Pase tiempo en cualquiera de los grandes bosques del mundo y comenzará a ver los árboles como inmensos pilares que sostienen los cielos en alto mientras están firmemente anclados en la tierra. Es tanto un hecho como un sentimiento. Los árboles realmente unen el suelo al cielo al intercambiar energía y materia entre el suelo y la atmósfera. Los investigadores creen que comprender esta conexión podría proporcionar una gran cantidad de conocimientos científicos sobre los ecosistemas y aplicaciones prácticas que abordan desafíos como la conservación y la gestión de los recursos hídricos.

Un estudio reciente dirigido por Marc Mayes de la Universidad de California en Santa Bárbara investiga cómo los patrones en la pérdida de agua de los árboles a la atmósfera, seguimiento con imágenes de satélite, se relaciona con los suministros de agua subterránea. Los resultados validan a escala de paisaje las ideas que los científicos han propuesto basándose en décadas de investigación en laboratorios e invernaderos. Y lo que es más, las técnicas se prestan a una precisión, forma eficiente de monitorear los recursos de agua subterránea en grandes áreas. Los hallazgos aparecen en la revista. Procesos hidrológicos .

Por toda su diversidad, la mayoría de las plantas tienen un plan de juego muy simple. Usando energía de la luz solar, combinan agua del suelo con dióxido de carbono del aire para producir azúcares y oxígeno. Durante la fotosíntesis, las plantas abren pequeños poros en sus hojas para absorber CO ₂ , que también permite que el agua se escape. Este proceso de pérdida de agua se llama evapotranspiración, abreviatura de evaporación del suelo y transpiración de la planta, y es esencialmente un costo de transacción de transportar los ingredientes para la fotosíntesis a las hojas donde ocurre el proceso.

Al igual que el sudor que se evapora enfría nuestros propios cuerpos, la evapotranspiración de los árboles enfría el bosque. Con el conocimiento y la tecnología adecuados, Los científicos pueden usar datos de imágenes térmicas de satélites, así como aviones tripulados y no tripulados para comprender la relación entre las plantas y el agua subterránea:las temperaturas más frías se correlacionan con más evapotranspiración.

"La hipótesis central de este documento es que se pueden utilizar relaciones entre el uso de agua de la planta [según] medido por datos de imágenes [satelitales], y datos climáticos, incluida la temperatura del aire y las precipitaciones, para medir la disponibilidad de, y cambios en, recursos de agua subterránea, "dijo Mayes, un científico de la Tierra y experto en teledetección con base en el Instituto de Investigación de la Tierra (ERI) de la universidad.

Mayes y sus colegas se centraron en la flora de los ríos de las tierras secas, los de los desiertos y los climas mediterráneos. En todas estas regiones, muchas plantas han desarrollado adaptaciones que minimizan la pérdida de agua, como un crecimiento lento, retención de agua o ciclos de vida de auge y caída. Sin embargo, plantas que dominan los canales de los ríos, especies como el sicomoro, álamos y sauces:evolucionaron para aprovechar el exceso de agua subterránea que ofrece el hábitat en relación con el paisaje circundante.

"En lugar de ralentizar el uso de agua cuando el agua escasea, esta vegetación básicamente se beberá hasta morir, "Dijo Mayes. Esto lo convierte en una buena ventana a las condiciones debajo de la superficie.

El equipo utilizó imágenes térmicas basadas en satélites para observar las temperaturas en el corredor del río San Pedro en el sur de Arizona. En días sin nubes, los satélites pueden recopilar datos sobre las temperaturas de la superficie a alta resolución en grandes áreas de tierra. Al comparar las temperaturas a lo largo del río con las de las cercanías, áreas más escasamente vegetadas, los investigadores pudieron determinar el grado de evapotranspiración a lo largo de diferentes partes del río en diferentes momentos. Descubrieron que se correlacionaba con la temperatura del aire en entornos ricos en agua y con la lluvia en entornos con escasez de agua.

Los hallazgos respaldan los avances recientes en nuestra comprensión del uso del agua de las plantas. Cuanto más caliente y seco es el aire, cuanto más fuerte saca el agua de las hojas, y más agua usa la planta. Como consecuencia, Mayes y sus colegas esperaban ver que la evapotranspiración variaba con la temperatura del aire siempre que la corriente tuviera abundante agua subterránea para que las plantas la aprovecharan.

