Una controvertida teoría rusa afirma que los bosques no solo producen lluvia, sino que generan viento

Por Fred Pearce

Todos los veranos, cuando los días se alargan, Anastassia Makarieva abandona su laboratorio en San Petersburgo para unas vacaciones en el basto bosque del norte de Rusia. La física nuclear acampa en las costas del Mar Blanco, en medio de abetos y pinos, y practica remo con kayaks a través de los amplios ríos de la región, tomando notas de la naturaleza y del clima. «Los bosques son una gran parte de mi vida interior» dice. En los 25 años que ha hecho su peregrinación anual hacia el norte, también se han convertido en una gran parte de su vida profesional.

Durante más de una década, Makarieva ha defendido una teoría, desarrollada con Victor Gorshkov, su mentor y colega en el Instituto de Física Nuclear de Petersburgo (PNPI), sobre cómo los bosques boreales de Rusia, la mayor extensión de árboles en la Tierra, regulan el clima del norte Asia. Es una física simple con consecuencias de largo alcance, que describe cómo el vapor de agua exhalado por los árboles impulsa los vientos: vientos que cruzan el continente, transportan aire húmedo desde Europa, a través de Siberia, y hacia Mongolia y China; vientos que entregan lluvias que mantienen fluyendo los ríos gigantes del este de Siberia; vientos que riegan la llanura del norte de China, el granero de la nación más poblada de la Tierra.

Con su capacidad de absorber dióxido de carbono y exhalar oxígeno, los grandes bosques del mundo a menudo se denominan pulmones del planeta. Pero Makarieva y Gorshkov (quien falleció el año pasado) afirman que también son su corazón palpitante. «Los bosques son complejos sistemas de producción de lluvias autosostenibles y el principal impulsor de la circulación atmosférica en la Tierra», dice Makarieva. Reciclan grandes cantidades de humedad en el aire y, en el proceso, también levantan vientos que bombean esa agua en todo el mundo. La primera parte de esa idea, los bosques como generadores de lluvia, se originó con otros científicos y es cada vez más apreciada por los administradores de recursos hídricos en un mundo de deforestación desenfrenada. Pero la segunda parte, una teoría que Makarieva llama la bomba biótica, es mucho más controversial.

Las bases teóricas del trabajo han sido publicadas, aunque en revistas menos conocidas, y Makarieva ha recibido apoyo por parte de un pequeño grupo de colegas. Pero el bombeo biótico ha enfrentado grandes críticas, especialmente por modeladores climáticos, algunos de los cuales afirman que sus efectos son negligentes y descartan la idea por completo. Esta disputa convirtió a Makarieva en una marginada: una física teórica en un mundo de modeladores, un campo Ruso liderado por científicos occidentales, y a una mujer en un campo dominado por hombres.

Sin embargo, de estar en lo correcto, esta idea podría explicar por qué, a pesar de su distancia con los océanos, los interiores remotos de los continentes con bosques reciben tanta lluvia como las costas; y por qué los interiores de los continentes sin bosques tienden a ser áridos. También implica que bosques que van desde la taiga rusa hasta la selva amazónica no aparecen solo en donde las condiciones climáticas son específicas. También hacen al clima. «Todo lo que aprendí hasta ahora sugiere que el bombeo biótico es correcto», dice Douglas Sheil, un ecologista forestal de la Universidad Noruega de Ciencias de la Vida. Con el futuro de los bosques del mundo en duda, «Incluso si pensamos que la teoría tenía solo una pequeña posibilidad de ser correcta, sería de gran importancia saber si es así o no».

