incendios en sudamrica: impactos regionales y globales

QUEMA DE BIOMASA EN SUDAMÉRICA: IMPACTOS REGIONALES Y GLOBALES;
MIELNICKI, D.M.1, CANZIANI, P.O.1,2;
1. PROGRAMA DE ESTUDIOS DE LOS PROCESOS ATMOSFÉRICOS EN EL CAMBIO GLOBAL / PONTIFICIA
UNIVERSIDAD CATÓLICA ARGENTINA, 2. CONICET;
ARGENTINA;
[email protected];
CAP.GRAL. RAMÓN FREIRE 183; CP 1426; BUENOS AIRES.
Mediante mediciones satelitales se ha encontrado que en el mundo se producen 1.500.000 focos de
incendios por año. En Sudamérica, durante los meses de agosto a octubre se detectan entre 1000 y 5000
focos de incendio cada día. Esta gran cantidad de incendios es la principal causa de contaminación del
aire a escala regional y la principal fuente de gases de efecto invernadero en Sudamérica. Algunos
incendios se realizan para la quema de pastizales y residuos agrícolas o por causas accidentales, pero
una gran parte son para deforestación y desmonte por el avance de la frontera agropecuaria. Mientras
que los efectos de los incendios en escala local son conocidos en mayor o menor grado: daños a los seres
humanos y sus propiedades, daños a los animales, efectos sobre los suelos, los ecosistemas, la
biodiversidad; hasta ahora prácticamente no se tienen en cuenta los impactos regionales y globales, cuyo
estudio es reciente. Entre los impactos regionales se encuentra el transporte de contaminantes
atmosféricos por los vientos a grandes distancias: el humo de incendios en Mato Grosso, Brasil y Bolivia,
sumado al de incendios en Paraguay y Argentina puede llegar tan al sur como Bahía Blanca, Argentina. A
partir de las emisiones de los incendios se genera ozono troposférico dañino, que afecta a la vegetación
natural, los cultivos y a la salud humana y animal. El material particulado afecta el ciclo hidrológico y
disminuye la radiación solar sobre los cultivos. El principal efecto global es la emisión de gases de efecto
invernadero, que afecta al clima del planeta, lo cual produce cambios que a su vez pueden producir
condiciones que favorezcan aún más la ocurrencia de incendios. Estos procesos se estudian mediante
datos e imágenes satelitales. La difusión de estos impactos puede contribuir a la toma de conciencia
necesaria para la prevención de incendios.
QUEMA DE BIOMASA EN SUDAMÉRICA: IMPACTOS REGIONALES Y GLOBALES
1
MIELNICKI, D.M.1, CANZIANI, P.O.1,2
PROGRAMA DE ESTUDIOS DE LOS PROCESOS ATMOSFÉRICOS EN EL CAMBIO GLOBAL / PONTIFICIA
UNIVERSIDAD CATÓLICA ARGENTINA
2
CONICET
[email protected]
1. INTRODUCCIÓN
La quema de biomasa implica en este trabajo la quema de vegetación viva o muerta por medio
de incendios, incluyendo pastizales, bosques y residuos agrícolas.
No se considera aquí la quema de
biomasa debida al uso de biocombustibles, utilizados en reemplazo de combustibles fósiles ni la quema
de biomasa de origen vegetal o animal para obtención de energía de uso doméstico.
El fuego y sus impactos sobre la atmósfera y el clima terrestre, han existido desde la evolución de
las plantas terrestres hace 350 -400 millones de años [Brasseur y otros, 2003]. Antes del desarrollo de
las sociedades humanas, el fuego se producía por rayos, especialmente en períodos secos.
Pero
actualmente el fuego es principalmente el resultado de actividades humanas: parte de los incendios son
causados por negligencia o intencionalmente, pero una gran proporción son utilizados para deforestar los
bosques y convertir la tierra a usos agrícola- ganaderos, o para la quema de residuos agrícolas.
Alrededor de 1.500.000 de focos de incendios por año se detectaron en todo el mundo mediante
el
instrumento satelital MODIS/Terra en los años 2001 a 2003. La mayor parte (60 a 70 %) se
produjeron en sabanas, pastizales y matorrales,
un 8 a 11% ocurrieron en regiones agrícolas y
aumentaron de 11% en 2001 a 22% en 2003 los incendios en regiones forestales [Korontzi y otros,
2006].
En Sudamérica se registran durante los meses de mayor quema (agosto a octubre) entre 1000 y
5000 focos de incendio por día, y según los vientos, se forman verdaderos “ríos de humo” [Sinha y otros,
2004; Mielnicki y otros, 2005b] que transportan las emisiones contaminantes a grandes distancias.
Los efectos de la deforestación y los incendios sobre la atmósfera y el clima comenzaron a
conocerse a fines de la década del 70’ y comienzos de los 80’ [Crutzen y otros, 1979] y a estudiarse
seriamente a través de campañas de mediciones
desde
la década del 90’.
En Sudamérica se han
efectuado y se realizan estudios en la región amazónica, a través del LBA (Large Scale Biosphere
Atmosphere Experiment)[Avissar y Nobre, 2002] pero sólo recientemente se han comenzado a analizar
los impactos atmosféricos de la intensa quema y el transporte de contaminantes en el sur de Sudamérica
[Mielnicki y otros, 2005a; Mielnicki y otros, 2005b; Boian, 2005; Edwards y otros , 2006 a].
