Científicos utilizan isótopos del agua para mapear cambios en las lluvias de la Amazonía

Investigación de la Universidad Estatal Paulista indica que el monitoreo diario de las precipitaciones permite rastrear los orígenes de la humedad y puede servir de alerta ante períodos de sequía

Por Igor Zolnerkevic  |  Agência FAPESP – Las sequías históricas de 2023 y 2024 en la Amazonía no solo redujeron el caudal de los ríos, sino que alteraron la propia composición de la lluvia en la región. Así lo revela un monitoreo diario realizado en Manaos, capital del estado brasileño de Amazonas, que utilizó isótopos –una especie de “huella digital” del agua– para demostrar cómo El Niño y el calentamiento del Atlántico Norte afectaron el origen de la humedad y la dinámica de las precipitaciones.

El estudio, liderado por investigadores de la Universidad Estatal Paulista (Unesp), en Brasil, sugiere que los isótopos pueden señalar con antelación la llegada de períodos prolongados de sequía. Se trata de uno de los primeros estudios en retomar el uso de técnicas isotópicas en investigaciones hidroclimáticas en la Amazonía en más de 30 años.

Los isótopos son versiones más ligeras o pesadas de los átomos de un mismo elemento químico. Las moléculas de agua (H₂O) están formadas por átomos de los elementos hidrógeno y oxígeno. La mayoría de los átomos de hidrógeno posee un núcleo atómico formado por un solo protón. Sin embargo, los núcleos de una pequeña fracción de ellos son dos veces más pesados y están compuestos por un protón y un neutrón. De la misma manera, la mayoría de los núcleos de oxígeno está formada por ocho protones y ocho neutrones, aunque algunos pocos tienen nueve o diez neutrones. Por lo tanto, algunas moléculas de agua son más ligeras y se evaporan con un poco más de facilidad, mientras que otras, más pesadas, se condensan primero.

“Las proporciones entre los isótopos ligeros y pesados se modifican por la evaporación y la condensación del agua a lo largo del ciclo hidrológico”, explica la geógrafa Rafaela Rodrigues Gomes, doctoranda del Instituto de Geociencias y Ciencias Exactas (IGCE) de la Unesp en Rio Claro. Es la primera autora del trabajo publicado en junio en la revista Hydrological Processes, basado en su tesis de maestría, realizada con una beca de la FAPESP.

Su director tanto de maestría como de doctorado es el coordinador del Laboratorio de Recursos Hídricos e Isótopos Ambientales (LARHIA) de la Unesp, el geólogo Didier Gastmans. “Cada condición de temperatura, humedad y otras variables meteorológicas produce diferencias en la proporción de los isótopos, que pueden utilizarse como una huella digital del agua”, explica Gastmans.

Muestras diarias de lluvia almacenadas en vials (pequeños frascos) de 2 mL para su posterior análisis en laboratorio (foto: Rafaela Rodrigues Gomes)

Un hiato de décadas

Los estudios sobre la variación isotópica de la lluvia en la Amazonía Central comenzaron en la década de 1960, realizados principalmente por investigadores del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura de la Universidad de São Paulo (Cena-USP), en colaboración con el Organismo Internacional de Energía Atómica (IAEA, por sus siglas en inglés). Entre 1965 y 1990 se recolectaron muestras mensuales de lluvia en Manaos, aunque hubo interrupciones durante algunos años. La falta de financiamiento puso fin al programa.

“Recién ahora, a partir de 2020, gracias a los esfuerzos de nuestro grupo, del Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonía [Inpa], del Servicio Geológico de Brasil [SGB] y de otras instituciones, estamos implementando una nueva red de monitoreo en la región”, cuenta Gastmans. Parte del financiamiento de la red procede de un proyecto financiado conjuntamente por la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de Amazonas (Fapeam) y la FAPESP.

En el nuevo estudio, investigadores del Inpa recolectaron 207 muestras diarias de lluvia en Manaos entre marzo de 2023 y febrero de 2025. Las muestras se dividieron para su análisis en diferentes laboratorios: el LARHIA, el Centro de Isótopos Estables del Instituto de Biociencias de la Unesp, en su campus de Botucatu, y el Grupo de Hidrología de Trazadores de la Universidad de Texas en Arlington, Estados Unidos.

Para comprender su relación con los fenómenos atmosféricos, Gomes comparó los datos isotópicos con mediciones de variables meteorológicas locales, obtenidas mediante una estación meteorológica instalada junto al colector de lluvia. También cruzó esta información con datos y modelos meteorológicos globales proporcionados por el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo (ECMWF) y por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) de Estados Unidos.

Quién determina la lluvia

La investigadora concluyó que, durante los meses lluviosos de marzo, abril y mayo, las proporciones isotópicas están controladas por la denominada Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), una gran franja de nubes que rodea la Tierra cerca del ecuador y es responsable del 30 % de las precipitaciones del mundo. En esta época del año, la ZCIT se desplaza más hacia el sur, favoreciendo las masas de aire húmedo procedentes del Atlántico Norte. Estas masas producen sucesivos episodios de lluvia a lo largo de su trayectoria, desde el océano hasta Manaos, aumentando la proporción de isótopos ligeros.

