En 1889, cerca de la remota ciudad fronteriza de Embudo, Nuevo Mexico, John Wesley Powell, el famoso explorador del Gran Cañón y segundo jefe del Servicio Geológico de EE. UU., inició una silenciosa revolución científica.

Sabía que el agua sería cada vez más importante para el oeste americano, pero nadie había desarrollado una forma de averiguar cuánto había disponible. Powell organizó un campamento con 14 estudiantes, tres instructores, dos jornaleros y un cocinero, y les encargó que desarrollaran el primer medidor para medir cuánta agua fluye a través de un río de EE. UU.

Con su éxito, era posible saber cuánta agua se podía sacar del Río Bravo para el riego sin que se volviera innavegable o, peor, secándose por completo.

Más de un siglo después, el USGS opera más de 10, 000 medidores de corriente en todo el país. Son notablemente similares a ese primer indicador Embudo. Otros países operan miles más.

Hoy dia, hidrólogos como yo utilizamos la red de pluviómetros, junto con redes igualmente vastas de sensores que miden la lluvia, la humedad del suelo, profundidad de la nieve y otras partes del ciclo del agua. Estas herramientas ayudan a mostrar cuánta agua está disponible para las personas y los ecosistemas y cómo esa agua se mueve de un lugar a otro.

Moviéndose al espacio

En los últimos 30 años, la hidrología se ha topado con un problema complicado. Simplemente no hay suficientes sensores para las preguntas que los hidrólogos quieren responder.

Tratar, por ejemplo, para medir cuánta nieve se almacena en una cadena montañosa como la Sierra Nevada de California. Esta agua es un recurso crítico para el estado. Sierra Nevada contiene alrededor de 130 "almohadillas de nieve" que miden la cantidad de agua almacenada en la nieve directamente encima de ellas. Pero el área medida por los sensores es algo así como 2 millonésimas de porcentaje del área total de la Sierra.

Si intenta calcular el agua total almacenada en las Sierras, te topas con un muro metodológico. No hay una buena forma de llegar directamente.

Este tipo de problema surge en toda la hidrología, de la nieve a la humedad del suelo y de los ríos a los embalses. Aunque poner más sensores es una opción, son costosos de mantener, y es imposible sacar lo suficiente para medir una cadena montañosa completa. Una mejor opción sería medir grandes áreas de una sola vez.

Comenzando hace unas dos décadas, un pequeño grupo de científicos sugirió una nueva solución:¿y si pudieran medir el ciclo del agua desde el espacio?

Jay Famiglietti de la Universidad de Saskatchewan fue uno de estos científicos. Gran parte del trabajo de Famiglietti ha utilizado la misión Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), un par de satélites lanzados en 2002. Los satélites, apodado Tom y Jerry, se persiguen alrededor del planeta y usan pequeñas variaciones en la distancia entre ellos para medir los cambios en la gravedad de la Tierra. Muchas de estas variaciones provienen del agua que se mueve. GRACE rastrea los cambios en el almacenamiento total de agua en las aguas subterráneas, la superficie y la atmósfera.

"[GRACE] pinta una imagen convincente, porque nos permite ver la huella humana sobre la disponibilidad de agua, y el impacto del cambio climático en la disponibilidad de agua, "Famiglietti me dijo. Parte de su trabajo con GRACE ha mostrado pérdidas profundas de agua subterránea en el norte de la India, Oriente Medio y otros lugares que podrían ser vulnerables a la escasez de agua en el futuro. El par original de satélites GRACE se desconectó en 2017, pero se lanzó un nuevo par al año siguiente.

Una edad de oro

Otros satélites diseñados para medir partes específicas del ciclo del agua se conectaron aproximadamente al mismo tiempo que GRACE, aunque tenían algunas limitaciones.

IceSAT, activo desde 2003 hasta 2009, midió la forma cambiante de los glaciares y las capas de hielo, pero sus láseres tenían algunos problemas técnicos que limitaban su vida útil. La Misión de Medición de las Precipitaciones Tropicales proporcionó datos sobre las precipitaciones en latitudes bajas, pero funcionó mal para la nieve y las regiones con fuertes tormentas eléctricas. Los científicos idearon formas mejoradas de utilizar los datos de los sensores de microondas pasivos, algunos de los cuales ya estaban en órbita, para estimar la humedad del suelo, pero proporcionaron datos solo a escalas relativamente gruesas.

A partir de 2014, una nueva generación de satélites ha ofrecido mejoras. La Misión de Precipitación Global, una constelación de satélites, ha mejorado sustancialmente en TRMM.IceSAT-2, que la NASA lanzó en 2018, tiene láseres mucho mejores que su precursor. Las misiones dedicadas a la humedad del suelo lanzadas por la Agencia Espacial Europea y la NASA ofrecen mediciones más afinadas que 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:ríos y lagos. La misión Surface Water and Ocean Topografía (FODA) es un sensor activo que, a partir de 2021, enviará pulsos de radar a la Tierra y medirá cuánto tardan en regresar al satélite. A través de algoritmos finamente ajustados, FODA medirá los cambios en la cantidad de agua almacenada en millones de lagos y embalses en todo el mundo y calculará, del espacio, la cantidad de agua que fluye a través de la mayoría de los principales ríos del mundo.

Con todos estos satélites Los hidrólogos podrán rastrear muchas partes individuales del ciclo del agua utilizando observaciones desde el espacio. El próximo desafío será reunir todas esas medidas de manera coherente. Cada satélite tiene su propia idiosincrasia. Los científicos están trabajando para integrar todos sus datos pasados ​​y presentes con simulaciones por computadora del ciclo del agua de la Tierra.

Juntos, estas observaciones pueden ayudar a predecir mejor la sequía, rastrear inundaciones e informar al mundo sobre cómo el cambio climático está alterando el acceso a los recursos hídricos. Por ejemplo, un conjunto de satélites mostró que las cuencas sin litoral del mundo, ya entre los lugares más secos de la Tierra, más notablemente 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 aún no pueden observar adecuadamente. como el manto de nieve de Sierra Nevada. La estimación de la evaporación también sigue siendo un verdadero desafío. Los métodos actuales producen patrones globales muy diferentes, and the path toward new solutions for reliably estimating evaporation from space remains uncertain.

Satellites have gone from curios on the sidelines of hydrology to central players in understanding the global water cycle. When John Wesley Powell sent 20-odd members of the new USGS to the banks of the Rio Grande, he likely couldn't have imagined that, 130 years later, water scientists like me would be following in his footsteps using satellites orbiting hundreds of miles overhead.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.