En este trabajo (sección 3) se analizan los incendios detectados satelitalmente en Brasil, Bolivia,
Paraguay y Argentina entre enero de 2001 y julio de 2006, su ciclo estacional y distribución geográfica y
algunas situaciones particulares en las que el transporte de contaminación se extiende a grandes
distancias. La quema en estos países es la que tiene mayor influencia en la generación de contaminantes
que afectan el sur del continente sudamericano. Los incendios al oeste de la Cordillera de los Andes,
aunque pueden tener un gran impacto local o incluso de carácter global, no afectan al continente debido
a la presencia de la cordillera de Los Andes. En Uruguay los incendios no son una práctica común y por
lo tanto su número es muy bajo.
Los impactos ambientales que producen las emisiones de los incendios en escala regional y
global, entre los que se destacan los aerosoles y su influencia sobre el ciclo hidrológico, la formación de
ozono troposférico dañino y la emisión de gases de efecto invernadero se discuten en la sección 4.
2. DATOS
Los datos satelitales tienen en general diferente cobertura debido a la órbita del satélite, sus
horarios de paso, el ancho de barrido transversal a la trayectoria, la sensibilidad de los algoritmos de
detección, la nubosidad (que impide las mediciones) y por lo tanto muchas veces no se dispone de las
mediciones necesarias. Utilizando datos de distintas fuentes (distintos instrumentos, distintos satélites)
en conjunto con el análisis de la situación meteorológica y cálculo de trayectorias, es posible lograr una
comprensión más acabada de la situación general y de cada una de las situaciones en particular. Debido
a estos inconvenientes, los datos que se detallan a continuación representan un piso estadístico de la
incidencia de incendios y sus impactos.
2.1 FOCOS DE INCENDIOS
Para la determinación de los focos de incendio se utilizan datos de distintas fuentes satelitales:
ATSR/ERS2, AVHRR/NOAA12, MODIS/Terra y Aqua. El ATSR /ERS-2, debido a que cubre la superficie del
planeta cada 3 días, y la detección es nocturna, subestima ampliamente la cantidad de incendios. Los
datos de detección de incendios del MODIS tiene una mejor cobertura, este instrumento se encuentra a
bordo de dos satélites, el Terra y el Aqua. También se utilizan los datos del AVHRR/NOAA-12. En todos
los casos la resolución es de 1 km2. El
tamaño mínimo de los incendios detectados es de 1000 m2,
aunque puede llegar a ser de 50 a 100 m2 en condiciones excepcionales. Si la superficie quemada es
mayor, de todas maneras se registra un solo foco dentro del pixel de 1 km2 [Giglio, 2005]. La cobertura
nubosa impide la detección de los focos.
2.2 MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
El compuesto que se emite principalmente en los incendios es el dióxido de carbono (CO2), 8090% del total de carbono emitido [Andreae y Merlet, 2001] y el monóxido de carbono representa el 5-8%
del carbono emitido según el tipo de incendio (llama o brasa) y el tipo de vegetación (sabana o bosque).
Pero no es posible medir el dióxido de carbono satelitalmente mientras que el monóxido de carbono (CO)
se mide con el instrumento MOPITT (Measurement Of Pollution in The Troposphere) a bordo del satélite
Terra desde marzo de 2000. Este compuesto tiene un tiempo de vida de aproximadamente 2 meses y su
principal fuente en Sudamérica es la quema de biomasa, por lo que es posible utilizarlo como trazador de
la contaminación producida.
El MOPITT mide el CO en 6 niveles (850, 700, 500,350,250 y 150 mb),
aunque solo son independientes dos capas: la troposfera baja y la alta. Las mediciones no son sensibles
en la capa límite sino que se mide el CO una vez que alcanza la troposfera libre. En particular en el sur de
Sudamérica, se utilizan los valores en 850 mb, ya que se estableció mediante el cálculo de trayectorias
que este nivel es el más representativo de la situación real [Mielnicki, 2004].
2.3 AEROSOLES
Un aerosol es una suspensión estable de un sólido o un líquido en un gas, en este caso aire. Las
partículas atmosféricas van desde tamaños de nanómetros a cientos de micrómetros (10-9 a 10-4 m).
Los aerosoles finos, con radios menores a 0,5 μm se forman directa o indirectamente por
procesos de combustión, tanto de combustibles fósiles como de biomasa, mientras que las partículas
gruesas, con radios de 1 a 10 μm, son comúnmente polvo o aerosoles marinos, de origen natural.
[Kaufman y otros, 2002]. Actualmente es posible diferenciar en las mediciones satelitales del instrumento
MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo de los satélites Terra y Aqua los
aerosoles finos de los gruesos. Las mediciones de estos instrumentos con una resolución de 10x10 km,
cubren totalmente la superficie terrestre en 1-2 días, aunque se utilizan solo los datos correspondientes
a las horas diurnas locales. Las mediciones no son sensibles a la distribución vertical y en general son
indicativas de las concentraciones de aerosoles en la capa límite atmosférica cercana a las fuentes
[Edwards y otros, 2004].
En toda Sudamérica, exceptuando la Patagonia donde se detectan altas concentraciones de
aerosoles gruesos (polvo), los aerosoles son finos, y están altamente correlacionados con la quema de
biomasa y no con la quema de combustibles fósiles de origen industrial [Mielnicki y otros, 2005a].
2.4 DATOS METEOROLÓGICOS Y CÁLCULO DE TRAYECTORIAS
Se utilizan datos de reanálisis del NCEP (National Center for Environmental Prediction, EEUU) y
ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecast) para
evaluar las situaciones
meteorológicas.
