Efectos del cambio climático en las regiones montañosas: conclusiones de las expediciones científicas FAO/OIEA en los Andes

Según el informe más reciente del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, de las Naciones Unidas, casi todos los glaciares del mundo han experimentado un retroceso desde la década de 1950. Se trata de un hecho sin precedentes en al menos los últimos 2000 años, explican los científicos, y muy probablemente tenga su origen en las actividades humanas que contribuyen al cambio climático.

Edson Ramírez mide los cambios morfométricos de las aguas fluviales en cuencas que tienen cubierta glaciar en Nevado Illampu, Cordillera Real (Bolivia). (Fotografía: Abraham Machaca)

Según el informe más reciente del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, casi todos los glaciares del mundo han experimentado un retroceso desde la década de 1950. Se trata de un hecho sin precedentes en al menos los últimos 2000 años, explican los científicos, y muy probablemente tenga su origen en las actividades humanas que contribuyen al cambio climático.

Desde 2014, el OIEA, en colaboración con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), ha prestado apoyo a 50 científicos de 12 países en la utilización de técnicas nucleares e isotópicas para estudiar cordilleras de hasta 6000 m de altitud en seis continentes y evaluar el impacto del cambio climático en los recursos edáficos e hídricos. Gracias a una red internacional de laboratorios creada para analizar e intercambiar los resultados de estos estudios, los encargados de adoptar políticas tienen acceso a información oportuna y precisa que les ayuda a elaborar estrategias a medida de adaptación al cambio climático y mitigación de sus efectos.

Para saber más sobre este tema, conversamos con Edson Ramírez, glaciólogo en la Universidad Mayor de San Andrés (Bolivia) y coordinador de los estudios FAO/OIEA en los Andes. A continuación presentamos sus reflexiones en relación con los resultados de los estudios sobre la situación de esta cordillera que se extiende a lo largo de siete países y alberga a 85 millones de personas:

¿Cómo ha afectado el cambio climático a los Andes?

En diciembre de 2019, glaciólogos del Grupo de Trabajo de Nieves y Hielos de la UNESCO, del Programa Hidrológico Internacional para América Latina y el Caribe, evaluaron el estado de los glaciares en los Andes, que recogieron en la Declaración sobre Glaciares y Cambio Climático (Portillo-Juncal, Chile). Transmitieron preocupación ante los indicios de un grave retroceso glaciar, la pérdida de espesor e incluso la desaparición de glaciares en la región. El retroceso de los glaciares se ha hecho notorio, con especial intensidad en las últimas cuatro décadas, debido al cambio climático. Los glaciares de la región andina —Bolivia, Colombia, Ecuador y Perú— han perdido, de promedio, más del 50 % de su cubierta desde la década de 1960. Asimismo, en los últimos diez años las tasas de retroceso y pérdida del espesor del hielo han seguido aumentando, especialmente en los Andes áridos y semiáridos de la Argentina y Chile.

El proyecto del OIEA ha permitido mejorar los conocimientos sobre el impacto del cambio climático en la criosfera (glaciares, permafrost y nieve) y sus efectos en los recursos edáficos e hídricos. ¿Por qué es importante este tipo de evaluación?

Gracias a ella podemos saber si los efectos del cambio climático en los ecosistemas de alta montaña, como glaciares, humedales, etc., pueden afectar a la disponibilidad de recursos hídricos. En la región andina, los recursos hídricos de montaña se utilizan para el consumo humano, la generación de energía y el riego. Por lo tanto, la disponibilidad de agua es clave para la seguridad alimentaria y la producción de energía. Prácticamente la mitad de la electricidad regional procede del potencial hidroeléctrico de los ríos andinos. La energía hidroeléctrica cubre entre un 70 % y 80 % de las necesidades de electricidad en Colombia; el 50 % de las necesidades del Perú; y el 45 % y 40 % del Ecuador y Bolivia, respectivamente.

¿Cuáles son, hasta el momento, los hallazgos más importantes de los estudios?

En Chile, Bolivia y el Perú, los científicos han ayudado a comprender mejor el impacto del cambio climático en los recursos edáficos e hídricos de la región altoandina. En los tres países se llevaron a cabo tres grandes campañas sobre el terreno en las que participaron científicos locales e internacionales y se recopilaron más de 800 muestras de suelos, sedimentos y hielo.