Muchos libros de meteorología siguen enseñando la caricatura del ciclo del agua, con la evaporación del océano siendo responsable de la mayoría de la humedad atmosférica quien la condensa en nubes para más tarde caer en forma de lluvia. Esta imagen ignora el rol de la vegetación y, particularmente, árboles, quienes actúan como gigantes manantiales de agua. Sus raíces capturan agua del follaje para la fotosíntsis, y poros microscópicos en las hojas liberan al aire agua no utilizada en forma de vapor. El proceso, el equivalente arbóreo de sudar, es conocido como transpiración. De esta manera, un solo árbol maduro puede liberar cientos de litros de agua en un día. Con su follaje que ofrece una superficie abundante para el intercambio, un bosque a menudo puede entregar más humedad al aire que la evaporación de un cuerpo de agua del mismo tamaño.

Desfiles de lluvia
Los llamados ríos voladores son vientos predominantes que recogen el vapor de agua exhalado por los bosques y llevan las lluvias a las cuencas de agua distantes. Una teoría controvertida sugiere que los bosques mismos impulsan los vientos.

La importancia de esta humedad reciclada por estas lluvias nutritivas fue ampliamente ignorada hasta 1979, cuando el meteorólogo brasilero Éneas Salati reportó estudios de la isotópica composición del agua de lluvia originaria de la Cuenca del Amazonas. El agua reciclada por transpiración contiene más moléculas con pesados isotopos de oxígeno 18 que agua evaporada del océano. Salati usó este dato para mostrar que la mitad del agua de la lluvia que cae en el Amazonas viene de la transpiración del bosque mismo.

Sembrando el viento
La teoría de la bomba biótica sugiere que los bosques no solo producen lluvia, sino también viento. Cuando el vapor de agua sobre los bosques costeros se condensa, disminuye la presión del aire, creando vientos que atraen el aire húmedo del océano. Los ciclos de transpiración y condensación pueden generar vientos que provocan lluvias a miles de kilómetros tierra adentro.

Para esta época, los meteorólogos estaban siguiendo un chorro atmosférico sobre el bosque, a una altura de unos 1,5 kilómetros. Conocido como el chorro de bajo novel de Sudamérica, los vientos soplan este a oeste a través del Amazonas, tan rápido como una bicicleta de carreras, antes de que los Andes los desvíen al sur. Salati y otros supusieron que el chorro cargaba mucho de la humedad transpirada, y lo nombraron «río flotante». El río flotante del Amazonas se estima que transporta tanta agua como el gigante río terrestre que se encuentra debajo, dice Antonio Nobre, un investigador climático del Instituto Nacional de Investigación Espacial del Brasil.

Durante algunos años, los ríos flotantes eran considerados únicamente del Amazonas. En 1990, Hubert Savenije, un hidrólogo de la Universidad Técnica de Delft, comenzó a estudiar el reciclaje de la humedad en el este de África. Utilizando un modelo hidrológico basado en datos climáticos, descubrió que, a medida que uno se movía tierra adentro desde la costa, la proporción de la lluvia proveniente de los bosques creció, llegando al 90% en el interior. El hallazgo ayudó a explicar por qué la región interior del Sahel se volvió más seca a medida que los bosques costeros desaparecieron durante el último medio siglo.

Uno de los estudiantes de Savenije, Ruud Van Der Ent, llevó la idea más allá, creando un modelo global de flujo de humedad en el aire. Combinó datos de observación sobre lluvia, humedad, velocidad del viento y temperatura con estimaciones teóricas de evaporación y transpiración para crear el primer modelo de flujo de humedad a escalas más grandes que las cuencas fluviales.

En 2010, Van Der Ent y sus colegas reportaron la conclusión del modelo: globalmente, 40% de las precipitaciones en total vienen de la tierra en vez de del océano. A menudo, es más. El río volador del Amazonas proporciona el 70% de la lluvia que cae en la cuenca del Río de la Plata, que se extiende por el sureste de Sudamérica. Van der Ent se sorprendió al descubrir que China obtiene el 80% de su agua del oeste, principalmente la humedad del Atlántico reciclada por los bosques boreales de Escandinavia y Rusia. El viaje implica varias etapas (ciclos de transpiración seguidos de lluvia a favor del viento y la posterior transpiración) y dura 6 meses o más. «Esto contradecía conocimientos previos que se aprenden en la secundaria» dice, «China está al lado de un océano, el Pacífico, sin embargo la lluvia es humedad reciclada de tierras lejanas del este».