El cálculo de trayectorias se realiza con un modelo propio de advección 3D [Factorovich, 2006],
utilizando los productos ERA 40 de 2,5 º de resolución del ECMWF.
3. FOCOS DE INCENDIOS EN SUDAMÉRICA
En esta sección se presentan el ciclo anual y la distribución geográfica de los focos de incendios
detectados satelitalmente y algunas situaciones en las que se produjeron un alto número de incendios y
el transporte de sus contaminantes
a grandes distancias, analizadas también mediante información
satelital.
Debe tenerse presente que los focos de incendios en Sudamérica presentan un ciclo diario, con un
máximo alrededor de las 17.45 UTC, como puede observarse en las mediciones realizadas con el GOES 8
(http://cimss.ssec.wisc.edu/goes/burn/time-series.html), por lo que no es posible hacer comparaciones
absolutas entre sí los resultados de distintos instrumentos o distintos horarios de paso de los satélites.
3.1 CICLO ANUAL Y DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA DE FOCOS DE INCENDIOS
Los incendios tienen un ciclo anual que está fuertemente relacionado con los ciclos estacionales
regionales de temperatura y fundamentalmente de precipitaciones. Estos ciclos a su vez dominan las
prácticas culturales que llevan a realizar las quemas agrícolas y el desmonte.
En las situaciones de desmonte, al comienzo de la estación seca se cortan los árboles más
pequeños y se dejan secar para mantener la combustión de los árboles más grandes.
Dos o tres meses
después la vegetación está suficientemente seca y se produce el pico de incendios [Carvalho y otros,
2001].
En la figura 1 se presentan los focos de incendios mensuales detectados por el instrumento
satelital AVHRR/NOAA12 entre enero de 2001 y julio de 2006 en Argentina, Bolivia, Paraguay y Brasil.
Es importante destacar la diferencia de magnitud entre la cantidad de focos entre los países: mientras
que en los tres primeros los valores máximos son de 4000 a 8000 focos (excepto Bolivia en setiembre
2004), en Brasil se superan casi todos los años los 60.000 focos mensuales en el mes de setiembre.
La forma de las curvas varía debido a la gran extensión de estos países y a los distintos tipos de
biomasa quemada.
Puede observarse un incremento en el número de incendios en el año 2003 en Argentina, que
podría deberse a la intensificación del desmonte por el “boom” de la soja debido al incremento de su
precio ese año. En el 2004 y el 2005 hubo intensas sequías en Bolivia, que llevaron a la propagación y el
descontrol de los incendios (ver sección
3.2.4). Sin embargo la variabilidad interanual es baja
Jul-06
Abr-06
Ene-06
Oct-05
Jul-05
Paraguay
Abr-05
Ene-05
Oct-04
Jul-04
Abr-04
Ene-04
Oct-03
Jul-03
Abr-03
Ene-03
Oct-02
Jul-02
Abr-02
Ene-02
Oct-01
Jul-01
Abr-01
Bolivia
Brasil
80000
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
Jul-06
Abr-06
Ene-06
Oct-05
Jul-05
Abr-05
Ene-05
Oct-04
Jul-04
Abr-04
Ene-04
Oct-03
Jul-03
Abr-03
Ene-03
Oct-02
Jul-02
Abr-02
Ene-02
Oct-01
Jul-01
Abr-01
0
Ene-01
Cantidad de focos de incendio
A
B
Argentina
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
Ene-01
Cantidad de focos de incendio
comparada con otras regiones del hemisferio sur [Edwards y otros, 2006b].
Figura 1. Cantidad de focos de incendios mensuales detectados por el AVHRR/NOAA-12 entre enero de 2001
y julio de 2006 en A) Argentina, Bolivia y Paraguay y B) Brasil. Nótese la diferencia de escala entre ambos
gráficos.
En Sudamérica se distinguen distintas regiones de incendios, como puede observarse en la figura
2 en la que se presentan los incendios mensuales del año 2005:
a) Al norte del Amazonas la quema se produce principalmente entre diciembre y mayo, con los
máximos entre febrero y abril.
b) En la región al sudeste de la desembocadura del Amazonas, entre setiembre y enero.
c) En el centro de Sudamérica, Bolivia, Paraguay, centro-norte de Argentina y la región del Mato
Grosso en Brasil, los incendios se producen entre julio y diciembre, con máximos entre agosto y octubre.
d) En Argentina y Paraguay existe un máximo adicional en enero (que se extiende en general
hasta marzo), como consecuencia de los incendios de pastizales en la región oeste de la zona pampeana
y las quemas de residuos agrícolas. Los incendios de bosques patagónicos, que también se producen en
esta época y que contribuyen a este máximo, son en general en áreas pequeñas aunque pueden tener
emisiones importantes. En el año 2005 los focos en Paraguay fueron particularmente importantes, así
como en las provincias de Misiones, Corrientes, Chaco y Formosa, Argentina y en Mato Grosso, Brasil (ver
fig. 2 febrero y marzo), debido a la intensa sequía en la región.
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SET
OCT
NOV
DIC
Figura 2. Distribución geográfica de los focos de incendio MODIS/Terra en Sudamérica
a lo largo del año 2005. Los puntos rojos representan los focos detectados y no se
encuentran graficados a escala.
