El año 1995, gracias a la iniciativa de un grupo de investigadores de la Carrera de Física de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA) y a un financiamiento del fondo de pequeñas donaciones del PNUD (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo) se creó el Laboratorio de Ozono y Radiación Ultravioleta (LORUV) en el barrio de Cota Cota de la ciudad de La Paz (16.5 º S, 68.1º W y 3420 msnm).

La intención al crear el LORUV fue la de cuantificar los niveles de radiación ultravioleta (RUV) en la ciudad de La Paz. Si bien en ese entonces teníamos la sospecha de que los niveles de la RUV en la ciudad de La Paz eran elevados, por la altitud de la ciudad respecto al nivel del mar y su cercanía al Ecuador, era necesario comprobar estas sospechas realizando cuidadosas medidas de laboratorio. El objetivo final de la iniciativa era, de ser necesario, el de alertar a la población sobre los riesgos relacionados a una exposición elevada a la RUV.

Unos meses después de la creación del laboratorio, el LORUV contó con la cooperación científica del Laboratorio de Ozono del Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) del Brasil llegando a integrar la red sudamericana de monitoreo de la capa de ozono liderada por ese instituto. Años más tarde, el LORUV amplió sus fronteras de estudio a diversos temas relacionados a la física de la atmósfera, siendo necesario rebautizar al laboratorio como: Laboratorio de Física de la Atmósfera (LFA).

Los primeros pasos

El desafío de adquirir datos de la RUV en la ciudad de La Paz implicaba la dificultad de disponer de un instrumento que permitiera realizar las mediciones de manera confiable, continua y económica. Inicialmente comenzamos a trabajar diseñando y construyendo un instrumento propio, aplicando nuestra muy limitada experiencia en el área. Los primeros resultados de este proyecto nos permitieron obtener medidas espectrales de la radiación, desde aproximadamente 260 nm hasta los 800 nm. Desafortunadamente la calidad de estos resultados no era fiable por motivos de calibración y estabilidad del sistema.

Gracias a la colaboración de un colega boliviano que trabaja en el INPE, el Dr. René Medrano, el LORUV se vio favorecido con el apoyo del laboratorio de ozono de esta institución brasileña. En el marco de esta colaboración, se firmó un convenio que permitió incorporar a nuestro laboratorio instrumentos de alta calidad para medir la RUV y otros parámetros atmosféricos de interés. Un instrumento particularmente importante para nuestros estudios, debido a que permitió medir la RUV y la columna de ozono con alta precisión, fue un espectrofotómetro Brewer.

Los primeros resultados

Los primeros resultados de los niveles de la RUV obtenidos con el Brewer confirmaron nuestras sospechas sobre el tema: la intensidad de la RUV que incide sobre la ciudad de La Paz es extremadamente alta. Estas observaciones dieron inicio a un trabajo de largo aliento relacionado a explicar los riesgos y los cuidados que debería tener la población respecto a este tema, dando inicio a la denominada Campaña de la Radiación Ultravioleta, tema que será comentado mas adelante en esta reseña.

Otros resultados interesantes obtenidos con el Brewer fueron los relacionados a las medidas de la columna de ozono sobre la ciudad de La Paz (La columna de ozono es la cantidad de ozono que se encuentra desde la superficie del planeta hasta la parte más alta de la atmósfera). Los resultados mostraron que el ozono sobre la ciudad de la Paz tenía valores dentro de lo esperado para nuestra latitud, esto es un promedio de 255 DU (Unidades Dobson) con un comportamiento estacional que varía entre 230 y 280 DU.

Teniendo datos confiables para analizar y contando con los instrumentos adecuados para medir la RUV y el ozono, estábamos en condiciones de emprender nuevos desafíos. Por este motivo, enfocamos nuestra atención a la realización de nuevos experimentos con el fin de comprender mejor el comportamiento de la RUV en atmósfera paceña y los efectos que ésta puede causar sobre seres humanos, animales y materiales.

Para fortalecer nuestro conocimiento sobre los temas relacionados a la RUV y adquirir nuevos contactos para futuros proyectos, decidimos realizar el simposio “Naturaleza y Efectos de la Radiación Ultravioleta y la Capa de Ozono”, invitando a varios investigadores internacionales. El evento fue un éxito y nos permitió, como se había planificado, entablar importantes relaciones de colaboración científica con otros centros de investigación.

Experimentos del LFA relacionados a la RUV

Con la experiencia obtenida durante varios años de medir la RUV y algunas inquietudes de los investigadores del LFA, se generó un conjunto de interesantes estudios relacionados al tema. A continuación, se describirán brevemente algunos de los estudios más relevantes.