Si Makarieva está en lo correcto, los bosques proveen no solo la humedad, sino también los vientos que la cargan.

Por un cuarto de siglo, ella trabajó con Gorshkov, inicialmente como su pupila, en la PNPI, parte de la principal agencia de investigación civil y militar nuclear de Rusia, el Instituto Kurchatov. Ellos eras rebeldes desde el principio, estudiando ecología en un lugar lleno de físicos quienes usaban haces de neutrones de reactores nucleares para estudiar materiales. Como teorizadores, dice ella, tenían «excepcional libertad para investigar y pensar», persiguiendo la física atmosférica a donde quiera que les llevase. «Víctor me enseñó: no temas a nada», afirma.

En 2001, en Hidrología y Ciencias de los Sistemas de la Tierra, primeramente resumieron su visión del bomba biótica. Fue provocativo desde el principio porque contradecía un antiguo principio de meteorología: que los vientos son impulsados ​​en gran medida por el calentamiento diferencial de la atmósfera. Cuando sube el aire caliente, disminuye la presión del aire debajo de él, creando un espacio en la superficie hacia el cual se mueve el aire. En verano por ejemplo, la superficie de la tierra tiende a calentarse más rápido y a atraer brisas húmedas desde los océanos más fríos.

Anastassia Makarieva y Victor Gorshkov desarrollaron la teoría de la bomba biótica en un instituto de física nuclear.
ANASTASSIA MAKARIEVA

Makarieva y Gorshkov argumentaron que un segundo proceso a veces puede dominar. Cuando el vapor de agua de los bosques se condensa en nubes, un gas se convierte en un líquido que ocupa menos volumen. Eso reduce la presión del aire y extrae el aire horizontalmente de áreas con menos condensación. En la práctica, significa que la condensación sobre los bosques costeros turboalimenta la brisa marina, aspirando el aire húmedo hacia el interior, donde eventualmente se condensará y caerá como lluvia. Si los bosques continúan tierra adentro, el ciclo puede continuar, manteniendo vientos húmedos durante miles de kilómetros.

La teoría invierte el pensamiento tradicional: no es la circulación atmosférica la que impulsa el ciclo hidrológico, sino el ciclo hidrológico que impulsa la circulación de masa del aire.

Sheil, quien se convirtió en partidario de la teoría hace más de una década, piensa en ella como un adorno de la idea del río volador. «No son mutuamente exclusivos» dice. «la bomba ofrece una explicación del poder de los ríos». Él dice que el bombeo biótico podría explicar la «paradoja fría del Amazonas». Desde enero a junio, cuando la Cuenca Amazónica es más fría que el océano, fuertes vientos soplan desde el Atlántico al Amazonas, lo contrario que se esperaría si estos fueran resultado de calentamiento diferencial. Nobre, otro acólito temprano, se entusiasma: «No comienzan con datos, comienzan con primeros principios».

Incluso aquellos que dudan de la teoría acuerdan que la pérdida de los bosques puede tener consecuencias climáticas a largo plazo. Muchos científicos han argumentado que la deforestación de hace cientos de años fue la razón detrás de la desertificación en los campos australianos y en África occidental. El temor es que la deforestación futura podría secar otras regiones, por ejemplo, volcando partes de la selva amazónica a la sabana. Las regiones agrícolas de China, el Sahel africano y la pampa argentina también están en riesgo, dice Patrick Keys, químico atmosférico de la Universidad Estatal de Colorado, Fort Collins.

En 2018, Keys y sus colegas utilizaron un modelo, similar al de van der Ent, para rastrear las fuentes de lluvia para 29 megaciudades mundiales. Encontró que 19 eran altamente dependientes de los bosques distantes para gran parte de su suministro de agua, incluidos Karachi, Pakistán; Wuhan y Shanghai, China; y Nueva Delhi y Kolkata, India. «Incluso los pequeños cambios en las precipitaciones que surgen del cambio del uso del suelo en la dirección del viento podrían tener un gran impacto en la fragilidad de los suministros de agua urbana», dice.