3.2 ALGUNOS ANÁLISIS DE SITUACIONES
Se analizan algunas situaciones particulares en las que los incendios en diversas regiones del
centro de Sudamérica produjeron grandes emisiones contaminantes y el transporte del mismo a grandes
distancias. En estos casos, debido a la topografía del continente sudamericano, se forman “ríos de
humo”, con un transporte de la contaminación hacia el sudeste. En las demás regiones del hemisferio sur
(África del Sur, Australia, Continente Marítimo) se producen quemas aproximadamente en la misma
época, también con transporte hacia el sudeste, lo que genera un cinturón de contaminación alrededor de
todo el planeta en las latitudes centradas en 40º S [Edwards y otros, 2006a].
3.2.1. 29 DE SETIEMBRE DE 2000
El 29 de setiembre de 2000 se registraron altas concentraciones de monóxido de carbono (CO)
en el noreste argentino: al sur de 28º S hubo más de 500 mediciones individuales del MOPITT superiores
a 150 ppbv, con un máximo de 320 ppbv (fig.3). Aunque estas concentraciones de CO no son nocivas
por sí mismas, el CO es un trazador de la contaminación troposférica por lo que se buscó determinar su
origen.
Aunque se produjeron numerosos incendios en la zona central de Argentina los días anteriores
(el NOAA-12 detectó 367 focos de incendios el 27/9 y 258 el 28/9), el día 29 la cantidad de incendios
disminuyó (105 focos) y estos se produjeron al oeste de la zona afectada por el CO.
Se realizó el cálculo de las trayectorias 3D hacia atrás, en base a un modelo propio forzado con
productos del ERA-40, para determinar el origen de la masa de aire contaminada.
Para niveles de
presión finales mayores a 850 mb, se encontró que el aire proviene del este de Brasil desde baja altura
(fig. 4a).
Para niveles finales de 850 mb, se produce una convergencia sobre la frontera de Brasil y
Paraguay de aire proveniente de zonas con alto número de incendios en Brasil y Bolivia el 26/9/2000, y
luego una corriente en chorro hacia el sur (fig. 4b).
En este caso, la intensificación de la baja del noroeste argentino y la posición del anticiclón de
Atlántico (fig. 5), generan una situación de Jet de Capas Bajas Chaco [Salio y otros, 2002] que impulsa el
transporte de productos de la quema de biomasa desde Bolivia y Brasil, hacia regiones altamente
pobladas de Argentina.
Figura 3. Concentraciones de CO (ppbv) en 850 mb el 29/9/2000.
Figura 4. Trayectorias hacia atrás desde el 29/9/2000 15 UTC, zona 31 a 32 S, 58 a 60 W; a) 3 días desde
900-950 mb , cantidad de incendios ATSR desde el 26 al 28/9/2000; b) 6 días desde 850 mb , cantidad de
incendios ATSR desde el 22 al 24/9/2000.
Figura 5. Geopotencial medio entre el 27 y el 30 de setiembre de 2000 en 1000 mb (datos
NCEP).
3.2.2. AGOSTO 2002
Durante el mes de agosto de 2002 hubo 47300 incendios en Brasil, 5300 en Bolivia, 4200 en
Paraguay y 3700 en Argentina. El alto número de incendios en Argentina, sumado al ingreso de
productos de quema de biomasa por transporte desde el norte, produjo altas concentraciones de CO y
aerosoles en varias ocasiones en el norte de este país (Fig. 6 a, b, d, e). En la figura 6 c y f, puede verse
en las imágenes satelitales del MODIS en color natural, la dispersión del humo producido en los incendios
a través Bolivia, Paraguay y Argentina. El humo en esta escala se diferencia claramente de las nubes por
su textura y coloración más grisácea y las altas concentraciones de aerosoles confirman que no se trata
de nubosidad. Las figuras de aerosoles presentadas indican el espesor óptico de aerosoles totales, pero
las fracciones de aerosoles finos, correspondientes a la quema de biomasa son superiores al 95%.
En la figura 7 se muestran las trayectorias 5 días hacia atrás desde las zonas con altas
concentraciones de CO el día 27/8/2002.
Estas muestran el transporte de productos de la quema de
biomasa desde el norte, que se suman a los producidos por los incendios locales (puntos rojos en la
figura 6 f).
Estas dos situaciones muestran como las condiciones meteorológicas de viento norte, que
produce condiciones favorables para los incendios [Kunst y otros, 2003], a su vez favorecen el traslado
de la contaminación.
Figura 6. a, d) Concentraciones de CO (ppbv) en 850 mb el 18 y el 27/8/2002 (datos MOPITT); b, f) espesor
óptico de aerosoles (adimensional, MODIS/Terra); c, g) imágenes satelitales MODIS en color natural, en las
mismas fechas. Los puntos rojos son incendios detectados por el mismo instrumento.
Figura 7. Trayectorias 5 días hacia atrás desde 850 mb el 27/8/2002 en las áreas indicadas en rojo. Los
colores indican distintos grupos de trayectorias.
3.2.3. AGOSTO 2004
Entre el 12 y el 15 de agosto se observó humo sobre amplias regiones de Sudamérica al este de
la Cordillera de los Andes, desde el norte de Bolivia hasta el sur de la Provincia de Buenos Aires,
Argentina. Durante estos días se produjo una profundización de la baja del noroeste y luego el avance de
un frente frío que llegó al norte de Argentina el 15/8/2004.
En la figura 8 se
muestran estos “ríos de humo”, en las imágenes del MODIS/Terra (a la
madrugada) y el MODIS/Aqua (al atardecer). Los puntos rojos representan incendios, detectados por los
mismos instrumentos.
La figura 9a presenta los incendios detectados por estos dos mismos instrumentos el 14/8/2004.