Variación de la radiación ultravioleta B con la altura

Una de las variables que influye sobre la intensidad de la radiación solar en general y sobre la RUV en particular, es la altura sobre el nivel del mar. A medida que se mide la RUV en localidades más altas, la intensidad de la radiación aumenta debido a que ésta tiene que atravesar menos atmósfera para incidir sobre el detector. En el año 2001 se realizó un experimento para cuantificar el efecto mencionado.

Para realizar el experimento se emplearon dos detectores de radiación ultravioleta gemelos e intercalibrados (Yankee Environmental System YES UVB – 1). Uno de los detectores fue instalado, como instrumento de referencia, en nuestro laboratorio ubicado en el barrio de Cota Cota de la ciudad de La Paz, (16.5 S, 68.1 W, 3420 msnm) y el otro fue midiendo la RUV en diferentes localidades. Como punto de partida del segundo detector se eligió el Laboratorio de Física Cósmica de Chacaltaya (16º21’ S, 68º08’ W, 5200 5240 msnm) y como punto final el valle de Rio Abajo (16º36’ S, 68º03’ W, 3060 msnm).

Luego de evaluar los datos adquiridos por los detectores se llegó al siguiente resultado: la radiación ultravioleta B (pesada con un espectro de acción eritémico) se incrementa en 7% por cada kilómetro que se asciende. Este es un resultado que contempla solamente la variación de la RUV-B por el factor de cambio de altura, sin considerar otros efectos. Posteriormente el experimento fue ampliado y se llevó uno de los detectores hasta el nivel del mar.

Fitoplancton y zooplancton en el lago Titicaca

La radiación ultravioleta tiene mucha energía, razón por la cual, puede romper los enlaces moleculares de la materia. En el caso de los seres vivos este hecho se refleja en importantes daños a los tejidos, los cuales pueden provocar desde simples lesiones hasta importantes e incluso mortales enfermedades. En el caso de la materia inorgánica, el efecto de la radiación ultravioleta solar se observa en una degradación del material, fenómeno conocido como solarización.

Existen varios ejemplos de organismos vivos que se adaptaron para soportar niveles elevados de radiación ultravioleta. El LFA, en un proyecto conjunto con el Laboratorio de Fotobiología de Playa Unión, Argentina, estudió el fitoplancton y el zooplancton del Lago Titicaca para ver los efectos y niveles de adaptación a la RUV que estos diminutos organismos adquirieron.

Durante una de las campañas de medición realizadas en el lago Titicaca, se estudió el daño producido por la RUV en el ADN del fitoplancton (Helbling et al., 2001) y se encontró que el daño se debe exclusivamente a la RUV-B. Es interesante el hecho que el daño en el ADN del fitoplancton del lago Titicaca es menor al correspondiente en otros ambientes acuáticos, por ejemplo, el de latitudes medias de la Patogonia (Buma et al., 2001). Este hecho sugiere la presencia de importantes mecanismos de adaptación ya que los niveles de RUV en el lago son mucho mayores a los de la Patogonia. Existen diversos mecanismos mediante los cuales el fitoplancton y el zooplancton pueden contrarrestar y/o disminuir el impacto producido por la RUV. Los principales mecanismos son:

• La evasión de la radiación: cuando los organismos migran hacia aguas más profundas con el fin de tener un filtro a la radiación de mayor espesor.
• La fotoreparación: cuando los organismos tienen mecanismos para corregir los daños producidos al ADN.
• La síntesis de compuestos protectores: cuando los organismos sintetizan sustancias que incrementan la protección a la RUV, por ejemplo, “mycosporine like aminoacids” – MAAs en el caso del fitoplancton.

Para el fitoplancton del lago Titicaca se encontró que los compuestos MAAs son relativamente escasos, lo cual sugiere que la síntesis de este tipo de compuestos no es el mecanismo más importante de protección.

Se realizaron estudios parecidos a los descritos anteriormente para el zooplancton de lago Titicaca. Un resultado interesante del estudio es que los compuestos shinorine y porphyra-334, bioacumulados por el zooplancton del lago Titicaca, es varias veces mayor en las muestras expuestas a altos niveles de RUV que en muestras expuestas a niveles más bajos. También se encontró que estos compuestos contribuyen a la fotoprotección de estos organismos.

Albedo en el salar de Uyuni

Un individuo que se encuentra expuesto a la radiación solar recibe tres diferentes componentes de la RUV: la directa, la difusa y la reflejada. La componente directa se refiere a la radiación que viaja prácticamente en línea recta desde el sol al individuo (o detector) sin sufrir desviaciones apreciables por obstáculos como edificios, árboles, nubes, etc. El componente difuso se refiere a la radiación que es dispersada en la atmósfera por las moléculas o los aerosoles suspendidos en la misma. Esta radiación llega al individuo de todas las direcciones posibles del cielo. Finalmente, la componente reflejada, se refiere a la radiación ultravioleta que llega al individuo reflejándose en un objeto. Las nubes, las paredes de los edificios, un lago, la nieve, etc. contribuyen a reflejar la RUV.

