¿Cómo contribuyen las técnicas nucleares a medir el cambio climático y adaptarse a él?

Ciencia nuclear en detalle

Las técnicas nucleares e isotópicas pueden ayudarnos a comprender mejor el mundo en que vivimos.

27 November 2023

Puja Daya, Oficina de Información al Público y Comunicación del OIEA

(Imagen: A. Vargas/OIEA)

Las técnicas nucleares e isotópicas pueden ayudarnos a comprender mejor el mundo en que vivimos. Los datos que recopilamos con ellas pueden servir para formular unas políticas basadas en la ciencia mejor enfocadas, por ejemplo, en relación con el cambio climático. Podemos estudiar los sistemas terrestres y acuáticos mediante diversas técnicas nucleares, a fin de evaluar los efectos del cambio climático en el medio ambiente.

Estas técnicas e instrumentos resultan efectivos para vigilar las emisiones de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO₂), el óxido nitroso (N₂O) y el metano (CH₄), comprender los cambios ambientales que se dan en los océanos o las montañas y en sus ecosistemas, y desarrollar maneras de adaptarse a una escasez de agua y de alimentos que se ve agravada por unas pautas meteorológicas cambiantes.

“Países de todo el mundo reconocen cada vez más el valor de utilizar técnicas nucleares para combatir diversos desafíos a los que se enfrentan debidos al cambio climático. Están descubriendo de primera mano lo beneficiosas que son las tecnologías promovidas por el OIEA”, declaró Najat Mokhtar, Directora General Adjunta del OIEA y Jefa del Departamento de Ciencias y Aplicaciones Nucleares.

Las técnicas isotópicas permiten recopilar datos para determinar, vigilar y gestionar las fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero y así comprender qué relación guardan con los cambios que suceden en la tierra, los océanos y toda la atmósfera. A continuación explicamos cómo.

¿Qué son los isótopos?

Los átomos de cada elemento químico tienen un número característico de protones, neutrones y electrones.

Los átomos con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones se denominan isótopos. Aunque tienen prácticamente las mismas propiedades químicas que el elemento original, su masa y sus propiedades físicas son distintas. Hay isótopos estables —que no emiten radiación— e isótopos inestables y radiactivos.

Se utilizan diversas técnicas nucleares para medir las cantidades y proporciones de isótopos y rastrear su origen, historia, fuentes e interacciones en el medio ambiente. Estas mediciones permiten a los expertos conocer mejor el funcionamiento de distintos ecosistemas.

Aquí encontrará más información acerca de los isótopos y sus usos.

Reducir las emisiones en la agricultura

Una cuarta parte de las emisiones de gases de efecto invernadero se origina en la agricultura, por ejemplo, cuando el ganado y los fertilizantes químicos liberan CH₄y N₂O, un gas que contribuye al calentamiento global 300 veces más que el CO₂. El exceso de fertilizante que se convierte en N₂O no solo influye en el calentamiento global, sino que además contamina la tierra y el agua dulce. Las técnicas nucleares son útiles para evaluar la cantidad y la calidad de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los isótopos pueden ayudar a determinar la cantidad de fertilizante que absorben las plantas y, así, reducir la cantidad de fertilizante aplicado y el volumen de N₂O emitido.

En este artículo sobre la reducción de emisiones de gases de efecto de invernadero mediante técnicas nucleares encontrará más detalles al respecto.

Reforzar la producción de cultivos

El cambio climático ha generado unas condiciones de extrema sequedad en muchos países, y por ello es importante comprender cómo la sequía está afectando al crecimiento de los cultivos bajo esas nuevas circunstancias y ayudar a encontrar maneras de ahorrar agua. Aquí le explicamos por qué es importante el agua.

Los isótopos se utilizan para evaluar el estado y el movimiento del agua en el suelo, a fin de comprender cómo es posible producir unos cultivos resistentes en condiciones cambiantes. Esto ayuda a las comunidades a adaptarse a un entorno seco y a utilizar satisfactoriamente métodos más baratos y eficaces, como el riego por goteo.

La irradiación gamma y con rayos X, que aceleran el proceso natural de modificación genética, se utilizan en el fitomejoramiento por inducción de mutaciones para desarrollar nuevas variedades de cultivo resistentes o tolerantes a la sequía, la salinidad, la enfermedad y las plagas. Se tratan las semillas y otros materiales vegetales para inducir modificaciones genéticas similares a las de las mutaciones espontáneas, lo que da como resultado unas variedades mejoradas de alto rendimiento y unos cultivos mejor adaptados a los cambios en el clima.