Por otra parte, donde el agua subterránea es escasa, las plantas cerrarán las aberturas de sus hojas para evitar la pérdida de agua; Es más importante evitar la sequedad que aprovechar el sol adicional en un día cálido. Como resultado, la evapotranspiración se correlacionará mucho más fuertemente con la lluvia y el flujo de los arroyos, lo que aumenta el suministro de agua a los árboles a través de sus raíces.

Los científicos habían demostrado el efecto predecible de la evapotranspiración en la reducción de la temperatura de la superficie en experimentos de laboratorio y de campo pequeño. Sin embargo, este es el primer estudio que demuestra su impacto en grandes áreas. La tecnología que hizo esto posible ha madurado solo en los últimos cinco años.

"Este método de teledetección es muy prometedor para identificar los controles climáticos relevantes frente a otros controles sobre el crecimiento y la salud de los árboles, incluso dentro de estrechas franjas de vegetación a lo largo de los ríos, "dijo el coautor Michael Singer, investigador de ERI e investigador principal del proyecto que financió el trabajo de Mayes.

De hecho, estos ecosistemas son de vital importancia para el suroeste de EE. UU. "A pesar de ocupar aproximadamente el 2% del paisaje, más del 90% de la biodiversidad en el suroeste se basa en estos ecosistemas, "dijo la coautora Pamela Nagler, científico investigador del Centro de Ciencias Biológicas del Suroeste del Servicio Geológico de EE. UU.

Las mismas técnicas utilizadas en el documento podrían aplicarse al desafío perenne del monitoreo de las aguas subterráneas. De hecho, esta idea ayudó a motivar el estudio en primer lugar. "Es muy difícil monitorear la disponibilidad de agua subterránea y los cambios en los recursos de agua subterránea a las escalas realmente locales que importan, ", Dijo Mayes." Estamos hablando de campos de agricultores o corredores fluviales aguas abajo de los nuevos desarrollos de viviendas ".

Los pozos de monitoreo son efectivos, pero proporcione información solo para un punto en el mapa. Y lo que es más, son costosos de perforar y mantener. Las torres de flujo pueden medir el intercambio de gases entre la superficie y la atmósfera, incluido el vapor de agua. Pero tienen inconvenientes similares a los de los pozos en términos de costo y escala. Los científicos y las partes interesadas quieren métodos rentables para monitorear acuíferos que brindan una amplia cobertura al mismo tiempo que alta resolución. Es una tarea difícil.

Si bien puede que no sea tan preciso como un pozo, Las imágenes térmicas remotas de aviones y satélites pueden marcar todas estas casillas. Ofrece una amplia cobertura y alta resolución utilizando la infraestructura existente. Y aunque solo funciona a lo largo de los corredores de arroyos, "una cantidad desmesurada de tierras agrícolas y asentamientos humanos en lugares secos termina siendo donde está el agua, a lo largo de los caminos de los arroyos, "Dijo Mayes.

La idea es buscar cambios en las relaciones de la evapotranspiración con las variables climáticas a lo largo del tiempo. Estos cambios señalarán un cambio entre condiciones ricas en agua y pobres en agua. "La detección de esa señal en áreas extensas podría ser una valiosa señal de alerta temprana del agotamiento de los recursos de agua subterránea, ", Dijo Mayes. La técnica podría informar el monitoreo y la toma de decisiones pragmática sobre el uso del agua subterránea.

Este estudio es parte de un proyecto más grande del Departamento de Defensa (DOD) destinado a comprender cuán vulnerables son los hábitats ribereños a las sequías en las bases del DOD en las regiones de tierras secas de los EE. UU. "Estamos utilizando múltiples métodos para comprender cuándo y por qué estas plantas se estresan debido a la falta de agua, "dijo Singer, científico principal del proyecto. "[Esperamos] que este nuevo conocimiento pueda respaldar la gestión de estos biomas ecológicos sensibles, particularmente en bases militares en regiones de tierras secas, donde estos hábitats prístinos albergan numerosas especies amenazadas y en peligro de extinción ".

Mayes agregado, "Lo que viene por el camino es un conjunto completo de trabajo que analiza las respuestas de los ecosistemas a la escasez de agua y el estrés hídrico en el espacio y el tiempo que informa las formas en que ambos entendemos la respuesta del ecosistema y también mejoramos el monitoreo".