Se denomina albedo al porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación que incide sobre la misma. Con la intención de cuantificar los daños que la RUV puede causar en las personas que se encuentran en lugares donde existe un elevado albedo ultravioleta, se decidió estudiar el comportamiento de éste en el Salar de Uyuni. La blancura del salar sugiere que no solamente la radiación visible es fuertemente reflejada sobre la superficie del mismo sino también la RUV. Para medir el albedo en el salar se diseñó un experimento empleando dos radiómetros intercalibrados UVB-1 de la marca YES. Uno de los instrumentos fue colocado en la dirección del zenit y el otro hacia el nadir. La comparación de los datos proporcionados por los dos instrumentos permitió estimar el valor del albedo.

Los resultados durante las diferentes campañas de medición realizadas (2005, 2008 y 2010) muestran que el albedo UVB del Salar de Uyuni fluctúa entre 40 y 70 %, dependiendo de la estación y de la intensidad de las lluvias del año. En la siguiente figura se puede apreciar el resultado de este experimento para una de las campañas de medición, la correspondiente al año 2008.

Una anomalía en el altiplano?

Un análisis de los datos satelitales de ozono adquiridos por el instrumento TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) realizado en el LFA, permite observar una posible anomalía en la columna de ozono sobre el Altiplano. A lo largo del año, pero particularmente durante los meses de invierno, la cantidad de ozono sobre el Altiplano detectada por el TOMS se reduce considerablemente con respecto a los valores que mide el mismo instrumento y a la misma latitud sobre el océano. La magnitud de la diferencia en la columna de ozono que es de unos 20 DU no parece que pueda ser explicada exclusivamente por la diferencia en el espesor de la atmósfera. Por esta razón, el LFA ha sugerido que el fenómeno puede estar relacionado con la presencia de fenómenos dinámicos en la atmósfera causados por la presencia de la cadena de montañas (Zaratti, 1999), sin embargo, esta explicación no es compartida por otros científicos relacionados al tema (Kirchhoff, 2002). Para entender o verificar la existencia de la anomalía de ozono sobre el Altiplano es necesario realizar algunos estudios más detallados. Lamentablemente, los estudios que se requiere para profundizar en el tema son caros y no están al alcance de los recursos actuales del LFA.

La aventura de los radiosondeos

Una técnica de medidas atmosféricas ampliamente empleada en todo el mundo es el radiosondeo. La idea de la técnica es enviar a la atmósfera, con la ayuda de un globo lleno de helio u otro gas más liviano que el aire, una sonda que puede realizar diferentes mediciones a medida que el globo asciende. Los datos recolectados por las sonda son enviados a la superficie a través de ondas de radio. Lo interesante de la técnica es que permite obtener información atmosférica en función de la altura (perfiles). Las medidas típicas que se realizan en una radiosonda estándar son la temperatura, la humedad relativa y la presión, siendo esta última la que permite calcular la altura de la sonda.

Un interesante dato histórico es que, entre los años 1963 y 1966 se realizaron estudios de las concentraciones de ozono en la Paz, incluyendo ozonosondeos. Estos estudios fueron realizados muchos años antes de que el tema del ozono se ponga de moda por el descubrimiento del agujero de ozono en la Antártica. En efecto, durante esos años se realizaron estudios para medir el ozono superficial en Chacaltaya (Zelaya, 1964), se observó el comportamiento de las concentraciones de ozono durante el eclipse total de sol del 12 de noviembre de 1966 (Schulczewski y Sheriff, 1968) y se realizó una campaña sistemática de ozonosondeos con el fin de establecer el perfil de ozono con la altura (Aldas L., 1964). Varios años más tarde, en 1998, y con la colaboración del INPE, se realizó una nueva campaña de ozonosondeos, lanzando los globos desde el mismo lugar donde se realizó la campaña de 1964 (el Campus Universitario de Cota Cota – UMSA) pero en un contexto científico diferente que pretendía  verificar si el debilitamiento de la capa de ozono podía ser detectado en estas latitudes.

Gracias a las medidas realizadas con esta técnica y a las obtenidas con un espectrofotómetro Brewer así como información satelital, sabemos que tanto el perfil como la columna de ozono en la ciudad de La Paz no han variado significativamente durante los últimos 40 años.

La campaña de la radiación ultravioleta

Con el fin de prevenir a la población sobre los riesgos que implica una dosis elevada de RUV, explicar el significado del término “radiación ultravioleta” (que es algo que existe pero que no lo podemos ver), sugerir hábitos de vestimenta adecuados e indicar cuáles son las horas de mayor riego, se inició la denominada “Campaña de la Radiación Ultravioleta”, con el apoyo sostenido de la  OPS/OMS.

