El ciclo del agua, un kilo de tomates,
un ambiente de llanura, un satélite y la geofísica como disciplina
aglutinante
No es un mercado del barrio ni
un rompecabezas para armar. Se trata de agrupar temáticas que el Geofísico
Andrés Cesanelli junto a su director de tesis, el Dr. Luis Guarracino, vienen
trabajando al hacer foco en la evapotraspiración, un proceso de gran
importancia en el ciclo del agua; ciclo que todos hemos estudiado en la
escuela y que ahora “refrescamos” con esta entrevista.
Por Alejandra Sofía
- Andrés, hace unas semanas diste una charla para todo público que
titulaste "Ganarás el pan con el sudor de tus plantas..."
Sí. Allí comenté acerca del
camino que realiza una gota de agua en el ciclo hidrológico hasta llegar a su
paso por las plantas. Es así que se
puede notar la importancia de la transpiración de las plantas, un fenómeno no solamente
vinculado con la producción de alimentos sino también con el clima de una
región. Y para tener una idea de la magnitud de este proceso vimos,
por ejemplo, que cuando se tiene un kilo de tomates (de los cuales 950 gr.
son agua) se necesitaron casi 300 litros de agua (consumidos por la planta) para
que dichos tomates sean producidos.
- Y sobre transpiración y evaporación vas escribiendo tu tesis, ¿no
es así? Se unen ambos conceptos
La evapotranspiración, que es
el tema de mi tesis de doctorado, es el proceso combinado de la evaporación
directa desde el suelo (o cualquier otro tipo de superficie) y la
transpiración de las plantas. Mediante este proceso el agua vuelve a la
atmósfera. Y resulta fundamental para la subsistencia de las plantas ya que
éstas toman el agua del suelo y la llevan a las hojas donde realizan la fotosíntesis
y elaboran su propio alimento. Si bien la planta sólo utiliza un mínima parte
del agua para realizar la fotosíntesis (la mayor parte del agua se pierde
hacia la atmósfera) toda el agua es usada como transporte para llevar los
nutrientes que toma del suelo.
- Esto parece llevarnos a hablar de pérdidas y ganancias, porque por
ejemplo si lo analizás desde el suelo es una pérdida
Claro. Cuando se considera un
balance de agua, de lo que entra al sistema a través de la lluvia o del
riego, la infiltración representa una ganancia de agua en el suelo mientras
que la escorrentía y la evapotranspiración representan pérdidas. Sin embargo,
el agua del suelo que utiliza la planta a través de la transpiración
representa una ganancia en la producción de alimentos. Por ejemplo, la soja
utiliza aproximadamente unos 500 mm de agua para producir los granos. De
todos modos, las pérdidas de agua del suelo no siempre resultan negativas.
Por ejemplo, el eucalipto es un árbol que consume mucha cantidad de agua;
podría decirse que es como una bomba de agua. Si está plantado en una zona
afectada por inundaciones resulta beneficioso ya que podría hacer descender
la napa freática y mitigar un poco el problema.
Las pérdidas de agua del suelo son
inevitables, aunque son mucho mayores cuando hay vegetación, y por eso en las
prácticas agrícolas se procura cuidarla. En tiempo de barbecho, antes de la
siembra, el suelo se deja desnudo (sin vegetación) para minimizar las
pérdidas de agua, ya que sólo existe evaporación y no transpiración. Así se
puede contar con una buena reserva de agua a la hora de sembrar.
-¿Cómo empezaron a trabajar en este tema?