La cantidad de focos aumenta alrededor de las 15 hs. (hora local), por lo que el Aqua detecta un mayor
número de incendios [Freitas y otros, 2005] que el Terra, pero las mediciones de CO se realizan con el
MOPITT que está instalado en este último satélite.
Para este mismo día, se muestran en la figura 9b la
concentración de CO en 850 mb medida por el MOPITT y en la 9c, el espesor óptico de aerosoles totales
medidos por el MODIS/Terra.
Figura 8. Composición de imágenes satelitales del 13/8/2004, tomadas por el MODIS/Terra y Aqua . Los
puntos rojos representan incendios detectados por el mismo instrumento. Nótese el humo proveniente de la
quema de biomasa desde Brasil, pasando por el norte de Bolivia hasta el sur de la Provincia de Buenos
Aires (Argentina). Esta situación se mantuvo entre el 12 y el 15 de agosto. Por el sur se observa el avance de
un frente frío.
Figura 9. a) Detección satelital de incendios del MODIS Terra y Aqua el 14/8/2004.El tamaño de los puntos no
está en escala. b) Concentración de CO en 850 mb (ppbv, datos MOPITT) y c) espesor óptico de aerosoles
totales (adimensional, MODIS/Terra), el 14/8/2004.
3.2.4. SETIEMBRE 2004
En setiembre de 2004 hubo 17000 focos de incendio en Bolivia y 32000 en los estados de Mato
Grosso y Rondonia, Brasil (datos NOAA-12). En la figura 10 a pueden verse los puntos de incendios
detectados por el MODIS el día 13 con sus grandes plumas hacia el noroeste. El día 14, los vientos los
vientos rotaron hacia el sur. La situación de quema y transporte hacia el sur y hacia el este se prolongó
hasta el 24 de setiembre, alcanzándose el mayor transporte hacia el sur el 18/9/2004 (Fig. 10 b).
Figura 10. a) Imagen satelital en color natural del MODIS/Terra el 13/9/2004. Los puntos rojos
representan incendios detectados por el mismo instrumento, en Bolivia y Rondonia (Brasil). b) Imagen
satelital MODIS/Aqua el 18/9/2004. Los productos de la quema de biomasa en Bolivia, Brasil y Paraguay
se suman a los producidos por incendios en el norte de Argentina.
4. IMPACTOS REGIONALES Y GLOBALES EN LA ATMÓSFERA Y EL CLIMA
Los incendios producen efectos que, en escalas locales son conocidos en mayor o menor grado:
daños a los seres humanos y sus propiedades, daños a los animales, efectos sobre los suelos, los
ecosistemas, la biodiversidad; pero hasta ahora prácticamente no se tenían en cuenta los impactos
regionales y globales. Dada la magnitud del fenómeno en Sudamérica, presentada en la sección 3, se
entiende que los impactos sobre la calidad del aire y el clima en dichas escalas son relevantes.
En escala regional, los principales impactos se deben por una parte a la emisión de aerosoles y su
influencia sobre los balances radiativos y el ciclo hidrológico y por otra parte a los procesos de producción
de ozono troposférico dañino y deposición ácida húmeda y seca (lluvia ácida). Estos procesos afectan a
prácticamente todo el continente, en especial entre los meses de agosto a octubre. Las modificaciones
que se producen, en el balance radiativo, el ciclo hidrológico y la química de la atmósfera influyen a su
vez sobre la atmósfera y el clima global.
A escala global, la emisión de gases de efecto invernadero y la contribución a la destrucción del
ozono estratosférico son los impactos más importantes.
A su vez, se estima que el cambio climático, además de influir sobre la composición de los
bosques y la vegetación en general, su cobertura geográfica, su salud y reproducción tiene también
influencia sobre la magnitud y frecuencia de los incendios.
4.1 CONTRIBUCIÓN AL CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL
El aumento en la concentración de gases de efecto invernadero de origen antrópico se debe en
primer lugar a la quema de combustibles fósiles, pero se estima que las emisiones de dióxido de carbono
(CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O) por quema de biomasa representan el 40, 16 y 30 %
respectivamente de las emisiones antropogénicas anuales totales [Andreae y otros, 1996]. El 27% de las
emisiones de CO2 por cambios en el uso de la tierra en el 2000 (que incluye fundamentalmente las
emisiones por incendios para deforestación) corresponden a Sudamérica [WRI, 2005].
El aumento de aerosoles producido por la quema de biomasa tiene un efecto radiativo negativo
(ver sección 4.2), que puede contrarrestar el efecto invernadero del CO2. Sin embargo, la liberación neta
de CO2 que se produce, ya que el recrecimiento de la vegetación está retrasado, y en general no se
vuelve a captar la cantidad de carbono liberada originalmente, tiende a reforzar el calentamiento a largo
plazo [Jacobson, 2004].
Además, el tiempo de residencia en la atmósfera de los aerosoles es muy
inferior al del CO2.
A la de la emisión de gases
de efecto invernadero de los incendios, se suman a los impactos
sobre el clima las variaciones en el albedo (reflectividad de la superficie terrestre) y la capacidad de
retención de humedad de los suelos, que dependen del cambio de la cobertura del suelo resultante. El
efecto del albedo en zonas deforestadas puede ser de enfriamiento: se refleja una cantidad mayor de
radiación solar en desiertos o cultivos que en bosques. Sin embargo, en regiones tropicales y
subtropicales domina el efecto de la evapotranspiración [Gibbard y otros, 2005]: la transformación de
bosques en pastizales, cultivos o desiertos lleva a una menor capacidad de retención de la humedad, una
disminución en la evapotranspiración y a un aumento de la temperatura [Negri y otros, 2004]. A esto se
suma la pérdida de la capacidad de retención de agua en los suelos que tienen los bosques, lo que
disminuye la capacidad de regulación del escurrimiento de las cuencas hídricas.