Para optimizar el impacto de la campaña de la radiación ultravioleta, el LFA ha desarrollado, desde sus inicios, gran cantidad material de divulgación sobre el tema. Se han diseñado y distribuido trípticos y afiches, producido cuñas radiales y videos informativos. Como parte de la rutina del laboratorio, se ha proporcionado a la prensa los valores del índice de radiación ultravioleta para que la población tenga a su disposición esta información diariamente. El índice de la RUV es un número que va de 0 a 16 y que, de una manera simple, indica cuan fuerte es esta radiación (0 implica ausencia de radiación mientras que 16 una radiación ultravioleta extremadamente alta).

Con el fin de proporcionar a la población más información sobre la RUV se han publicado dos libros relacionados al tema: “Naturaleza y Efectos de la Radiación Ultravioleta y la capa de Ozono” y “La Radiación Ultravioleta en Bolivia”. Además, se realizan charlas y seminarios informativos dando prioridad a los grupos de mayor riesgo. En este sentido, las escuelas, las guarderías, los policías, los militares y los gremiales han tenido una atención preferencial por parte de nuestro laboratorio. Es importante mencionar la activa participación del LFA en las Ferias dominicales del Prado, organizadas por el gobierno municipal, buscando que un mayor número de personas puedan beneficiarse con la campaña. Adicionalmente se impulsó, conjuntamente con la sociedad Boliviana de Dermatología, la OPS y la Fundación Boliviana Contra el Cáncer (FUBOLCACER), una regulación en el uso adecuado de las camas solares. Para cumplir con ese objetivo el año 2011 se realizó el foro debate: “Camas Solares, ¿sueño o pesadilla?” donde participaron, físicos, dermatólogos, oftalmólogos, cosmetólogos y personal del Ministerio de Salud y Deportes.

El año 2004 el LFA ha recibido el nombramiento de Centro Colaborador de la OPS-OMS en el área de la RUV y Salud Ambiental por parte de la OMS-WHO y ha sido designado Institución Nacional de Referencia Académica por la OPS-PAHO. Estos nombramientos reflejan, de alguna manera, el intenso trabajo realizado por el LFA en temas relacionados a la radiación ultravioleta.

Concientizando a las autoridades

Durante los últimos años, el LFA ha realizado un interesante proyecto de concientización en algunos municipios cercanos a la ciudad de La Paz, cuyo objetivo principal, fue el de sensibilizar a la sociedad y a las autoridades respecto a la necesidad de incorporar una gorra o sombrero al uniforme escolar, buscando una adecuada protección para los niños y las niñas y cuidando la economía familiar. El proyecto piloto, financiado por la Fundación Panamericana de la Educación y Salud (PAHEF) con sede en Washington, EEUU, se realizó en las comunidades de Mecapaca y Pucarani entre los años 2007 y 2009. Las actividades del proyecto fueron divididas en cuatro fases:

• Estudios.- Se realizaron estudios demográficos, dermatológicos, oftalmológicos y físicos en los municipios seleccionados.
• Diseño y manufactura de las gorras.- Se realizó un modelado computacional optimizando el tamaño de la visera de las gorras (para minimizar la cantidad de material) para proteger el rostro de los niños y las niñas en las horas centrales del día. Al mismo tiempo se trabajó con diferentes modelos de gorras, buscando que también se tenga protección en el cuello y las orejas. Se seleccionó cuidadosamente el material de las gorras y el diseño de los motivos gráficos de las mismas para que a los niños y las niñas les agrade usarlas.
• La entrega de las gorras.- Esta actividad fue organizada en coordinación con las autoridades municipales. Primero se hizo una entrega oficial de las gorras en la escuela central de cada Municipio, generando una verdadera fiesta entre autoridades invitadas, autoridades del Municipio y los niños y las niñas de las escuelas. Luego se procedió a entregar las gorras en las escuelas del área rural que no pudieron asistir a la entrega oficial.
• Concientización y evaluación.- En esta fase del proyecto se realizó el seguimiento del uso de las gorras, se organizaron talleres de capacitación de los maestros, profesores y dirigentes de organizaciones sociales sobre la naturaleza y los efectos de la radiación ultravioleta y se hizo entrega de material didáctico producido por el LFA para tal propósito.

El éxito del proyecto financiado por PAHEF nos impulsó a repetir la experiencia en otros municipios (ver tabla siguiente), al margen de otras escuelas del Altiplano que recibieron dotaciones de gorras sobrantes de cada proyecto.