La idea fue de Luis Guarracino,
quien es mi director de tesis y de beca doctoral en CONICET. Cuando aún
estaba estudiando me propuso dirigir mi tesis de grado en el tema de la
evapotranspiración. Luis se especializa en el estudio del flujo del agua en
el suelo, que puede ser relacionado con la evapotranspiración. Para
calcularla modelamos por separado la evaporación, la cual sucede en el borde
superior del suelo, y la traspiración, que se origina en el perfil del suelo,
en la zona donde se ubican las raíces de las plantas. Dentro de la ecuación
que se utiliza para describir cómo es el flujo del agua, cómo se mueve el
agua, podés incorporar la lluvia que va entrando al suelo pero también el
agua que va saliendo por la evapotraspiración. Resolviendo esa ecuación sabes
instante a instante cuánta agua tiene el suelo y entonces cuánta agua
disponible tiene la planta para tomar. Eso es en esencia lo que hacemos para
modelar cómo es que toma agua la planta y cuánto vuelve a la atmósfera por
evapotraspiración.
-¿Son modelos sólo teóricos o también están en contacto con
agrónomos, por ejemplo?
Si bien he tenido intercambios
con algunos especialistas de las distintas ramas, mi trabajo hasta ahora ha
sido más bien desde el punto de vista teórico. El tema principalmente tiene
aplicación en agronomía, meteorología e hidrogeología. Cada rama precisa
analizar la evapotranspiración desde distintas perspectivas. El agrónomo
necesita saber cuánta agua requiere la planta y cuánta pasa realmente por
ella. El hidrogeólogo ve a un medio poroso, que es el suelo o el acuífero,
como el sistema donde se aloja el agua que entra, y la evapotranspiración es
parte de lo que se pierde de ese sistema. Por el contrario, el meteorólogo ve
a la evapotranspiración como información acerca del agua que ingresa a la
atmósfera en forma de vapor. Lo que yo estudio tiene injerencia en todas
estas problemáticas, porque, como vimos, la evapotranspiración es un fenómeno
que vincula a todo el sistema suelo-planta-atmósfera. Hasta ahora yo no he
tomado datos de campo, aunque sí utilicé algunos datos que tomé de otros
trabajos. Lo que yo hago está más relacionado con un análisis teórico para
entender el proceso físico y elaborar un modelo al cual uno le pueda
incorporar todas las características reales del suelo, la planta y el clima y
poder obtener un valor más cercano al real.
- Cuando llueve, ¿hay un porcentaje que sí o sí drena hasta el
acuífero según el suelo?
El suelo es un medio poroso,
como si fuera una esponja, y el agua se acumula en los poros. La capacidad de
almacenar agua depende del tipo de suelo que sea. Acuífero se le llama a un
estrato que tiene todos sus poros llenos de agua y es una capa de la cual uno
puede extraer agua. Luego de una lluvia se forman charcos, hay una
acumulación de agua en la superficie, y se necesita cierto tiempo para se
infiltre. El suelo almacena agua hasta una cierta cantidad y el resto sigue
drenando hasta alguna zona más profunda, que es el acuífero. El límite entre
la zona que está saturada y la que no lo está es lo que llamamos nivel
freático, y por debajo esta el acuífero, que llamamos “libre” por estar en
contacto directo con la atmósfera. El agua puede seguir entrando y eso sirve
de recarga para los acuíferos que estén más abajo. Los movimientos del agua
pueden ser tanto horizontales como verticales, pero siempre son muy pero muy
lentos. Entonces, el agua que no escurrió ni se evaporó, entra al suelo y
comienza a ocuparlo. Y a medida que va entrando va subiendo el nivel freático
si es que hay mayor cantidad de suelo saturado.
- ¿Con qué métodos medís la evapotraspiración?
La evapotranspiración es muy
complicada de medir, principalmente por la dificultad de cuantificar la
transpiración. Hay instrumentos que miden el movimiento de la savia para ver
cuánta agua está fluyendo por la planta, pero son costosos de realizar y dan
un resultado muy puntual. No es como medir la precipitación, donde podés poner
varios tachos en una parcela, ver cuánta agua cayó, hacer una estadística y
tener una idea bastante real de lo que sucede en toda la parcela.