Aquí encontrará más información sobre el uso de técnicas nucleares en favor de una agricultura climáticamente inteligente.

El estudio de los océanos

El océano absorbe una cuarta parte del CO₂ liberado a la atmósfera, lo que permite almacenar en él 50 veces más CO₂ que en la atmósfera. Esas mayores cantidades de CO₂ provocan la acidificación de los océanos, que puede afectar a los organismos marinos que no están acostumbrados a condiciones de acidez, y este fenómeno tiene consecuencias en ecosistemas enteros, en la cadena alimentaria y, en último término, en los medios de subsistencia de las comunidades que dependen del océano. Cuando el agua se vuelve demasiado ácida, las condiciones llegan a ser destructivas para los organismos.

Para estudiar el océano y su acidificación se emplean técnicas nucleares e isotópicas. Estas ayudan a evaluar la capacidad del océano para almacenar carbono, el impacto de la acidificación en los organismos marinos, los cambios que ha habido en la acidez de los océanos y las consecuencias en futuros escenarios climáticos. Los radioisótopos estables y naturales se utilizan para entender el ciclo del carbono, incluidas las fuentes y el destino de la materia orgánica.

Cuando los científicos y encargados de formular políticas disponen de esos conocimientos, se encuentran mejor preparados para reaccionar a los cambios y proteger la vida en el océano.

Aquí encontrará más información sobre las diferentes técnicas a las que se recurre para comprender los océanos.

Comprender las reservas de agua

El cambio climático afecta tanto a las fuentes de lluvia de todo el mundo como a la distribución de esta lluvia, y esto produce cambios en el caudal fluvial y en la recarga de aguas subterráneas. La hidrología isotópica sirve para comprender cómo se recargan los acuíferos de aguas subterráneas y cuán vulnerables pueden ser al cambio climático. Estos datos ayudan a proteger y conservar los sistemas de aguas subterráneas.

La hidrología isotópica examina la composición isotópica del hidrógeno y el oxígeno en el agua. Como la composición isotópica del agua es única según el momento y el lugar en el que se produjo la lluvia de la que procede el agua, esta técnica permite rastrear el origen de ese elemento y proteger así su fuente.

Otros isótopos se utilizan para determinar la edad del agua que se encuentra en distintos sistemas acuíferos. Al evaluar su edad, los científicos pueden discernir la mejor manera de gestionar el abastecimiento de agua para garantizar su sostenibilidad a largo plazo.

Aquí encontrará más información sobre el uso de la hidrología isotópica.

¿Qué función desempeña el OIEA?

El OIEA se sirve de la ciencia y la tecnología nucleares para ayudar a los países a vigilar y mitigar los efectos del cambio climático y adaptarse a ellos. Proporciona orientaciones sobre cómo preservar y rehabilitar el medio ambiente, y sobre cómo difundir investigaciones e información en apoyo de la formulación de políticas.
El Centro Conjunto FAO/OIEA de Técnicas Nucleares en la Alimentación y la Agricultura trabaja para desarrollar y seguir mejorando las técnicas nucleares e isotópicas a fin de intensificar la producción agrícola y conservar los recursos naturales. Al mismo tiempo, el OIEA fortalece la capacidad de expertos de todo el mundo en relación con el uso de estas técnicas.
El OIEA administra el Centro Internacional de Coordinación sobre la Acidificación de los Océanos, que fomenta la creación de capacidad para el estudio científico de la acidificación de los océanos y la comunicación mundial al respecto.
Los Laboratorios del OIEA para el Medio Ambiente emplean técnicas nucleares e isotópicas para comprender mejor el ciclo global del carbono y estudiar la capacidad del almacenamiento de carbono del océano y sus repercusiones en futuros escenarios climáticos.
En colaboración con la Organización Meteorológica Mundial, el OIEA gestiona la Red Mundial sobre Isótopos en la Precipitación, que ofrece asesoramiento científico y apoyo técnico sobre hidrología isotópica y se ocupa de cuestiones logísticas conexas.

Si desea saber más sobre la tecnología nuclear y su relación con el cambio climático, lea este número del Boletín del OIEA.

Este artículo se publicó por primera vez en iaea.org/es el 6 de octubre de 2021.

What are isotopes?

The atoms of each chemical element have a characteristic number of protons, neutrons and electrons.