 

Exportando nuestros conocimientos

La Campaña de la Radiación Ultravioleta, que se desarrolla sistemática y exitosamente en Bolivia desde el año 1998, ha tenido repercusiones en el ámbito regional e internacional. Con el apoyo de la Organización Panamericana de la Salud (OPS), gracias al programa regional de “Cooperación Técnica entre Países” (TCC), el LFA en cierto sentido “ha exportado” la campaña a países limítrofes que viven la misma problemática de Bolivia con referencia a los efectos de la RUV sobre la salud.

El primer proyecto TCC en el que participó nuestro laboratorio se desarrolló con Perú (2003 – 2004). En esa oportunidad, el LFA transfirió sus experiencias relacionadas a la planificación y ejecución de la Campaña de Radiación Ultravioleta realizada en Bolivia. El impacto del proyecto es aún visible en las actividades relacionadas al campo de la foto-educación que se desarrollan en el sur del Perú, especialmente en Arequipa. Sucesivamente (2007-2008) se realizó otro exitoso proyecto TCC con el Paraguay, mediante el cual se estudiaron los efectos de la RUV en poblaciones de Menonitas por ser inmigrantes de piel clara.

Recientemente se ha ejecutado un tercer proyecto de intercambio con el Ecuador, donde el LFA trabajó, conjuntamente con el Municipio de Quito y otras instituciones ecuatorianas, en la capacitación de promotores para la campaña de foto educación del Ecuador. Como contraparte del proyecto, el Ecuador, coopera con nuestro Ministerio de Salud y Deportes para la puesta en marcha de un Registro Nacional de Tumores adecuado al país, cumpliendo con los respectivos estándares internacionales.

Abriendo nuevas fronteras

La prioridad del LFA durante sus primeros años tuvo como fin medir y caracterizar a la RUV y compartir con la sociedad, mediante la Campaña de la Radiación Ultravioleta, la información científica recolectada. Paulatinamente los investigadores del LFA adquirieron más experiencia al realizar e interpretar las mediciones. Varios de los procedimientos realizados en el laboratorio se convirtieron en rutinarios, de tal manera, que los investigadores disponían de tiempo adicional para explorar algunos temas nuevos principalmente relacionados con la física de la atmósfera y el cambio climático.

Durante el año 1998, se decidió ampliar formalmente las actividades del laboratorio incluyendo el estudio y monitoreo de gases de efecto invernadero, los aerosoles, el modelado climático y estudios meteorológicos. Fue en esa ocasión que se decidió rebautizar al LORUV con el nombre más ambicioso de Laboratorio de Física de la Atmósfera (LFA), en coincidencia con la inauguración de la nueva infraestructura construida por la UMSA para el laboratorio.

Medida de gases superficiales

Los primeros pasos de este nuevo emprendimiento estuvieron relacionados con medidas de dióxido de carbono en superficie. Para tal efecto, se empleó monitores de CO2 por absorción. Se instaló uno de estos detectores (LI-COR 820) en el laboratorio del campus universitario de Cota Cota y se utilizó un segundo instrumento como monitor viajero, instalándolo sucesivamente en diferentes sitios, desde Chacaltaya hasta Cobija, en la región amazónica. Si bien los datos obtenidos solamente contaban con la intercalibración entre ambos detectores, nos permitieron comprender, de un modo general, el ciclo diario del CO2 para diferentes localidades y sus respectivas variaciones de concentración. Posteriormente, se incorporaron a las medidas rutinarias del LFA otros detectores de gases superficiales como el CO y O3.

Aerosoles, esas pequeñas partículas

Otra área de estudio abordada por el LFA, que está relacionada al cambio climático y a la salud pública, es la de los aerosoles (partículas en suspensión en la atmósfera). Con la intención de entender los mecanismos de transporte del material particulado desde las tierras bajas hacia la zona Andina, producido principalmente por la quema de la cobertura vegetal (chaqueos), el LFA instaló en el campus universitario de Cota Cota, un fotómetro solar Cimel de la red mundial de monitoreo de aerosoles AERONET . Este instrumento pudo ser instalado gracias a la colaboración del Goddard Space Flight Center de la NASA. El fotómetro se encuentra funcionando continuamente desde el año 2005 y proporciona el valor del AOD (Aerosol Optical Depth) durante las horas de sol, para 7 bandas espectrales (340, 380, 440, 500, 675, 870 y 1020 nm). La información correspondiente a las medidas de AOD en La Paz puede ser consultada en línea en la siguiente dirección electrónica: http://aeronet.gsfc.nasa.gov.

Otro instrumento relacionado al estudio de los aerosoles, de gran importancia para el trabajo que se realiza en el LFA, es un impactador en cascada MOUDI, el cual permite obtener concentraciones acumuladas de partículas en suspensión de acuerdo a su tamaño. El instrumento es capaz de discriminar a las partículas en ocho diferentes grupos de acuerdo a su tamaño aerodinámico, desde los 0.18 hasta los 18 micrómetros. Las muestras así colectadas permiten realizar un análisis posterior del material particulado para que, mediante otras técnicas como son la difracción de rayos X, el análisis químico o la microscopía electrónica, se pueda determinar los elementos y/o compuestos que constituyen la muestra.