4.2 LOS AEROSOLES Y EL CICLO HIDROLÓGICO
Debemos destacar que excepto en la Patagonia, donde dominan los aerosoles de origen natural, y
en las ciudades, en las que los aerosoles son originados principalmente por el transporte y la industria,
en el resto de Sudamérica la principal fuente de aerosoles es la quema de biomasa [Mielnicki y otros,
2005b]. Como se muestra en la sección 3.2 estas partículas cubren durante días y a veces semanas
extensas regiones de Sudamérica. Mientras que en general las zonas en las que se producen los
incendios atraviesan su estación seca, los vientos trasladan las masas de aire contaminado a otras
regiones en las que normalmente hay precipitaciones que pueden verse afectadas.
Los aerosoles modifican el clima y el ciclo hidrológico a través de sus efectos sobre el balance
radiativo y de su rol de núcleos de condensación en la formación de nubes.
Con respecto al balance radiativo, los aerosoles tienen un efecto directo: reflejan la radiación
solar al espacio, pero además absorben calor. Estas dos características producen un efecto de
enfriamiento y reducción de la radiación solar en superficie, con un incremento en la temperatura en las
capas de la atmósfera contaminadas [Ramanathan y otros, 2001]: esto modifica el perfil térmico de la
troposfera, que a su vez afecta a la convección.
Los aerosoles actúan como núcleos de condensación en la formación de nubes: un incremento en
el número de partículas en la atmósfera causa un incremento en el número de gotas formadas. Este
aumento de la cantidad de gotas de nube, conocido como “primer efecto radiativo indirecto” produce una
mayor reflexión de la radiación solar y conduce también a un enfriamiento del clima. Si la humedad
disponible no aumenta (lo que generalmente sucede por la disminución que producen los mismos
aerosoles en la temperatura de superficie), el incremento en el número de gotas lleva a una disminución
de su tamaño, lo que resulta en una disminución de la eficiencia de precipitación. Esta disminución a su
vez produce un incremento en el tiempo de vida de las nubes y por lo tanto un aumento de la reflexión,
lo que se conoce como “segundo efecto radiativo indirecto” [Ramanathan y otros, 2001].
Los efectos mencionados, tanto la disminución del tamaño de las gotas como la modificación en la
estructura térmica de la atmósfera, llevan a una disminución de las precipitaciones en las regiones
afectadas por aerosoles, una situación observada tanto en zonas afectadas por contaminación por quema
de biomasa como por contaminación urbana [Rosenfeld, 2000; Koren y otros, 2004].
Por otra parte estos mismos efectos producen que, en los casos en los que se llegan a formar
nubes precipitantes en regiones contaminadas, estas se producen a mayor altura (la precipitación se
forma a 5 km de sobre la bases de la nube en zonas contaminadas y 7 km en pirocúmulos, nubes de
tormenta generadas por los mismos incendios, frente a 1,5 km en nubes de zonas sin contaminación) y
son mucho más violentas. La liberación de calor a mayor altura puede alterar las ondas planetarias en
niveles altos y afectar el clima global [Andreae y otros, 2004].
La deposición húmeda es la forma más efectiva y rápida de eliminar los contaminantes de la
atmósfera, por lo que la supresión de las precipitaciones prolonga la duración de los mismos.
Estos efectos actúan en escalas regionales y pueden tener una fuerte influencia sobre el clima
regional pero a su vez producen impactos que todavía no han sido totalmente cuantificados sobre el clima
global [Brasseur y otros, 2003].
4.3 LLUVIA ÁCIDA
La deposición ácida, húmeda o seca, es un fenómeno que se relaciona generalmente la
contaminación industrial del aire en los países industrializados del hemisferio norte. Sin embargo, las
deposiciones ácidas se producen en todo el mundo. En las regiones tropicales, la quema de biomasa en la
temporada seca tiene una fuerte influencia sobre la composición del agua de lluvia. Existen estudios de
escala global
que indican que los suelos de Argentina, Paraguay y Uruguay no serían sensibles a la
deposición ácida, mientras que el resto de Sudamérica es altamente sensible, siendo en algunos casos
superior la deposición anual a su carga crítica estimada [Brasseur y otros, 2003]. Dada la magnitud de la
quema de biomasa en Sudamérica, es necesaria la profundización de estudios sobre este tema en escala
regional y local.
4.4 PRODUCCIÓN DE OZONO TROPOSFÉRICO
En la quema de biomasa se emite monóxido de carbono (CO), metano (CH4) y compuestos
orgánicos volátiles (VOC) que en presencia de óxidos de nitrógeno (NO y NO2) y de radiación solar
reaccionan produciendo ozono (O3). Cuando este compuesto se encuentra en la estratosfera tiene una
función benéfica porque actúa como filtro de la radiación ultravioleta, sin embargo en la troposfera es un
contaminante peligroso para seres humanos y animales (afecta el sistema respiratorio) y para
la
vegetación (produce daños en los sistemas foliares) y un gas de efecto invernadero importante. Los
rendimientos de las cosechas disminuyen por exposiciones intermitentes a concentraciones de ozono
superiores a 50-70 ppbv, siendo la soja un cultivo muy sensible al ozono. Las concentraciones máximas
admitidas por la EPA son de 120 ppbv (1 hora) y de 85 ppbv (8 horas).