Un instrumento que se utiliza
para medir el agua evapotranspirada es el lisímetro, que es como una balanza
que se coloca bajo una porción de tierra. Se controla cuánta agua entra al
suelo y cuánta se va por escurrimiento, y la variación del peso de la porción
de tierra está relacionado con el agua que se evapotranspiró. Es un
dispositivo complicado de instalar y utilizar, y además es muy costoso. Por
eso no existe una gran cantidad de ellos en el mundo.
Lo más simple para medirla es
hacer un balance de agua, es decir, tomar un volumen de suelo determinado y
ver cuánta agua entra y cuánta sale. Esta es una forma de obtener mediciones
indirectas, pero para hacerlo hay que ir viendo cómo varía la humedad en el
suelo. Sin embargo existen otras metodologías que son más sencillas y que
permiten hacer una estimación de la evapotranspiración. Se basan en obtener un
valor máximo (la evapotranspiración potencial) y luego se corrige para ver el
valor real. A partir de parámetros meteorológicos se calcula cuánto es lo
máximo que se evapotranspiraría en condiciones óptimas de suelo y planta, y
teniendo en cuenta las condiciones reales se lo ajusta. Estos métodos existen
desde hace unos 50 años y se han generado muchas fórmulas para las distintas
regiones y los diversos climas del planeta.
Y nosotros utilizamos nuestro
modelo, para poder ajustar el valor máximo a las condiciones reales del suelo
y la planta.
En realidad, si bien esto cubre
una gran parte de mi tesis, también desde hace tiempo venimos trabajando para
estudiar el fenómeno a otra escala, mucho más grande, una escala de cuenca,
tan grande como la Provincia de Buenos Aires. Para ello utilizamos una nueva
metodología que, a partir de mediciones de la gravedad terrestre, permite
calcular la evapotranspiración.
- Contanos algo para comprender este agregado a tu trabajo inicial
Hasta hace algunos años no se
podía medir con suficiente precisión la variación en el tiempo del campo de
gravedad. Ahora, mediante el uso de unos satélites se miden las pequeñas
variaciones (a gran escala) que existen mes a mes en cualquier región del
planeta. La gravedad depende de la distribución de toda la masa en la Tierra,
desde la masa que hay en el núcleo hasta las piedras más chicas. Y también
depende de la distribución de la masa de agua. Los cambios que se observan a
escala mensual en la gravedad pueden vincularse a las variaciones de agua en
las distintas capas que contienen agua: los océanos, la superficie, la
atmósfera, etc. Si uno saca las variaciones producidas por los océanos, por
la atmósfera y por el efecto de marea se puede tener una medida de cuánta es
el agua que está variando en los continentes. Esta variación incluye el agua
contenida en los acuíferos, el suelo, la superficie, las capas de hielo, etc.
Entonces, las pequeñas variaciones del geoide, la forma de la Tierra, se
atribuyen a los cambios en las masas de agua. Si uno se centra en una región puede
transformar las variaciones de gravedad en variaciones de masas de agua de
toda esa región.
Los cambios en la masa de agua
están relacionados con variaciones climáticas estacionales. Por ejemplo, si analizás
un año y observas el agua en una región, y la cuantificas, vas a ver que toma
un valor, luego desciende, luego vuelve a tomar el valor inicial, es decir, tiene
una periodicidad que es propia del ciclo del agua gobernada por el clima.
Entonces si considerás una región grande y utilizás estas mediciones junto
con datos de lluvia y de escorrentía, la única incógnita que te queda es el
agua que volvió a la atmósfera por evapotranspiración. En esta etapa estamos
utilizando esta metodología para cuantificar cuánto es lo que se evapotranspira
a gran escala. Si bien la tesis la comencé en el año 2007, trabajamos con los
datos del satélite “GRACE” desde el año 2008. Durante el año 2009 estuve trabajando
específicamente con estos datos para aplicarlos a calcular la variación de la
reserva de agua y la evapotranspiración. Y este nuevo desarrollo trabaja
también la Dra. Claudia Tocho, que actualmente es la especialista en
gravimetría en la facultad.