Modelando el clima de Bolivia

Otra área en la cual el LFA se encuentra trabajando desde el año 2007 es en la implementación y evaluación de resultados de modelos numéricos climáticos de escala regional (RCM por sus siglas en inglés). El objetivo de este proyecto, que cuenta con el apoyo de la Embajada del Reino Unido, es el de estudiar el clima presente y futuro de Bolivia empleando modelos numéricos adecuados a nuestras capacidades locales. La compleja topografía de Bolivia hace particularmente complicado el modelar procesos relacionados con el clima de la región. Esta situación nos obliga a realizar distintos experimentos de modelaje que permitan mejorar la calidad de las proyecciones climáticas para el futuro. Adicionalmente, el modelo debe ser validado contrastando sus resultados contra las observaciones actuales. Observaciones de temperatura y precipitación sobre el territorio nacional se usaron para ese propósito.

Los resultados más importantes de este estudio, basados en el modelo PRECIS desarrollado por Hadley Centre del Reino Unido a una resolución espacial de 50 km, indican que el modelo realiza un trabajo razonable, tanto en el caso de las temperaturas como el de las precipitaciones, para las tierras bajas de Bolivia (definidas en el trabajo como aquellas regiones con altura menor 500 msnm). Por el contrario, el modelo sobreestima fuertemente la precipitación en las regiones con un fuerte gradiente altitudinal como es la región de los valles centrales y valles Andinos. Asimismo se observa una subestimación de las temperaturas máximas en la región del Altiplano. A pesar de estos sesgos, pues muestra temperaturas elevadas y alta precipitación en verano y bajas temperaturas y baja precipitación en invierno, el modelo es capaz de representar correctamente la estacionalidad de temperaturas y precipitación en todas las regiones de estudio.

Actualmente se está “corriendo” el modelo a 25 km de resolución para tratar de entender mejor las posibles consecuencias debidas a un aumento en la concentración de gases de efecto invernadero. Asimismo, con la colaboración del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología de Bolivia (SENAMHI), se está trabajando en la mejora de la calidad de los datos observacionales a fin de poder validar adecuadamente las salidas de los distintos modelos.

Juipitaya, una aventura en el Altiplano

Gracias a un financiamiento de la fundación Volkswagen, el LFA, conjuntamente con el Instituto Meteorológico de la Universidad de Munich, realizó una campaña de medición de ocho semanas en el Altiplano Boliviano. El objetivo principal del proyecto fue el de estudiar la circulación diurna de las masas de aire en el Altiplano. Para tal efecto, se instalaron estaciones meteorológicas en los lugares de interés del estudio, se utilizaron globos meteorológicos para determinar el perfil de vientos mediante la técnica del doble teodolito y se determinó el perfil de temperatura y humedad mediante el uso de un vehículo radiocontrolado (KALI). Adicionalmente a los estudios relacionados a la circulación del aire, se realizaron medidas de la RUV con radiómetros de banda ancha, se midió el contenido total de aerosoles empleando un fotómetro solar NOLL y se determinó el contenido total de ozono y de vapor de agua utilizando un fotómetro solar MICROTOPS.

El estudio encontró que la circulación diurna del Altiplano deja una huella clara en los datos de la localidad de Tambo Quemado. Típicamente en esa localidad y a modo de ejemplo, los datos de las estaciones meteorológicas muestran que hay un viento del este después de la salida del sol, el cual es poco a poco reemplazado por los vientos del oeste. Los resultados del modelo de circulación de Zangl y Egger (2005) coinciden con estos hallazgos. Por otro lado, hay muchos días en los cuales el viento del oriente no evoluciona y dominan vientos del oeste. Es probable que esto refleje la influencia de la circulación a gran escala que va principalmente con vientos del oeste en esta región.

Otro sitio interesante de estudio fue el valle del Río de La Paz, donde el régimen de vientos es extremadamente recurrente. Se observan vientos que van en la dirección de subida del valle casi todos los días. Los mismos transportan masas de aire al interior del Altiplano. Sin embargo, es necesario realizar mayores estudios para determinar en qué medida esos vientos contribuyen a la circulación general diurna del Altiplano. La relativa sequedad de los vientos mencionados sugiere que el aire que llega a la estación meteorológica durante el día no se origina en las tierras bajas húmedas sino que desciende de niveles superiores de la atmósfera. De esta manera, el sistema de vientos del valle de La Paz parece estar parcialmente cerrado.