Las técnicas nucleares ayudaron a rastrear el origen y las vías de los sedimentos y a calcular la tasa de sedimentación de los lagos, embalses y humedales. A medida que el hielo de los glaciares retrocede, quedan expuestos nuevos sedimentos que, transportados por el agua de lluvia, pueden invadir las vías fluviales y contaminar los ríos y peces con metales pesados. Además, estos sedimentos pueden depositarse en los humedales y secarlos, con lo que podría empeorar su capacidad para capturar y regular el agua y, al mismo tiempo, convertirse en una fuente de emisiones de gases de efecto invernadero. Cuando se derrite el hielo, en un primer momento la cantidad de agua disponible río abajo aumenta. Posteriormente, el agua disminuye a medida que lo hacen las reservas de hielo, lo que reduce la cantidad de agua que se descarga en el río. La menor calidad y disponibilidad de agua afecta a las poblaciones locales, la producción de cultivos, el ganado y el turismo.

Algunos estudios realizados por científicos brasileños en el marco del proyecto también han hecho posible comprender mejor el impacto de los incendios forestales de la Amazonía en el deshielo de los glaciares andinos. Cuando las plumas de humo procedentes de los incendios forestales llegan al glaciar, oscurecen su superficie y, como consecuencia, este absorbe más energía solar y se intensifica el deshielo. La modelización combinada con mediciones in situ mostró que este fenómeno podría contribuir a aproximadamente un 5 % del deshielo de la superficie del glaciar Zongo de Bolivia.

Además, los estudios con técnicas isotópicas llevados a cabo sobre el terreno y en el laboratorio ayudaron a determinar qué tipos de suelos, usos del suelo y cubiertas tienen los niveles de emisión de gases de efecto invernadero más críticos si la temperatura sigue en aumento.

¿Cómo se utilizan las técnicas nucleares e isotópicas y qué las hace únicas para evaluar el impacto del cambio climático en regiones montañosas?

Las técnicas y métodos convencionales, como la medición de la redistribución de sedimentos, ya no bastan para evaluar, con suficiente nivel de detalle, los efectos del cambio climático en los recursos edáficos e hídricos en las regiones montañosas. Por lo tanto, el uso de técnicas isotópicas y nucleares, que son instrumentos muy fiables y precisos, ofrece un abanico de nuevas posibilidades para interpretar los cambios sutiles en los ecosistemas que estamos estudiando.

Se utilizaron técnicas nucleares basadas en la medición de los isótopos carbono 13, carbono 14 y nitrógeno 15 para determinar la antigüedad y la estabilidad del contenido de carbono orgánico del suelo. Cuando el carbono orgánico es inestable, el suelo puede emitir CO2 más fácilmente. Se llevaron a cabo en laboratorios diversos experimentos en los que se utilizaron muestras de suelos de diferentes emplazamientos con distintos climas, usos del suelo y tipos de suelo. Los científicos modificaron en el laboratorio los regímenes de temperatura y humedad del suelo para comprender cómo los cambios en las condiciones climáticas llevarían a un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, y también si el carbono antiguo, o únicamente el joven, sería una fuente de gases de efecto invernadero.

El cambio climático también influye en la distribución del sedimento. Los científicos midieron las tasas de sedimentación en cuerpos de agua naturales y artificiales con el objetivo de descubrir la magnitud de los efectos del cambio climático, por ejemplo, el retroceso de los glaciares, en este proceso. Las técnicas nucleares incluyeron diversos radionucleidos presentes en el suelo y los sedimentos que se utilizan para evaluar la degradación del suelo y la redistribución de los sedimentos en diferentes escalas temporales.

También se emplearon técnicas nucleares, junto con técnicas convencionales, para datar los sedimentos y comprender los cambios presentes y pasados en el clima y el paisaje. Entender el pasado permite predecir mejor las tendencias futuras.

¿Cómo puede el tipo de información recopilada en las expediciones apoyar la elaboración de estrategias de adaptación al cambio climático para los ecosistemas y las poblaciones locales?

Esperamos ofrecer pruebas nuevas, precisas y con base científica para que los encargados de adoptar decisiones establezcan políticas regionales a medida para la adaptación al cambio climático y la mitigación de sus efectos. El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y la FAO respaldan el diálogo que se entabla entre los ámbitos de la ciencia y las políticas a partir de los resultados. Los encargados de adoptar decisiones son parte del proceso y las poblaciones locales también mostraron un claro apoyo a nuestro trabajo, lo que nos anima a seguir.

