La hidrología de la nieve es un estudio científico en el campo de la hidrología que se centra en la composición, dispersión y movimiento de la nieve y el hielo . Los estudios de hidrología de la nieve son anteriores a la era del Anno Domini , aunque no se produjeron avances importantes hasta mediados del siglo XVIII.
Las nevadas, la acumulación y el deshielo son procesos hidrológicos importantes en las cuencas hidrográficas situadas a grandes altitudes o latitudes. En muchos estados occidentales de los Estados Unidos, el deshielo de la nieve representa un gran porcentaje de la escorrentía primaveral que sirve de suministro de agua a los embalses , las poblaciones urbanas y las actividades agrícolas . [1]
Una gran parte de los grupos de hidrología de la nieve están buscando nuevos métodos para incorporar la hidrología de la nieve en modelos distribuidos sobre terrenos complejos a través de desarrollos teóricos, desarrollo de modelos y pruebas con conjuntos de datos de campo y de teledetección . La hidrología de la nieve es bastante compleja e implica cálculos de balance de masa y energía sobre un manto de nieve variable en el tiempo que está influenciado por la ubicación espacial en la cuenca hidrográfica, la interacción con la vegetación y la redistribución por los vientos . Algunos investigadores buscan capturar con precisión la dinámica de la nieve en un punto y sobre un dominio, ya que el patrón espacial del área cubierta de nieve es fácilmente observable a partir de la teledetección. [2]
La nieve y el hielo representan alrededor del 75% del volumen total de agua dulce de la Tierra , pero carecen de la capacidad de aplicaciones confiables. En comparación, el agua suministrada por los ríos y lagos de agua dulce transporta una fuente anual constante de agua. Estos cuerpos de agua naturales se forman a través de manantiales , lluvias y escorrentías de nieve montañosas . Según estimaciones, la nieve representa alrededor del 5% de la precipitación que llega a la superficie de la Tierra. [3] Debido a la gran cantidad de agua contenida en estas fuentes, la hidrología de la nieve ha sido un estudio creciente en el campo de las mareas de los ríos y los caudales estacionales .
A pesar de la creencia popular, la caída de nieve no es la causa principal de la destrucción de la materia orgánica en climas fríos. El aspecto más dañino son los vientos de temperatura fría que existen sobre la superficie del manto de nieve. Los estudios han demostrado que las propiedades aislantes de la nieve defienden a las plantas y pequeños animales del entorno de estos vientos gélidos. "La nieve en sí misma es el hábitat de varios microorganismos como gusanos de nieve y algas". [4] Sin una nevada anual constante, muchas plantas serían destruidas debido al daño por heladas . Tanto los gusanos de hielo ( Mesenchytraeus Solifugus ) como las algas verdes son organismos únicos que pueden vivir en hábitats glaciares y nevados.
Aunque la mayor parte del conocimiento en el campo de la hidrología de la nieve se ha descubierto en los dos últimos siglos, hay evidencia de que existía cierta comprensión ya entre el 500 y el 428 a. C. en los estados griegos.
Algunas de las primeras pruebas que respaldan una comprensión técnica antigua del movimiento de la nieve fueron aportadas por los griegos . Anaxágoras, un antiguo griego, señala:
Se demostró que los griegos de clase alta de estas ciudades-estado tenían un conocimiento básico de las propiedades refrescantes de la nieve. Los ciudadanos de clase alta cavaban hoyos con heno debajo de sus casas y traían nieve de las montañas para llenarlos. Los alimentos perecederos se podían almacenar en esos hoyos durante meses.
La Biblia cristiana contiene numerosos pasajes en su texto que expresan una comprensión básica del ciclo hidrológico. Cada uno de los siguientes versículos muestra ideas fundamentales detrás de los procesos hidrológicos. [6]
Uno de los primeros registros modernos de la práctica de la hidrología de la nieve fue introducido por el geólogo Antonio Vallisnieri alrededor del siglo XVII. Su trabajo teorizaba que “los ríos que surgen de los manantiales de los Alpes italianos provienen de la lluvia y el deshielo que se filtra en canales subterráneos”. [5]
Los primeros laboratorios de investigación estadounidenses se crearon durante la década de 1940 para resolver los numerosos problemas asociados con el movimiento de la nieve en la época de la Segunda Guerra Mundial. Estos tres laboratorios fueron: [7]
En la actualidad, hay cientos de laboratorios de hidrología de la nieve y dispositivos de detección distribuidos por todo el mundo. En 2004, todos los continentes estaban bajo observación, con excepción de la Antártida . Desde entonces, se han instalado varios dispositivos de detección en el Círculo Polar Ártico , lo que permite una observación constante. [8] El uso de estos dispositivos, en parte con sistemas de imágenes por satélite, ha producido una representación precisa de la masa terrestre subyacente, que era desconocida en el pasado.