Sueños que se hacen realidad:
El LIDAR

Los primeros años del laboratorio estuvieron llenos de desafíos con el fin de realizar medidas atmosféricas de calidad e interpretar correctamente los resultados. Paulatinamente, el LFA pudo adquirir un mayor número de instrumentos que permitieron y permitirán comprender, de una manera más integral, los efectos atmosféricos locales. Sin embargo, el poder adquirir un instrumento de detección remota, como es un LIDAR (Light Detection and Ranging), que emplea un potente haz de luz láser para poder monitorear algunas características de la atmósfera, parecía estar fuera del alcance del laboratorio tanto por la complejidad del instrumento como por el costo que implica el mismo.

A pesar de lo mencionado, el año 2002 el LFA obtuvo un Lidar gracias a una donación de la Agencia Espacial Europea (ESA). El instrumento, que consistía de un láser de Alexandrita, un telescopio tipo newtoniano y el respectivo sistema de adquisición de datos, nunca llegó a funcionar adecuadamente debido a fallas electrónicas en la fuente de alimentación del láser. Algunos años más tarde, en el 2009, gracias a la colaboración del grupo Raman Lidar del Goddard Space Flight Center de la NASA (GSFC – NASA) el LFA pudo disponer de un nuevo láser de Nd:YAG junto con otros instrumentos ópticos. Esta colaboración dio un impulso adicional a la iniciativa y permitió a los investigadores del LFA rediseñar y reensamblar un nuevo sistema Lidar, el cual fue bautizado como LIPAZ (Lidar en La Paz).

Actualmente, el LIPAZ se encuentra funcionando en las instalaciones de la Universidad Mayor de San Andrés y ha sido empleado para realizar estudios preliminares de la denominada capa límite. En particular los estudios realizados durante la época de la fiesta de San Juan y algunos episodios de transporte de humo desde las tierras bajas, permitieron entender mejor la evolución de la mencionada capa.

La estación GAW – CHC

En el monte de Chacaltaya se hicieron mediciones meteorológicas desde el año 1943 y de física cósmica desde 1947. Luego empezó a funcionar, desde 1952, el Laboratorio de Rayos Cósmicos de Chacaltaya. Este laboratorio, fue la semilla de la ciencia en Bolivia, desarrollando un importante conjunto de investigaciones científicas relacionadas a los rayos cósmicos y dando paso a la creación de la Facultad de Ciencias Puras y Naturales de la Universidad Mayor de San Andrés. Trabajos experimentales realizados en Chacaltaya por Cesar Lattes, Giuseppe Occhialini y Cecil Powell, con el fin de verificar las predicciones teóricas de la teoría de Yukawa, culminaron en el descubrimiento de una importante partícula subatómica: el pión. Gracias a este trabajo, Powell y Yukawa se hicieron acreedores al Premio Nobel de Física en los años 1950 y 1949 respectivamente.

Desde los inicios del LFA, uno de los anhelos de sus investigadores fue poder instalar en Chacaltaya un laboratorio de referencia internacional en temas relacionados a la Física de la Atmósfera. La idea tenía un gran sustento científico gracias a la estratégica ubicación geográfica del lugar: la gran altitud del monte y su cercanía a laAmazonía y al Altiplano.

La idea de instalar un laboratorio de medidas atmosféricas en Chacaltaya, compartiendo los ambientes del laboratorio de Rayos Cósmicos, poco a poco fue tomando forma. El año 2009 se envió a la Organización Meteorológica Mundial (WMO) la propuesta de creación de una estación de GAW (Global Atmosphere Watch) en Chacaltaya y, el 14 de enero del 2010, esta organización envió una carta aceptando la propuesta. De esta manera se dio inició a la creación de la nueva estación GAW-CHC (Global Atmosphere Watch – Chacaltaya), cuyo objetivo principal es el de monitorear gases reactivos, gases de efecto invernadero y aerosoles.

Prestigiosos centros de investigación de Francia (Grenoble University / LGGE, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement / LSCE y Laboratoire de Physique Météorologie), Italia (Instituto de Ciencias de la Atmósfera y el Clima / ISAC), Alemania (Instituto Leibniz para la troposfera), Suecia (IFT/Universidad de Estocolmo), Suiza (Paul Scherrer Institute / PSI) y USA (el grupo de Raman Lidar del Goddard Space Flight Center de la NASA (GSFC – NASA)) han unido sus esfuerzos para apoyar la iniciativa del Laboratorio de Física de la Atmósfera de la Universidad Mayor de San Andrés. Localmente el Instituto de Investigación para el Desarrollo (IRD) de la cooperación francesa participa activamente ayudando a fortalecer la iniciativa. Adicionalmente el LFA mantiene una estrecha colaboración con otras instituciones locales como son el Servicio de Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), el Proyecto Regional Andino de Adaptación al Cambio Climático (PRAA) y la Red de Monitoreo de la Calidad del Aire (MoniCA).