Atoms with the same number of protons but different number of neutrons are isotopes, which share almost the same chemical properties but differ in mass and physical properties. There are stable isotopes – they do not emit radiation – and there are unstable, radioactive isotopes.

Different nuclear techniques are used to measure the isotopes’ amounts and proportions and to trace their origin, history, sources and interactions in the environment. Through these measurements, experts can gain a better understanding of the functioning of various ecosystems.

Learn more about isotopes and their uses here.

Reducing emissions in agriculture

A quarter of greenhouse gas emissions originate in agriculture, including through the release of CH₄and N₂O – a gas 300 times more potent than CO₂ in terms of leading to global warming – from livestock and chemical fertilisers. Excess fertiliser turning into N₂O not only contributes to global warming but also pollutes soil and fresh water. Nuclear techniques are helpful to assess emissions of greenhouse gases in quantity and quality.

Isotopes can help identify the amount of fertiliser that plants take up and, therefore, reduce the amount of fertiliser applied and the volume of N₂O released.

See this article on reducing greenhouse gas emissions with nuclear techniques for more details.

Strengthening crop production

Climate change has led to extremely dry conditions in many countries, making it important to understand how drought is affecting the growth of crops under these new conditions and to help find ways to save water. See why water matters.

Isotopes are used in assessing the status and movement of water in soil to understand how strong crops can be produced under changing conditions. They help communities adapt to dry conditions and successfully use cheaper and more effective methods such as drip irrigation.

By speeding up the natural process of genetic change, gamma and X-ray irradiation are used in plant mutation breeding to develop new crop varieties resistant or tolerant to drought, salinity, disease and pests. Seeds and other plant material are treated to induce genetic changes similar to spontaneous mutations, resulting in improved varieties of high yield and crops better adapted to climate changes.

Read more about the use of nuclear techniques for climate-smart agriculture.

Studying oceans

The ocean absorbs one quarter of CO₂ released in the atmosphere, allowing 50 times more CO₂to be stored in the ocean than in the atmosphere. Increased amounts of CO₂ lead to ocean acidification, which can affect marine organisms that are not used to acidic conditions, impacting entire ecosystems, the food chain and eventually livelihoods of communities dependent on the ocean. When the water becomes too acidic, conditions become destructive to organisms.

Nuclear and isotopic techniques are used to study the ocean and ocean acidification. They help evaluate the ocean’s capacity to store carbon, acidification’s impact on marine organisms, past changes in ocean acidity and impacts on future climate scenarios. Stable and naturally occurring radioisotopes are used to understand the cycling of carbon, including the sources and fates of organic matter.

Armed with this understanding, scientists and policy makers are in a better position to react to the changes and protect life in the ocean.

Further information on the different techniques used to understand oceans can be found here.

Understanding water reserves

Climate change affects the sources and distribution of rain worldwide, leading to changes in river flow and in the replenishment of groundwater. Isotope hydrology is used to understand how groundwater aquifers are replenished and how vulnerable they may be to climate change. This data helps protect and conserve groundwater systems.

Isotope hydrology examines the isotopic composition of hydrogen and oxygen in water. Because the isotopic makeup of water is unique with respect to the time and location of the rain from where the water originates, this technique can track where the water comes from, so its source can be protected.

Other isotopes are used to date the age of water hosted in different aquifer systems. By evaluating the age of water, scientists can understand how to best manage water supplies to ensure their long-term sustainability.

Find out more on the use of isotope hydrology.

What is the role of the IAEA?

The IAEA uses nuclear science and technology to help countries monitor, mitigate and adapt to climate change. It gives guidance on how to preserve and restore the environment, as well as disseminate research and information to aid policy making.
The Joint FAO/IAEA Centre of Nuclear Techniques in Food and Agriculture works to develop and further improve nuclear and isotopic techniques to intensify agricultural production and preserve natural resources, while the IAEA builds the capacity of experts around the world in the use of these techniques.
The IAEA maintains the Ocean Acidification International Coordination Centre, advancing capacity building and global communication in ocean acidification science.
IAEA’s Environment Laboratories use nuclear and isotopic techniques to better understand the global carbon cycle, study the ocean’s carbon storage capacity and its impacts on future climate scenarios.
Partnering with the World Meteorological Organization, the IAEA operates the Global Network of Isotopes in Precipitation, which contains scientific advice, logistics and technical support in isotope hydrology.

To find out more about nuclear technology and its relation to climate change, read this edition of the IAEA Bulletin.

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