Algunos modelos incluso sugieren que al eliminar una fuente de humedad, la deforestación podría alterar los patrones climáticos más allá de los caminos de los ríos voladores. Así como se sabe que El Niño, un cambio en las corrientes y vientos en el Océano Pacífico tropical, influye en el clima en lugares lejanos a través de «teleconexiones» así, también, podría la deforestación amazónica disminuir las lluvias en el medioeste de EE.UU. y la capa de nieve en Sierra Nevada, dice Roni Avissar, climatólogo de la Universidad de Miami que ha modelado tales teleconexiones. ¿Extravagante? «En absoluto», dice. «Sabemos que El Niño puede hacer esto, porque a diferencia de la deforestación, se repite y podemos ver el patrón. Ambos son causados por pequeños cambios en la temperatura y la humedad que se proyectan a la atmósfera».

Lan Wang-Erlandsson, quien investiga las interacciones entre la tierra, el agua y el clima en la Universidad de Estocolmo, dice que es hora de que los administradores de recursos hídricos cambien su enfoque del agua y el uso de la tierra dentro de una cuenca fluvial a los cambios en el uso de la tierra que ocurren fuera de ella. «Necesitamos nuevos acuerdos hidrológicos internacionales para mantener los bosques de las regiones de origen», dice ella.

Hace dos años, en una reunión del Foro de las Naciones Unidas sobre los Bosques, un grupo de políticas de alto nivel en el que participan todos los gobiernos, David Ellison, investigador de tierras de la Universidad de Berna, presentó un caso: un estudio que muestra que hasta el 40% de la precipitación total en las tierras altas de Etiopía, la principal fuente del Nilo, proviene de la humedad reciclada de los bosques de la cuenca del Congo. Egipto, Sudán y Etiopía están negociando un acuerdo desde hace mucho tiempo para compartir las aguas del Nilo. Pero tal acuerdo sería inútil si la deforestación en la cuenca del Congo, lejos de esas tres naciones, seca la fuente de humedad, sugirió Ellison. «Las interacciones entre los bosques y el agua se han ignorado casi por completo en la gestión de los recursos mundiales de agua dulce».

La bomba biótica aumentaría aún más las apuestas, con la sugerencia de que la pérdida de bosques altera no solo las fuentes de humedad, sino también los patrones de viento. La teoría, si es correcta, tendría «implicaciones cruciales para los patrones de circulación de aire planetario», advierte Ellison, especialmente aquellos que llevan el aire húmedo hacia el interior continental.

Los partidarios de la teoría son una minoría. En 2010, Makarieva, Gorshkov, Sheil, Nobre y Bai-Lian Li, ecologista de la Universidad de California, Riverside, presentaron lo que debía ser una descripción histórica de la bomba biótica a Química y Física Atmosférica, una revista importante con revisión abierta por pares científicos. Titulado «¿De dónde vienen los vientos?» el periódico enfrentó un aluvión de críticas en línea, y la revista tardó muchos meses en encontrar dos científicos dispuestos a revisarlo. Isaac Held, meteorólogo del Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos de la Universidad de Princeton, finalmente se ofreció como voluntario y recomendó el rechazo. «Este no es un efecto misterioso», dice. «Es pequeño e incluido en algunos modelos atmosféricos». Los críticos dijeron que la expansión del aire del calor liberado cuando el vapor de agua se condensa contrarresta el efecto de condensación que crea espacio. Pero Makarieva dice que los dos efectos están separados espacialmente, con el efecto de calentamiento en el aire y la caída de presión de la condensación que ocurre más cerca de la superficie, donde genera el viento biótico.