Entre junio, julio y agosto, la ZCIT retrocede hacia el norte, dando paso a un tiempo más seco en la Amazonía. El estudio demostró que, durante esta estación, la proporción de isótopos pesados vuelve a aumentar, controlada por otro sistema atmosférico, la Alta Subtropical del Atlántico Sur (ASAS). Este sistema de alta presión favorece la entrada de masas de aire más secas, lo que da como resultado una menor cantidad de lluvias.

En los trimestres siguientes, las masas de aire húmedo proceden tanto del Atlántico Norte como del Atlántico Sur. De este modo, las variaciones isotópicas dejan de estar controladas por sistemas de gran escala y pasan a depender principalmente de condiciones meteorológicas locales, como el volumen de las precipitaciones. El agua de los episodios de lluvia de menor volumen contiene más isótopos pesados, ya que estos son los primeros en precipitar. Por otro lado, las tormentas más intensas terminan diluyendo la concentración de isótopos pesados. Además, la elevada humedad del aire amazónico reduce la evaporación, que eliminaría los isótopos ligeros de las gotas de lluvia, al mismo tiempo que el rápido ciclo de evaporación y condensación de las tormentas de verano favorece la concentración de isótopos pesados. La combinación de estos procesos hace que las concentraciones isotópicas varíen considerablemente en esta época del año.

“Trabajos de las décadas de 1970 y 1990 ya sugerían la influencia de la ZCIT y de las condiciones locales sobre los isótopos de la lluvia en Manaos, pero con las limitaciones tecnológicas de la época y de la frecuencia mensual de muestreo, que termina mezclando diversos procesos atmosféricos”, explica Gomes. “La innovación de nuestro trabajo fue el monitoreo diario, que permitió distinguir no solo el efecto de la ZCIT, sino también, por primera vez, el de la ASAS.”

Rafaela Rodrigues Gomes y Didier Gastmans instalando un colector de lluvia en la torre del experimento ATTO, en la Reserva de Uatumã, a 150 kilómetros de Manaos (foto: Didier Gastmans)

Anticipando las sequías

Gomes también comparó sus datos recientes con los obtenidos entre 1965 y 1990 y encontró algunos cambios con respecto a la composición isotópica del pasado, relacionados con un clima actualmente más cálido y seco. De hecho, entre 2023 y 2024, la Amazonía sufrió los peores períodos de calor y sequía prolongada registrados desde 1902.

Una de las principales causas de estas sequías extremas fue el calentamiento por encima del promedio de las aguas superficiales del océano Pacífico. Conocido como El Niño, este fenómeno natural ocurre, en promedio, cada dos a siete años y altera los patrones de vientos y precipitaciones en diversas regiones del planeta. Su intensidad es variable, pero el calentamiento global está aumentando la frecuencia de los eventos extremos.

En la Amazonía Central, El Niño aumenta la tendencia del aire húmedo a descender, dificultando la formación de nubes. En 2023 y 2024, este efecto se combinó con un calentamiento anormal del Atlántico Norte, conocido por desplazar la ZCIT hacia el norte, reduciendo la entrada de humedad en la región.

“También observamos, ya durante la estación lluviosa, una anticipación de la señal isotópica típica de la estación seca”, afirma Gomes. En un clima más cálido y seco, las gotas de lluvia se evaporan más, lo que aumenta la concentración de isótopos pesados. En 2024, cuando se produjo una sequía peor que la del año anterior, esta señal se observó en mayo, cuando históricamente debería aparecer únicamente en junio. “Este hallazgo refuerza el potencial de los isótopos estables como indicadores de alerta temprana de sequías prolongadas, especialmente en el contexto del cambio climático”, escriben los investigadores en el artículo.

“Puede ser un indicador de alerta adicional, de fácil obtención y costo relativamente bajo”, afirma Gastmans. Sin embargo, el investigador destaca la necesidad de realizar más observaciones para confirmar la recurrencia de la señal. “Cuando se trata del ciclo hidrológico, necesitamos series temporales largas, de 20 o 30 años”.

Colector de lluvia instalado en el Instituto Nacional de Investigaciones de la Amazonía (Inpa) (foto: Rafaela Rodrigues Gomes)

En su doctorado, iniciado en febrero y financiado por la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes), Gomes pretende ampliar su investigación sobre la influencia de la ZCIT y otros procesos atmosféricos en los isótopos más allá de Manaos, recolectando muestras de lluvia en 19 estaciones distribuidas por la Amazonía y regiones vecinas. Uno de los objetivos será comprender mejor los orígenes del vapor de agua procedente del Atlántico que llega a la Amazonía, recircula varias veces a través del bosque y posteriormente, tras encontrarse con la barrera de la cordillera de los Andes, se dirige hacia las regiones Centro-Oeste, Sudeste y Sur del país, contribuyendo a una parte considerable de sus precipitaciones, un fenómeno conocido como ríos voladores (lea más en: revistapesquisa.fapesp.br/es/la-danza-de-la-lluvia/).

El artículo Large-scale and local atmospheric controls on rainfall isotopic variability in an urban area of the Central Amazon puede leerse en: onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/hyp.70606.