¿De dónde viene el agua de lluvia que cae sobre tu cabeza? ¿De qué océano? ¿De qué continente? Lo que antes era dominio de la imaginación hoy se hace posible gracias a "huellas" atómicas discretamente inscritas en el agua misma.
Para definir estas huellas, los científicos se apoyan en los isótopos, versiones ligeramente más masivas de los átomos de hidrógeno y oxígeno que constituyen la molécula de agua. Cuando el agua se evapora, se condensa y recorre la atmósfera, la proporción de estos isótopos evoluciona según patrones predecibles. Estos cambios actúan como una firma única, permitiendo reconstruir los desplazamientos del agua a escala global.
Investigadores del Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, rastrean la circulación global de las moléculas de agua en el tiempo y el espacio utilizando la modelización por conjuntos de isótopos, permitiendo una mejor predicción de los patrones hidrológicos cambiantes y de los extremos meteorológicos.
Crédito: Institute of Industrial Science, The University of Tokyo Sin embargo, simular con exactitud estos recorridos a escala planetaria era hasta ahora imposible para un único modelo climático. Para sortear esta dificultad, un equipo recurrió a un enfoque de conjunto combinando varios modelos simultáneamente. Así, se utilizaron ocho modelos climáticos que integraban el seguimiento de isótopos, cubriendo un período de 45 años, desde 1979 hasta 2023, y basándose en datos comunes sobre los vientos y las temperaturas de la superficie del mar.
Gracias a este método de conjunto, las simulaciones se alinean mucho más estrechamente con las observaciones reales, ofreciendo una visión refinada del ciclo del agua. Los resultados indican, entre otras cosas, un aumento del vapor de agua atmosférico vinculado al calentamiento global. También destacan vínculos con fenómenos climáticos importantes, como la oscilación austral de El Niño.
Este avance ayuda a anticipar cómo el ciclo del agua y los fenómenos meteorológicos podrían modificarse con el calentamiento. Como señala el profesor Kei Yoshimura, citado en el estudio, los valores promedio obtenidos por el conjunto capturan con precisión los patrones isotópicos observados, algo que ningún modelo individual podía hacer hasta hoy.
Las aplicaciones prácticas son numerosas, en particular para la previsión de eventos extremos como tormentas, inundaciones o sequías. Una mejor comprensión de los transportes de humedad y de la circulación atmosférica hace que las previsiones meteorológicas e hidrológicas sean más fiables, lo que beneficia a las poblaciones de todo el mundo.
Los isótopos del agua
El agua está compuesta principalmente por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, pero algunos de estos átomos existen en formas ligeramente distintas denominadas isótopos. El hidrógeno puede, por ejemplo, tener uno o dos neutrones adicionales, y el oxígeno puede poseer más. Estos isótopos más masivos no alteran las propiedades químicas del agua, pero influyen en su comportamiento físico.
Durante la evaporación, las moléculas portadoras de isótopos más ligeros tienden a escaparse primero, dejando atrás un agua ligeramente enriquecida en isótopos pesados. Este mecanismo se repite durante la condensación y las precipitaciones, generando fluctuaciones medibles en la composición isotópica. Estas fluctuaciones dependen de factores como la temperatura, la altitud o la cantidad de precipitaciones.
Midiendo estos isótopos en muestras de agua, vapor o nieve, los investigadores pueden reconstruir los itinerarios seguidos por el agua. Esto permite comprender cómo la humedad circula entre los océans, la atmósfera y los continentes. Estos datos son valiosos para examinar los cambios climáticos pasados y presentes.
Las técnicas de medición de isótopos se han perfeccionado considerablemente, permitiendo análisis precisos incluso a concentraciones muy bajas. Esto abre el camino a una vigilancia continua de los recursos hídricos y a una comprensión más fina de los ciclos naturales, ayudando así a gestionar sequías e inundaciones con mayor eficacia.
Fuente: Journal of Geophysical Research: Atmospheres