La otra revisora fue Judith Curry, entonces física atmosférica en el Instituto de Tecnología de Georgia, que siempre ha estado preocupada por la dinámica atmosférica en el núcleo de los modelos climáticos. Ella sintió que era importante publicar el documento y dice que el enfrentamiento fue «muy malo para la ciencia del clima, que necesita una infusión de físicos del núcleo duro». Después de 3 años de debate, el editor de la revista anuló la recomendación de Held y publicó el documento, diciendo que fue publicado «no como un respaldo» sino «para promover la continuación del diálogo científico sobre la controvertida teoría [que] puede conducir a la refutación o validación».

Desde entonces, no ha habido validación ni prueba, sino más bien un enfrentamiento. Gavin Schmidt, un modelador climático de la Universidad de Columbia, dice: «Es simplemente una tontería». Las respuestas de los autores a las críticas fueron «realmente solo matemáticas que no dieron a nadie ninguna confianza de que había algún punto en continuar el diálogo». José Marengo, meteorólogo en Brasil y jefe del Centro Nacional de Monitoreo y Advertencia de Desastres Naturales, dice: «Creo que el bombeo existe, pero en este momento es muy teórica. La comunidad del modelo climático no lo ha aceptado, pero los rusos son los mejores teóricos del mundo, por lo que necesitamos experimentos de campo adecuados para probarlo». Sin embargo, nadie, incluido Makarieva, ha propuesto claramente cómo podría ser esa prueba.

Por su parte, Makarieva se basa en la teoría, argumentando en una serie de documentos recientes que el mismo mecanismo puede afectar a los ciclones tropicales, que son impulsados por el calor liberado cuando la humedad se condensa sobre el océano. En un artículo de 2017 en Atmospheric Research, ella y sus colegas propusieron que las bombas bióticas instaladas por los bosques en la tierra alejan el aire rico en humedad de los viveros de ciclones. Esto, dice, podría explicar por qué los ciclones rara vez se forman en el Océano Atlántico Sur: las selvas tropicales del Amazonas y el Congo separan tanta humedad que queda muy poco para alimentar los huracanes.

Kerry Emanuel, un destacado investigador de huracanes del Instituto de Tecnología de Massachusetts, dice que los efectos propuestos «aunque no son insignificantes son muy pequeños». Prefiere otras explicaciones sobre la falta de huracanes en el Atlántico sur, como las aguas frías de la región, que envían menos humedad al aire, y sus fuertes vientos cortantes, que interrumpen la formación de ciclones. Makarieva también desprecia a los tradicionalistas y dice que algunas de las teorías existentes sobre la intensidad de los huracanes «entran en conflicto con las leyes de la termodinámica». Ella tiene otro artículo sobre el tema en revisión por pares en el Journal of the Atmospheric Sciences. «Nos preocupa que, a pesar del estímulo del editor, nuestro trabajo sea rechazado una vez más», afirma.

Incluso si las ideas de Makarieva son ligeras en Occidente, se están arraigando en Rusia. El año pasado, el gobierno comenzó un diálogo público para revisar sus leyes forestales. Además de las áreas estrictamente protegidas, los bosques rusos están abiertos a la explotación comercial, pero el gobierno y la Agencia Forestal Federal están considerando una nueva designación de «bosques de protección climática». «Algunos representantes de nuestro departamento forestal quedaron impresionados por la bomba biótica y quieren introducir una nueva categoría», dice. La idea cuenta con el respaldo de la Academia de Ciencias de Rusia. Ser parte de un consenso más que un perenne extraño marca un cambio, dice Makarieva.

Este verano, el encierro de coronavirus puso al kibosh en su viaje anual a los bosques del norte. De regreso en San Petersburgo, se ha establecido para responder a otra ronda de objeciones a su trabajo por parte de revisores anónimos. Ella insiste en que la teoría de la bomba prevalecerá en última instancia. «Hay una inercia natural en la ciencia», dice ella. Con un oscuro humor ruso, invoca las palabras del legendario físico alemán Max Planck, de quien se dice que una vez comentó que la ciencia «avanza un funeral a la vez».

Publicado originalmente en Science Magazine

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