Se han realizado mediciones de ozono en la región amazónica que muestran un aumento de su
concentración en la temporada seca, en la que se producen los incendios, con respecto a la temporada
de lluvias [Longo y otros, 1999].
Mediciones realizadas en el estado de Paraná, Brasil, registran valores promedio de 89 ppbv, con
valores máximos de entre 93 y 173 ppbv durante 6 días de agosto de 2001 en que no se produjeron
incendios en zonas cercanas pero recibían el aporte de la quema en el centro de Sudamérica [Boian y
Kirchhoff, 2005]. Estas concentraciones, superiores a las permitidas en zonas urbanas, probablemente
sean representativas de extensas regiones, en las que afectan la vegetación nativa, los cultivos y la salud
humana y animal.
4.5 DESTRUCCIÓN DE OZONO ESTRATOSFÉRICO
Las tormentas a gran altura en las zonas contaminadas y los pirocúmulos (mencionados en 4.2),
así como las tormentas en latitudes medias por el pasaje de frentes, común en Sudamérica incluso en la
temporada seca (ver ejemplos en 3.2) transportan los contaminantes producidos por la quema de
biomasa a la troposfera superior y a la estratosfera inferior. Los tiempos en los que este transporte se
produce son muy cortos, de alrededor de 1 hora, por lo que se introduce en la estratosfera sustancias
con tiempos de vida cortas, que pueden afectar la química en una región sensible de la atmósfera
[Mullendore y otros, 2005; Fromm y otros ,2006].
Ente las emisiones que afectan a la capa de ozono estratosférica, que nos protege de la radiación
ultravioleta, se destacan el cloruro y bromuro de metilo (ClCH3, BrCH3). Se estima que el 25 % de las
emisiones globales del ClCH3 y el 20 % del BrCH3, provienen de la quema de biomasa [Blake y otros.,
1996], contribuyendo significativamente a las concentraciones estratosféricas de Cl y Br que participan
en la destrucción del ozono [Andreae y otros., 1996].
4.6 EMISIÓN DE DIOXINAS Y FURANOS
Entre las emisiones que se producen por la quema de biomasa se encuentran las de dioxinas y
furanos, una de las categorías de compuestos regulados por el Convenio de Estocolmo sobre
Contaminantes Orgánicos Persistentes.
Según el Inventario Nacional de Liberación de Dioxinas y Furanos de Argentina - 2001 [Secretaría
de Ambiente y Desarrollo Sustentable, 2004], el 41% de las emisiones de estos compuestos al aire y el
100% de las emisiones a tierra, corresponden a los procesos de combustión de bosques, pastizales y
residuos agrícolas. Las emisiones totales de Sudamérica calculadas según el método del Instrumental
Normalizado (Toolkit) del PNUMA (Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente) serían muy
importantes. Sin embargo, los cálculos se realizan utilizando factores de emisión en base a mediciones
realizadas en el Hemisferio Norte, en general en condiciones de laboratorio [Gullet y Touati, 2003] que
pueden no ser apropiadas para los ecosistemas y prácticas agrícolas de Sudamérica.
5. CONCLUSIONES
En todo el mundo la quema de biomasa por incendios es la principal fuente de perturbaciones a la
atmósfera y el clima de origen antrópico. Los incendios presentan un ciclo anual gobernado por el clima
a través de sus efectos directos pero también por su influencia sobre las prácticas culturales de quema.
En la mayor parte de Sudamérica los meses de mayor quema son entre julio y diciembre, con máximos
entre agosto y octubre, aunque existen variaciones regionales: al norte del Amazonas la quema se realiza
entre diciembre y mayo; al sudeste del Amazonas entre setiembre y enero; mientras que en Argentina y
Paraguay existe un pico adicional ente enero y marzo. En la región patagónica los incendios se producen
también durante los meses de verano.
Estas quemas generan “ríos de humo”, debido al transporte de la contaminación por los vientos,
que atraviesan el continente sudamericano y desembocando en el Océano Atlántico. Todos los años se
producen casos en que el transporte hacia el sur llega hasta la Provincia de Buenos Aires, Argentina (3540º S).
Los impactos de la contaminación producida a escala regional y global son diversos: contribución
al cambio climático global a través de la emisión de gases de efecto invernadero, modificación del
balance radiativo regional y del ciclo hidrológico debido a la emisión de aerosoles, modificación de la
calidad del aire y del agua de precipitaciones debido a la generación de ozono, deposición ácida y emisión
de contaminantes orgánicos persistentes, emisión de gases que afectan el ozono estratosférico. La
mayoría de estos impactos todavía deben estudiarse y cuantificarse en las condiciones reales del
continente sudamericano.
La comprensión de la magnitud de este fenómeno a escala continental y sus impactos debe
contribuir a la toma de conciencia necesaria para la prevención de incendios.
REFERENCIAS
- Avissar R., Nobre C. A., Preface to special issue on the Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment
in Amazonia (LBA), J. Geophys. Res., 107(D20), 8034, 2002.
