Facultad de Ciencias Naturales y Exactas

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Lunes, 17 Diciembre 2018 10:16

Del cielo al suelo: ciencia para el agro y el ambiente

Univalle tiene la segunda estación LiDAR en Colombia, en el Laboratorio de Física Atmosférica-CIBioFi* y hará parte de la red latinoamericana de monitoreo atmosférico.


Empleando fondos del Sistema General de Regalías y la Gobernación del Valle del Cauca, y con el apoyo de la Universidad del Valle, el Centro de Investigación en Innovación en Bioinformática y Fotónica – CIBioFi, localizado en la Facultad de Ciencias Naturales y Exactas de la Universidad del Valle, ha adquirido y mejorado el equipamiento de sus nuevos laboratorios: un clúster de computación de alto rendimiento, láseres de alta potencia y sistemas de teledetección.

En estas nuevas instalaciones el CIBioFi ha iniciado oficialmente su programa de monitoreo de calidad del aire a través de un sistema LiDAR, con el que es posible cuantificar contaminantes suspendidos en la atmosfera.

Las nuevas instalaciones y el sistema LiDAR permitirán al CIBioFI continuar avanzando en las investigaciones que realiza en torno a la variabilidad climática y su impacto en la agricultura regional, labor que desde 2015 realiza para beneficio de la sociedad vallecaucana con sus investigaciones, aplicaciones y cursillos dirigidos a pequeños, medianos y grandes agricultores.


¿Qué es un LiDAR y para qué sirve?

El LiDAR, acrónimo de “Light Detection and Ranging” (Detección y telemetría de luz), es un sistema que usa pulsos láser de una duración extremadamente corta (10 nanosegundos), los cuales se dirigen hacia el cielo, para detectar y medir aerosoles* *, gases traza y otros parámetros de la atmósfera como la Capa Límite Atmosférica (CLA). El haz de luz láser enviado al cielo desde la estación LiDAR se dispersa al iluminar las partículas que hay en la atmósfera brindando información (en su camino de retorno al detector) sobre la altura y tipo de sustancia con la que interactuó. En su emisión hacia la atmósfera el láser se expande abarcando varios kilómetros de distancia. Según su potencia puede alcanzar desde 20 hasta 40 km de altura. En estas mediciones se correlacionan el tiempo de emisión del pulso láser con el tiempo de retorno al detector haciendo posible obtener las variaciones de la masa de aerosoles por acción de los vientos.

**Los aerosoles son partículas sólidas o líquidas de tamaño microscópico, entre 0.01 hasta 100 micrómetros, que se encuentran suspendidas en un gas.

 

Del cielo al suelo

El profesor John Henry Reina, director del CIBioFi, explica: “Estamos actualmente midiendo, en una campaña en cooperación con la Universidad Nacional de Bogotá, el efecto del ozono troposférico y de otros gases traza debidos a la quema de biomasa de caña, en un análisis de influencia, del impacto directo de la agricultura en el medio ambiente. Esto lo estamos haciendo, por primera vez en el sur occidente colombiano, en el Laboratorio de Física Atmosférica, tanto con LiDAR como con DOAS (espectroscopia óptica de absorción diferencial, por sus siglas en inglés), otra técnica que hemos desarollado en el centro”.

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 Esta investigación sobre el monitoreo de aerosoles y gases traza producidos por la agricultura (quema de biomasa de caña de azúcar o incendios forestales, por ejemplo) tiene un impacto directo sobre la agricultura misma de la región según explica el profesor Reina: “Es común escuchar frases como que, dado que vivimos en un valle geográfico, toda la corriente de vientos del pacífico arrasa y barre los aerosoles de la región por lo que nuestro aire es muy limpio, pero no se había hecho una medición y análisis cuantitativo de cómo esa capa de aerosoles se está moviendo en la región. Ya hemos medido tal capa y continuamos monitoreando y cuantificando la capa de aerosoles que está ahí presente.”

