogos quieren resolver.
Intente, por ejemplo, medir cuánta nieve se almacena en una cordillera como la Sierra Nevada de California. Este agua es un recurso fundamental para el estado. La Sierra Nevada cuenta con unos 130 “cojines de nieve” que miden la cantidad de agua almacenada en la nieve justo encima de ellos. Pero el área medida por los sensores equivale a algo así como 2 millonésimas de un por ciento de la superficie total de la Sierra.
Si intenta calcular el agua total almacenada en la Sierra, se encontrará con un obstáculo metodológico. No existe una buena manera de llegar a ese dato directamente.
Este tipo de problema surge en toda la hidrología, desde la nieve y la humedad del suelo hasta los ríos y los embalses. Aunque instalar más sensores es una opción, su mantenimiento es costoso y resulta imposible colocar suficientes para medir una cordillera entera. Una opción mejor sería medir grandes áreas de una sola vez.
Hace unas dos décadas, un pequeño grupo de científicos propuso una nueva solución: ¿y si pudieran medir el ciclo del agua desde el espacio?
El investigador de la Universidad de Saskatchewan, Jay Famiglietti fue uno de estos científicos. Gran parte del trabajo de Famiglietti ha utilizado la misión Experimento de Recuperación de la Gravedad y el Clima (GRACE), un par de satélites lanzados en 2002. Los satélites, apodados Tom y Jerry, se persiguen alrededor del planeta y utilizan pequeñas variaciones en la distancia entre ellos para medir los cambios en la gravedad terrestre. Muchas de estas variaciones se deben al desplazamiento del agua. GRACE registra los cambios en el almacenamiento total de agua en las aguas subterráneas, la superficie y la atmósfera.
“[GRACE] ofrece una imagen convincente, porque nos permite ver la huella humana en la disponibilidad de agua y el impacto del cambio climático en la disponibilidad de agua”, me dijo Famiglietti. Algunos de sus trabajos con GRACE han mostrado pérdidas profundas de aguas subterráneas en el norte de la India, Oriente Medio y otros lugares que podrían ser vulnerables a futuras escaseces de agua. El par original de satélites GRACE dejó de funcionar en 2017, pero un nuevo par fue lanzado al año siguiente.
Una edad de oro
Otros satélites diseñados para medir partes específicas del ciclo del agua entraron en funcionamiento aproximadamente al mismo tiempo que GRACE, aunque presentaban algunas limitaciones.
IceSAT, activo de 2003 a 2009, midió los cambios en la forma de glaciares y mantos de hielo, pero sus láseres tuvieron algunos problemas técnicos que limitaron su vida útil. La Misión de Medición de Precipitaciones Tropicales proporcionó datos sobre precipitaciones en latitudes bajas, pero funcionó mal para la nieve y las regiones con tormentas eléctricas intensas. Los científicos idearon formas mejoradas de utilizar datos de sensores de microondas pasivas, algunos de los cuales ya estaban en órbita, para estimar la humedad del suelo, pero solo proporcionaban datos a escalas relativamente gruesas.
A partir de 2014, una nueva generación de satélites ha ofrecido mejoras. La Misión Global de Precipitación, una constelación de satélites, ha mejorado sustancialmente a TRMM. IceSAT-2, que la NASA lanzó en 2018, tiene láseres mucho mejores que su predecesor. Misiones dedicadas a la humedad del suelo, lanzadas por la Agencia Espacial Europea y la NASA, ofrecen mediciones más precisas que las que podían obtener los sensores anteriores.
Formo parte de un equipo internacional que lanzará el primer proyecto dedicado a medir los recursos hídricos más accesibles de la Tierra: los ríos y los lagos. La Topografía de Aguas Superficiales y Oceánicas (SWOT) es una misión con sensor activo que, a partir de 2021, enviará pulsos de radar a la Tierra y medirá cuánto tardan en regresar al satélite. Mediante algoritmos finamente calibrados, SWOT medirá los cambios en la cantidad de agua almacenada en millones de lagos y embalses de todo el mundo y estimará, desde el espacio, la cantidad de agua que fluye por la mayoría de los principales ríos del mundo.
Con todos estos satélites, los hidrólogos podrán seguir muchas partes individuales del ciclo del agua mediante observaciones desde el espacio. El próximo desafío será integrar todas esas mediciones de forma coherente. Cada satélite tiene sus propias particularidades. Los científicos trabajan para integrar todos sus datos pasados y actuales con simulaciones por ordenador del ciclo del agua terrestre.
En conjunto, estas observaciones pueden ayudar a predecir mejor las sequías, rastrear las inundaciones e informar al mundo sobre cómo el cambio climático está alterando el acceso a los recursos hídricos. Por ejemplo, un conjunto de satélites demostró que las cuencas endorreicas del mundo, ya entre los lugares más secos de la Tierra, y en particular el mar de Aral en Asia Central, están perdiendo agua rápidamente.
Las agencias espaciales también están diseñando nuevas misiones para cubrir partes del ciclo del agua que los satélites actuales todavía no pueden observar adecuadamente, como el manto de nieve de la Sierra Nevada. La estimación de la evaporación también sigue siendo un verdadero desafío. Los métodos actuales producen patrones globales muy distintos, y el camino hacia nuevas soluciones para estimar de manera fiable la evaporación desde el espacio sigue siendo incierto.
Los satélites han pasado de ser curiosidades al margen de la hidrología a protagonistas centrales en la comprensión del ciclo global del agua. Cuando John Wesley Powell envió a unos 20 miembros del nuevo USGS a las orillas del Río Grande, probablemente no podía imaginar que, 130 años después, científicos del agua como yo seguirían sus pasos utilizando satélites que orbitan a cientos de millas de altura.