- Andreae M.O., Atlas E., Harris G.W., et al., Methyl halide emissions from savanna fires in Southern
Africa, Journal of Geophysical Research, D19, 23603,1996
- Andreae M.O., Merlet P., Emission of trace gases and aerosols from biomass burning, Global
Biogeochemical Cycles, Vol. 15, 4, 955-966, 2001
- Andreae M.O., Rosenfeld D., Artaxo P., Costa A.A., Frank G.P., Longo K.M., Silva-Dias M.A.F.; Smoking
rain clouds over the Amazon; Science, 303, 1337-1342, 2004
- Blake N.J., Collins J.B., Sachse G.W., Biomass burning emissions and vertical distribution of
atmospheric methyl halides and other reduced carbon gases in the South Atlantic region, Journal of
Geophysical Research, 101, 24151, 1996
- Boian C. , Kirchhoff V.W.J.H.; Surface ozone enhancements in the south of Brazil owing to large-scale
air mass transport; Atmospheric Environment 39 (2005) 6140–6146, 2005
- Brasseur G.P., Prinn R.G., Pszenny A. P., editors; Atmospheric chemistry in a changing world; SpringerVerlag Berlín Heidelberg, 2003
- Carvalho Jr. J.A., y otros, Biomass fire consumption and carbon release rates of rainforest-clearing
experiments conducted in northern Mato Grosso, Brazil, Journal of Geophysical Research, 106, 17877,
2001
- Crutzen P.J., Heidt L.E., Krasnec J.P., Pollock W.H., Seiler W; Biomass burning as a source of
atmospheric gases CO, H2, N2O, NO, CH3Cl and COS; Nature, 282:253-256, 1979
- Edwards D.P. y otros, Observations of carbon monoxide and aerosols from the Terra satellite: Northern
Hemisphere variability, Journal of Geophysical Research ,109, D24202, 2004
- Edwards D.P y otros; Satellite-observed pollution from Southern Hemisphere biomass burning; Journal
of Geophysical Research, 111, D14312, 2006 a
- Edwards D.P., Petron G., Novelli P.C., Emmons L.K., Gille J.C., Drummond J.R.; Southern Hemisphere
carbon monoxide interannual variability observed by Terra/MOPITT, Journal of Geophysical Research,
111, D16303, 2006 b
- Factorovich P., Nuevos modelos lagrangianos para transporte de constituyentes en la atmósfera, Tesis
de Licenciatura, Depto. de Computación, Ftad. De Cs. Exactas y Naturales, Universidad de Buenos
Aires, 2006
- Fromm M., Tupper A., Rosenfeld D., Servranckx R.; Violent pyro-convective storm devastates
Australia´s capital and pollutes the setratosphere, Geophysical Research Letters, 33, L05815, 2006
- Gibbard S., Caldeira K., Bala G., Phillips T.J., Wickett M., Climate effects of global land cover change,
Geophysical Research letters, 32, L23705, 2005
- Giglio L., MODIS Collection 4 Active Fire Product User's Guide, 2005
- Gullett B.K., Touati A.; PCDD/F emissions from forest fire simulations; Atmospheric Environment 37
803–813, 2003
- Jacobson M.Z., The short-term cooling but long-term global warming due to biomass burning, Journal
of Climate, 17, 2909, 2004
- Kaufman Y.J., Tanré D., Boucher O.; A satellite view of aerosols in the climate system, Nature, 419,
215, 2002
- Koren I, Kaufman Y.J., Remer L.A., Martins J.V.; Measurement of the effect of Amazon smoke on
inhibition of cloud formation; Science, 303, 1342-1345, 2004
- Korontzi, S., J. McCarty, T. Loboda, S. Kumar, and C. Justice , Global distribution of agricultural fires in
croplands from 3 years of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data, Global
Biogeochem. Cycles, 20, GB2021, doi:10.1029/2005GB002529, 2006
- Kunst C.R., Bravo S., Panigatti J.L. (editores); Fuego en los ecosistemas argentinos; Ediciones INTA,
Santiago del Estero, 2003
- Longo K. y otros, Correlation between smoke and tropospheric ozone concentration in Cuiabá during
SCAR-B, Journal of Geophysical Research., 104, 12113-12129, 1999.
- Mielnicki D.M., Quema de biomasa y transporte de contaminantes en la cuenca del Paraná y aledaños,
Tesis de Licenciatura, Dpto. Cs. de la Atmósfera y los Océanos, UBA, 2004
- Mielnicki D.M., Canziani P.O., Drummond J., Skalany J.P.; La quema de biomasa en Sudamérica vista
desde el espacio; CONGREMET IX, Buenos Aires, Argentina, 2005a
- Mielnicki D.M., Canziani P.O., Drummond J.; Quema de biomasa en el centro–sur de Sudamérica:
incendios locales, impactos regionales; CONGREMET IX, Buenos Aires, Argentina, 2005b
- Mullendore G. L., Durran D. R., Holton J.R., Cross-tropopause tracer transport in midlatitude
convection, Journal of Geophysical Research, 110, D066113, 2005
- Negri A.J., Adler R.F., Xu L., Surratt J.; The impact of amazonian deforestation on dry season rainfall;
Journal of climate, 17, 1306-1319, 2004
- Ramanathan V., Crutzen P.J., Kiehl J.T., Rosenfeld D., Aerosols, climate, and the hydrological cycle;
Science, 294, 2119-2124, 2001
- Rosenfeld D.; Suppression of rain and snow by urban and industrial air pollution; Science, 287, 17931796, 2000
- Salio P., Nicolini M.., Saulo A.C., Chaco low-level jet events characterization during the austral summer
season, Journal of Geophysical Research , 107(D24), 4816, 2002
- Sinha, P., L. Jaegle, P. V. Hobbs, and Q. Liang, Transport of biomass burning emissions from southern
Africa, J. Geophys. Res., 109, D20204, doi:10.1029/2004JD005044, 2004
- WRI (World Resources Institute), Carbon Dioxide Emissions by Source, http://earthtrends.wri.org, 2005