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El sistema LiDAR-CIBioFI tiene la capacidad de monitorear la Capa Límite Atmosférica , lo cual es vital para el monitoreo de la calidad del aire y del cambio climático, pues en esta capa de la tropósfera es donde se encuentra la principal carga de aerosoles atmosféricos y así mismo es el aire que respiramos y con el que interactúan la infraestructura de los paisajes artificiales y la vegetación de los paisajes naturales. Por otra parte, por su naturaleza física y química, los aerosoles tienen la capacidad de dispersar la radiación solar entrante a la superficie terrestre influyendo tanto en el sistema climático como en el desarrollo de la vida en el planeta, motivo por el cual los cultivos tendrían una menor proporción de luz para realizar fotosíntesis.

Pero con los resultados de estas mediciones no solo se benefician los agricultores. La información recogida también sirve a los tomadores de decisiones, pues los datos dan información sobre la presencia de contaminantes atmosféricos que afectan directamente a la salud humana, así como eventos que puedan afectar el transporte terrestre y aéreo, como ocurrió en Argentina, en el 2011, a causa de una erupción volcánica que cubrió de ceniza varias ciudades y detuvo por completo el tráfico aéreo, según indica el invitado internacional y experto en LiDAR, Dr. Pablo Ristori, quien visitó las instalaciones de la estación LiDAR-CIBioFi recientemente.

 

Cooperación internacional

El LiDAR del CIBioFi es el segundo sistema de teledetección atmosférica de naturaleza activa que se encuentra en Colombia (el primero está ubicado en Medellín, en la Universidad Nacional) y se encuentra en una posición estratégica, pues es el único ubicado en la parte noroccidental del continente desde Punta Gallinas hasta Ecuador y contiguo a la costa pacífica. En semanas recientes la estación LiDAR-CIBioFI se ha convertido en una nueva integrante de la Red Latinoamericana de LiDAR (LALINET), en la cual están conectados los sistemas de Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Perú y Colombia.

El profesor John Henry Reina explica el papel que jugará la estación de UniValle en la Red Latinoamericana de LiDAR: “A la red le vamos a aportar información valiosa de los datos que obtengamos en nuestra estación a partir de mediciones con los sistemas LiDAR y DOAS, la cual sirve, además de permitir la cuantificación de procesos atmosféricos en el noroccidente suramericano, para validar los datos satelitales LIDAR y DOAS aportados por NASA. Esto es importante para entender la dinámica atmosférica, lo que ocurre a nivel climatológico y meteorológico y su impacto en la variabilidad climática, y al final, en la agricultura. Además, podremos analizar también los datos de las otras estaciones y validar los modelos que usamos en esta latitud”.

*¿Qué es el CIBioFi?

CIBioFi es un Centro de Investigación e Innovación en Bioinformática y Fotónica de la Universidad del Valle que, de forma transdisciplinar, genera, apropia, transfiere y divulga conocimiento científico y tecnológico mediante investigación básica y aplicada de vanguardia. CIBioFi aporta al bienestar social, al cuidado del medio ambiente y al desarrollo de la región y del país.

En este contexto, CIBioFi promueve la interacción entre distintas áreas del conocimiento, como las ciencias básicas y la ingeniería, mediante la aplicación y el uso de las propiedades de la luz (fotónica), la biotecnología y la bioinformática, y las ciencias del medio ambiente y computación para resolver problemas que afectan campos prioritarios de desarrollo científico, con impacto en la agro-producción regional, la integridad del medio ambiente y el bienestar de los ciudadanos.

Al Centro están adscritos siete grupos de investigación de la Universidad del Valle en las áreas de Física, Química, Biología e Ingeniería, y dos grupos externos de Biología de la Universidad Nacional sede Palmira y la Universidad Icesi. El CIBioFI cuenta con el apoyo de la Gobernación del Valle del Cauca, y el sector empresarial con aliados como Arrocera La Esmeralda, y Hugo Restrepo y Cia. A través de sus alianzas y cooperaciones, CIBioFi suma más de noventa (90) personas, entre estudiantes de pregrado, maestría, doctorado y posdoctorado, técnicos, investigadores, profesores, y equipo administrativo. Desde su creación hace tres años, el CIBioFi ha realizado seis cursillos de difusión de sus actividades de investigación y formación, ha producido alrededor de cuarenta y seis (46) artículos científicos, diez y ocho (18) tesis concluidas, 1 patente, 1 incubadora de base tecnológica, y proyecta culminar la formación de sesenta (60) estudiantes hacia agosto de 2020.

Fotos: cortesia CIBioFi