Nuestros datos son útiles para elaborar planes de gestión de los recursos hídricos y gestionar las cuencas hidrográficas. Por ejemplo, si se controla la erosión de las cuencas hidrográficas —zonas de corrientes en las que la precipitación pasa a los ríos u otros cuerpos de agua— se reducirá la generación de sedimentos que pueden afectar a la capacidad de almacenamiento de los embalses que suministran agua para el consumo humano y la producción de energía hidroeléctrica.

Además, al comparar la “huella” del sedimento actual y el sedimento acumulado en los lagos proglaciales, que son lagos de agua dulce formados detrás de una presa de hielo o de los restos de tierra y material rocoso que deja un glaciar cuando se desplaza, se obtiene una visión de los cambios ocurridos con el tiempo en las fases de retroceso glaciar. Esto ayuda a elaborar posibles escenarios futuros, para los que se pueden establecer planes de gestión de cuencas hidrográficas.

David Choquehuanca, Vicepresidente de Bolivia, y Bernardo Gurarachi, el primer boliviano que llegó a la cima del Everest, expresaron pleno apoyo a nuestro proyecto, pues responde a la necesidad de generar pruebas científicas sobre los efectos del cambio climático en los recursos hídricos. Instituciones gubernamentales como el Ministerio de Medio Ambiente y Agua y la Autoridad Plurinacional de la Madre Tierra de Bolivia utilizarán los resultados obtenidos para elaborar políticas de adaptación al cambio climático.

Mediciones del flujo en humedales a gran altitud en Apolobamba (Bolivia), 2016. (Fotografía:  Edson Ramírez)

Una niña del pueblo de Tuni colabora en la preparación de muestras para su análisis durante una misión de expertos en Bolivia, mayo de 2017. (Fotografía: Edson Ramírez).

¿Cómo pueden científicos de todo el mundo utilizar los resultados de este trabajo y cuáles son las próximas etapas?

A través de una plataforma de intercambio en la Ciberplataforma de Aprendizaje para la Enseñanza y Capacitación en Red del OIEA, los expertos pueden acceder a datos para adoptar decisiones con base científica. La plataforma permite a investigadores y laboratorios de diferentes países disponer de datos organizados y sistematizados para llevar a cabo sus estudios a escala mundial.

En el proyecto conjunto FAO/OIEA que se desarrollará hasta 2023 colaboran un mayor número de participantes regionales de institutos de investigación y universidades, así como de encargados de adoptar decisiones y de miembros de la población local.

Esperamos con este proyecto comprender mejor el papel que desempeñan los humedades a gran altitud como reguladores del flujo del agua, gracias al uso de sondas de neutrones de rayos cósmicos, una nueva tecnología que permite medir de forma continuada el contenido de humedad del suelo en una zona amplia. También fortaleceremos y ampliaremos la red interregional de laboratorios e instituciones competentes para la evaluación y predicción de los efectos del cambio climático.

Una niña del pueblo de Tuni colabora en la preparación de muestras para su análisis durante una misión de expertos en Bolivia (mayo de 2017). (Fotografía: Edson Ramírez)

What are the key findings of the surveys, so far?

In Chile, Bolivia and Peru, scientists have helped to better understand the impact of climate change on land and water resources in the high Andes. Through three major field campaigns in the three countries, with participation of local and international scientists, more than 800 soil, sediment and ice samples were collected.

Nuclear techniques helped trace the origins and pathways of sediments and calculate the sedimentation rate of lakes, reservoirs and wetlands. New sediments become exposed after the ice of the glacier retreats. When these are transported by rainwater, they can invade waterways and pollute rivers and fish with heavy metals. They can also settle in and dry out wetlands, which may then become less suitable for capturing and buffering water, and at the same time they can become a source of greenhouse gas emissions. Downstream, when the ice melts, at first the water availability increases. The water then reduces as the stock of ice available decreases, reducing the amount of water discharged into the river. Reduced water quality and availability impact local populations, crop production, livestock and tourism.