- Hablas de escalas casi planetarias y también de una escala puntual
Se puede estudiar el fenómeno a
distintas escalas. En general se estudia a una escala chica, como puede ser una
parcela, o como también podría ser una ciudad, aún cuando dentro de ella
podés tener variaciones en los resultados. Y lo mismo que se plantea a escala
de suelo, también se puede plantear a una escala más regional, como por
ejemplo una cuenca de un millón de kilómetros cuadrados, o mayor aún. Con las
mediciones satelitales determinamos un valor medio para toda la cuenca, y no uno
puntual (por ejemplo para cada ciudad) lo que nos permite ver qué es lo que
está sucediendo a nivel regional. Nosotros ahora nos circunscribimos a una
región, que es la cuenca del Río Salado bonaerense. Es una región grande ya
que tomamos la zona del Río Salado y otras cuencas que en conjunto suman más
o menos 300 mil kilómetros cuadrados, y que incluye gran parte de la provincia
de Buenos Aires, parte de La Pampa, San Luis, y el sur de Córdoba y Santa Fe.
Este es un ambiente que nos interesa ya que en su mayor parte es una llanura.
- ¿Cuáles son tus próximos pasos?
El paso siguiente es comenzar a
escribir la tesis y complementar los estudios hechos con algún análisis específico,
como por ejemplo, estudiar cómo es la evapotraspiración en distintos cultivos
típicos de Buenos Aires como la soja, el maíz o el trigo. Es un tema
interesante, sobre todo porque no existen en Argentina muchas metodologías
alternativas que permitan hacer este tipo de análisis. Y además posibilita seguir
mejorando el modelo de evapotranspiración, porque se le pueden ir incluyendo
mayor cantidad de detalles relacionados con la parte física y la parte
biológica del fenómeno. Una misma planta responde de distinta manera en
diferentes suelos o clima. También vamos a comparar los resultados de GRACE
con los que se obtienen a partir del uso de imágenes satelitales. En ese tema
se especiaza mi codirector de beca del CONICET, Raúl Rivas, que es geólogo
doctorado en física, y que trabaja en la Universidad Nacional del Centro, en
Tandil. Por otra parte, también estoy trabajando con el Dr. Pablo Antico,
meteorólogo de nuestra facultad, modelando como es la formación de un tipo de
niebla con el fin de poder llegar a predecirla. Para ello se necesita el
valor de la evapotranspiración, que es el vapor de agua que entra a la
atmósfera por el borde inferior.
-Empezamos la charla con una historia de agua y tomates. Podemos
cerrarla con más ejemplos.
Yo creo que son muy
ilustrativos algunos de estos ejemplos. Es que cada vez que dejamos correr el
agua que sale por la canilla, sentimos que se pierde mucha agua, y está bien
ser cuidadosos con su aprovechamiento, pero no es comparable con lo que se la
usa en la agricultura. Te doy otro ejemplo: para llegar a obtener un kilo de
carne vacuna se necesitaron 15000 litros de agua, que incluye el agua que
consumió la vaca durante su crecimiento, lo cereales que comió, etc. O por
ejemplo un vaso de cerveza, que requiere 75 litros de agua incluyendo tanto
lo que se insume en la materia prima como lo que se utiliza en la
fabricación.
¡No llegamos a tomar dimensión
del volumen de agua que se mueve en el ciclo! La evapotranspiración es una
importante parte del ciclo del agua, y como te conté, no está fuera del área
de interés de los estudios de un geofísico.
Andrés Cesanelli, 29 años.
Geofísico desde marzo de 2007, egresado de
la FCAG-UNLP
Becario de CONICET desarrolla su trabajo en el Departamento de Geofísica
Aplicada
Alumno del Doctorado en Geofísica de la
FCAG-UNLP
Jefe de Trabajos Prácticos de la
asignatura Geofísica General (1er. año de Geofísica)
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