En los últimos años el transporte de material particulado desde las tierras bajas hacia los Andes se ha incrementado considerablemente. Este hecho está relacionado principalmente al desarrollo de la agricultura en las tierras bajas. Las partículas que se depositan sobre la superficie de los glaciares pueden cambiar las propiedades ópticas de los mismos, disminuyendo el albedo del glaciar y reteniendo una mayor cantidad de energía. Como resultado, se tiene un posible aumento de la velocidad de retroceso de los glaciares. Adicionalmente, estudios realizados en los Himalayas sugieren que el material particulado transportado a largas distancias puede contribuir al calentamiento local hasta en una décima de grado centígrado.

Para poder estudiar los fenómenos mencionados, varios de los instrumentos que fueron instalados en la estación GAW–CHC caracterizan a las partículas en suspensión. En este sentido, la distribución de tamaño de las partículas, sus propiedades ópticas y químicas y el número de total de las mismas, son medidas que se realizan sistemáticamente manteniendo cuidadosos procedimientos de funcionamiento y calibración.

Los análisis preliminares de las medidas realizadas desde enero del 2012 muestran algunos resultados interesantes: por ejemplo en algunos casos se observa el transporte de masas de aire desde el área metropolitana de La Paz hacia Chacaltaya. También, se observa la presencia de monóxido de carbono, atribuible en el periodo de esas mediciones, al transporte urbano. Otros instrumentos detectaron la presencia de valores elevados de hollín. Sin embargo, cuando las masas de aire que arriban a Chacaltaya provienen de zonas no contaminadas (el Altiplano y la región Amazónica, por ejemplo), los valores de las medidas de hollín son bajos. Las medidas dióxido de carbono indican que el aire transportado desde el Pacífico parece tener una concentración mayor de este gas que el aire proveniente del continente sudamericano. La diferencia, de unas 3 ppmv (partes por millón de volumen), podría deberse a procesos naturales de captura de CO2. El comportamiento de otros gases monitoreados requiere un mayor tiempo de observación para poder realizar un correcto análisis.

En conclusión y mirando al futuro

El LFA ha adquirido ya una etapa de madurez después de 16 años de trabajo continuo. En este periodo el LFA ha realizado varios proyectos de investigación relacionados a la RUV y sus efectos. Desde el año 1998 se encuentra estudiando, tanto en la ciudad de la la Paz como en el monte de Chacaltaya, algunos gases superficiales relacionados a la contaminación urbana y al cambio climático y los aerosoles atmosféricos de la zona. Estos estudios pretermitirán comprender, entre otras cosas, los mecanismos del transporte del material particulado desde las tierras bajas hacia la zona Andina y los efectos que los aerosoles tiene sobre en el balance energético de los glaciares. Adicionalmente, el LFA se encuentra realizando modelos climáticos de escala regional con el fin de estudiar el clima presente y futuro de Bolivia.

Con el fin de prevenir a la población sobre los riesgos que implica una elevada dosis de RUV, el LFA dio inicio y realiza exitosamente la Campaña de la Radiación Ultravioleta. Como parte de esta campaña y con la intención de dar a conocer su producción e interactuar con la sociedad, el LFA ha producido una gran cantidad de material bibliográfico y de multimedia: artículos internacionales y nacionales, libros, videos, boletines mensuales de prensa, folletos, trípticos, afiches, posters y páginas web (http://www.chacaltaya.edu.bo y http://www.atmosfera.umsa.bo ). Además organizó diferentes seminarios nacionales e internacionales sobre los temas de su interés, entre los cuales vale la pena destacar: el seminario “Naturaleza y Efectos de la Radiación Ultravioleta y la Capa de Ozono” (1996), el “Congreso Latinoamericano de Radiación UV” (2004) y el “VI Workshop on Lidar Measurements in Latin America” (2011).

Quedan, sin embargo, muchos desafíos hacia el futuro. Es necesario consolidar los proyectos en marcha. El crecimiento trajo consigo, de manera natural, el requerimiento de mayor personal calificado. Gracias a un proyecto del IDH de la UMSA se tiene financiamiento, hasta el año 2013, que asegura el funcionamiento de la estación en Chacaltaya pero deben buscarse recursos económicos y profesionales que permitan la operación de la estación por muchos años más (la única manera que una estación de monitoreo climático tenga verdadero sentido).

Un desafío y un deseo del laboratorio es el de conseguir que más investigadores nacionales se preparen y se involucren en la temática ya que, por el momento, las investigaciones del LFA avanzan gradualmente gracias al trabajo de su limitado personal y a la colaboración de colegas en Europa y Estados Unidos.