Studies carried out by Brazilian scientists linked to the project have also made it possible to better understand the impact of Amazonian forest fires on the melting of glaciers in the Andes. As smoke plumes from forest fires reach the glacier, they darken its surface causing it to then absorb more of the sun's energy, and therefore amplify the melting. Modelling combined with in situ measurements showed that this phenomenon may contribute to approximately five per cent of the surface melting of the Zongo glacier in Bolivia.

Further, the surveys in field and laboratory using isotope techniques helped to identify types of soils, land use and cover being most critical for emitting greenhouse gases when temperature further increases.

How are nuclear and isotopic techniques used and what makes them unique in assessing the impact of climate change in mountainous regions?

Conventional techniques and methods, such as sediment redistribution measurement, are no longer sufficient to assess, at a fine level of detail, the impacts of climate change on soil and water resources in mountainous regions. Thus, the application of isotopic and nuclear techniques – highly reliable and precise tools – open a new window of possibilities to decipher subtle changes in the ecosystems we are studying.

Nuclear techniques based on the measurement of carbon-13, carbon-14 and nitrogen-15 isotopes were used to determine the age of soil’s organic carbon content and its stability. When organic carbon is not stable, the soil can release CO2 more easily. Various experiments were conducted in laboratories, using soil samples from the different study sites with varying climates, land use and soils. By changing temperature and soil moisture regimes in the laboratory, the scientists aimed to find out how changing climate conditions would lead to an increase in greenhouse gas emissions and as well as whether the old or just young carbon would be a source for greenhouse gases.

Climate change also has an impact on sediment distribution. Scientists measured sedimentation rates in natural and artificial water bodies, to find out how large the impact of climate change, such as retreating of glaciers, was on this process. Nuclear techniques included various radionuclides present in the soil and sediments, which are used to assess soil degradation and sediment redistribution in different time scales.

Nuclear techniques were also used – along with conventional techniques – to date sediments and understand past and current changes in climate and the landscape. Understanding the past allows to better predict future trends.

How can the kind of information gathered on the expeditions support the development of climate change adaptation strategies for ecosystems and local populations?

We expect to offer new, accurate science-based evidence for decision makers to establish tailor-made regional policies for climate change adaptation and mitigation. The United Nations Environment Programme and FAO support the science–policy dialogue resulting from the findings. Decision makers are involved and local populations also expressed clear support to our work, which is encouraging for us.

Our data are useful for developing water resource management plans and managing watersheds. For example, controlling erosion in hydrographic basins – the areas of streams where precipitation drains off into rivers or other bodies of water – will reduce the production of sediments that can compromise the storage capacity of reservoirs supplying water for human consumption and hydropower production.

Also, comparing “signatures” between the current and the accumulated sediment in proglacial lakes, which are freshwater lakes formed behind ice dams or the soil and rock material left behind by a moving glacier, offers a perspective over time of the changes that have occurred during the glacial retreat stages. This helps in developing possible future scenarios, for which watershed management plans can be established.

David Choquehuanca, the Vice-President of Bolivia, and Bernardo Gurarachi, the first Bolivian to reach the top of Mount Everest, both expressed their full support for our project, as it responds to the need to generate scientific evidence on the impacts of climate change on water resources. The results obtained will be used by government institutions such as the Ministry of the Environment and Water and the Authority of Mother Earth in Bolivia to develop policies for adaptation to climate change.

Flow measurements in high altitude wetlands in Apolobamba, Bolivia, 2016. (Photo:  Edson Ramirez)

A child from Tuni village helping the preparation of samples for analysis during an expert mission in Bolivia, May 2017. (Photo: Edson Ramirez.)

How can scientists globally use the results of this work and what are the next steps?

A sharing platform on the IAEA’s Cyber Learning Platform for Network Education and Training makes data available to experts for evidence-based decision making. It enables researchers and laboratories from different countries to have organized and systematized data to carry out their studies on a global scale.

The current FAO/IAEA project running until 2023 involves more regional participants from research institutes and universities, more decision makers and more members of the local population.

We expect now to gain a better understanding of the role played by high altitude wetlands as regulators of water flow, thanks to the use of Cosmic Ray Neutron Sensors, a new technology that can measure the moisture content of the soil in a wide area continuously. We will also strengthen and extend the interregional network of laboratories and competent institutions for the evaluation and prediction of climate change impacts.

A child from Tuni village helping the preparation of samples for analysis during an expert mission in Bolivia, (May 2017). (Photo: Edson Ramirez.)