Los hidrólogos de nieve se centran específicamente en el movimiento y la composición de la nieve y el hielo, dentro del campo de la hidrología . El conocimiento adquirido en esta carrera se utiliza con mayor frecuencia en la previsión meteorológica y en trabajos ecológicos/ agrícolas , que requieren conocimientos sobre los efectos de la migración de la nieve. Obtienen la información que necesitan a través de lecturas de profundidad, densidad y composición, así como de diversas técnicas de teledetección. Los trabajadores de este campo pueden trabajar para agencias gubernamentales, empresas de investigación y servicios de información pública.
El estudio de la nieve y el movimiento de los glaciares, aunque ahora depende en gran medida de dispositivos de teledetección, todavía requiere técnicas de campo para determinar con precisión la validez de los datos. Estas herramientas y técnicas varían desde las más sencillas, como un pico de profundidad, hasta las más complejas, como las máquinas de muestreo de núcleos que se utilizan para comprobar las variaciones en la composición del hielo. Tres tipos comunes de mediciones terrestres son: [9]
La tecnología de teledetección es una herramienta reciente en el campo de la hidrología de la nieve que se desarrolló en respuesta a una perspectiva creciente en los estudios paramétricos (estudio de un tema a lo largo del tiempo) de la hidrología que se formó a mediados del siglo XIX. En comparación con el enfoque determinista (concepto de que no hay eventos aleatorios) utilizado en años anteriores, esta técnica creó una interacción humana mínima con el entorno y el equipo de campo. Actualmente hay miles de sitios de detección en todo el mundo. Cada sitio es capaz de recibir datos de cualquier número de técnicas de teledetección.
El Landsat-MSS es una de las herramientas más utilizadas. Es capaz de detectar y categorizar la capa de nieve en tres zonas para los cálculos de datos. La primera zona es un área con una capa de nieve del 100%. La segunda zona se conoce como zona de transición, que es una mezcla de regiones cubiertas de nieve y regiones sin nieve. Esta zona se mide comúnmente con un valor de composición de nieve del 50%. La zona final es libre de nieve (=aper). La lectura combinada de estas tres mediciones crea una estimación relativamente precisa de la cantidad de nieve dentro de la región escaneada. Varias variables perjudiciales para esta técnica son la cobertura de nubes, la luz solar extrema y la vegetación densa. [10]
Desde 2004, todos los continentes, con excepción de la Antártida, han sido objeto de vigilancia regular mediante el uso de satélites de teledetección.
A continuación se enumeran varias herramientas de detección: [11]
La meteorología es el estudio científico del tiempo. Se utiliza en la previsión meteorológica para predecir fenómenos atmosféricos antes de que ocurran. La hidrología de la nieve se utiliza para estimar las características de las nevadas en diferentes regiones topográficas. Esto incluye información sobre la profundidad, densidad y composición de la nieve y los posibles patrones de escorrentía. También se utiliza ampliamente en el estudio de fenómenos naturales como: ventiscas , avalanchas , granizos y granizos con el fin de ayudar a prever desastres naturales. [12]
La glaciología es un estudio similar a la hidrología de la nieve que se centra especialmente en el movimiento de los glaciares . Los glaciares son grandes masas de hielo que pueden migrar lentamente con el tiempo, mediante el proceso de acumulación de nieve. Este estudio analiza su crecimiento pasado y actual, así como su composición, para predecir cómo han dado forma a las masas de tierra que habitan. Dos estudios principales relacionados con la glaciología son el calentamiento global y los máximos glaciares ( edades de hielo ).
En los últimos años, el tema más predominante relacionado con la hidrología de la nieve ha sido el calentamiento global . El concepto subyacente establece que la construcción y producción humana de emisiones ha creado una serie de compuestos químicos gaseosos que se suman a los gases de efecto invernadero existentes . Los gases como el CO2 y el CH4 atrapan el calor en la atmósfera, lo que contribuye al cambio climático global. Estos gases generalmente se descomponen con relativa rapidez a través de procesos ambientales como la fotosíntesis ; sin embargo, en los últimos años, los estudios han demostrado que su composición atmosférica está aumentando. [13] Algunos estudios creen que esto es una parte natural del ciclo de la Tierra, mientras que otros afirman que se debe a la creciente cantidad de emisiones de combustibles fósiles y la deforestación gradual de las plantas productoras de oxígeno. La teoría sugiere que estos cambios en la temperatura podrían afectar la forma en que se forma el hielo y la nieve sobre la corteza terrestre, iniciando un proceso de desplazamiento glacial, posiblemente creado un aumento en el nivel del mar de 0,5 metros a 1,5 metros. Este cambio podría influir en la salinidad del océano, causando cambios ambientales, alterando la corriente oceánica y los organismos que lo habitan. [14]