El investigador del Departamento de Ingeniería Forestal Miguel Ángel Herrera Machuca define qué es el 'cambio global' en La Universidad Responde, el microespacio de divulgación científica coordinado por CRUE Universidades que se emite dentro de La aventura del Saber de La2 de Televisión Española. 

A partir del minuto 48 

La UCO participa en un estudio liderado por la URJC que ha evaluado las comunidades de microorganismos del suelo en zonas áridas de todo el planeta

Los microbios del suelo, como las bacterias y los hongos, nos proporcionan algunos de los servicios más importantes que nos brindan los ecosistemas terrestres, como la fertilidad del suelo o su capacidad para producir alimento y actuar como un sumidero del CO2 que emitimos a la atmósfera con la quema de combustibles fósiles. Pese a ello, tenemos un gran desconocimiento sobre cómo el cambio climático afectará a estos organismos, particularmente en zonas áridas. Estos ecosistemas tienen gran importancia a nivel mundial, ya que cubren el 41% de la superficie terrestre y alojan al 38% de la población humana. La importancia de estos ambientes se va a incrementar en el futuro, ya que los estudios más recientes apuntan a que su extensión puede aumentar hasta en un 23% a nivel global como consecuencia del aumento de aridez previsto con el cambio climático. Así pues, para comprender mejor las consecuencias ecológicas del cambio climático y establecer medidas efectivas de adaptación y mitigación es fundamental conocer los efectos que tendrá tanto en las bacterias y hongos del suelo como en los procesos ecosistémicos que dependen de estos organismos. 

La Universidad de Córdoba participa en un proyecto europeo junto a la Agencia Espacial Europea para comprender calentamientos abruptos de la última glaciación

El estudio de los climas pasados es una disciplina compleja. En ausencia de registros como los existentes en la actualidad, los científicos deben buscar testigos para conocer aquellos climas. El hielo conservado en glaciares de montaña y en el Polo Sur es uno de estos indicadores que permiten reconstruir las condiciones del planeta, especialmente de los últimos periodos glaciales. A partir de muestras cilíndricas obtenidas en glaciares, los investigadores extraen valiosos datos. Para procesar toda la información que contienen estos núcleos congelados son necesarios los estudios estadísticos. Ahora, un algoritmo propuesto en un proyecto europeo en el que ha participado la Universidad de Córdoba puede ayudar a conocer mejor cómo evolucionó el clima en la última etapa glacial al caracterizar los cambios bruscos que entonces se produjeron.

La última edad de hielo se desarrolló, grosso modo, aproximadamente entre 110.000 años y 12.000 años antes del momento presente. Desde entonces, la humanidad vive en un periodo de temperaturas relativamente apacibles. En contraste, nuestros antepasados tuvieron que lidiar con temperaturas medias anuales de hasta seis grados más bajas a las actuales durante la última edad de hielo. Aquella etapa glacial se corresponde con la expansión del Homo sapiens por todo el planeta. Los hielos cubrieron, en su máxima extensión, grandes áreas del Hemisferio Norte: en Norteamérica, desde llegaron a los Grandes Lagos; en Europa, hasta la cuenca del Rin y las Islas Británicas. Entonces, se abrió un puente de hielo en el estrecho de Bering que permitió la colonización de América. Aunque en retroceso, aún se conservan glaciares y, en ellos, hielos milenarios de aquella época, especialmente en Groenlandia, de donde los científicos extraen los testigos cilíndricos.

La glaciación durante los casi 100.000 años de edad de hielo no fue uniforme, sino que se han detectado variaciones, algunas bruscas. Por medio de los isótopos de agua conservados en los testigos de hielo, se han descubierto abruptos calentamientos sucedidos en espacio de décadas que eran continuados por un enfriamiento gradual. Estos eventos se denominan Dansgaard-Oeschger y sus causas aún no están del todo claras para los paleometeorólogos. Para ayudar a esclarecer qué sucedió en estos periodos, miembros del grupo de investigación AYRNA de la Universidad de Córdoba e investigadores de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) han colaborado en un proyecto europeo Ariadna sobre paleoclimatología. Los investigadores han desarrollado un algoritmo específico para interpretar los datos obtenidos en los núcleos de hielo.

Algoritmo

El trabajo propone un algoritmo de partición automática de una serie temporal de paleoclimatología en segmentos, utilizando un algoritmo genético y un método de agrupamiento de los segmentos en función de las características estadísticas que tienen éstos. El procedimiento de agrupación se emplea para agrupar segmentos similares (teniendo en cuenta para cada segmento seis características estadísticas). El algoritmo considera todos los segmentos del registro paleoclimático y los intentos de encontrar características comunes dentro de los diferentes segmentos. “Nuestro enfoque tiene la ventaja de que también puede analizar cada transición y sus propiedades estadísticas subyacentes mediante la aplicación de una etiqueta a cada segmento de la serie del clima”, explica el catedrático de la UCO César Hervás, responsable del grupo AYRNA. El algoritmo ha sido presentado en la revista científica Climate Dynamics.

Mediante estos datos estadísticos, se puede determinar las características que tienen los segmentos de la serie de eventos Dansgaard-Oeschger que, desde hace 60.000 años, se han detectado como periodos de glaciación. Una de las series para este estudio es la asociada al proyecto de muestras de hielo del norte de Groenlandia (NGRIP, en sus siglas en inglés). Entre 1999 y 2003, se extrajeron de esta zona de la isla danesa muestras de hielo inalteradas. Se emplearon como aproximación a las temperaturas atmosféricas isótopos de oxígeno-18, el segundo más abundante de este elemento. Estos isótopos informan de la temperatura en la que precipitaron desde la atmósfera en forma de nieve o lluvia.

Resultados experimentales

Los resultados experimentales muestran que los algoritmos desarrollados aplicados a los datos de paleoclimatología pueden determinar los periodos de cambios climáticos bruscos de la serie temporal y descubrir que en estos periodos aumenta de forma no lineal el error cuadrático medio de la recta de tendencia de la serie, así como la varianza de la serie, de forma tal que la dinámica de la serie cambia de forma brusca.

Este tipo de algoritmos de detección automática de sucesos extremos en series temporales tiene una gran aplicación en todo tipo de modelos de series temporales caóticas o difíciles de estructurar dada su no estacionalidad. Un ejemplo son las series financieras asociadas a los índices bursátiles.

Athanasia Nikolaou, Pedro Antonio Gutiérrez, Antonio Durán, Isabelle Dicaire, Francisco Fernández-Navarro, César Hervás-Martínez. Detection of early warning signals in paleoclimate data using a genetic time series segmentation algorithm. Climate Dynamics. 44(7), 1919-1933 (2015)

La Universidad de Córdoba observa que estas plantas de secano avanzan en primavera sus fases de aparición de la hoja bandera y floración

Los cereales de secano que se cultivan en España han adelantado en las tres últimas décadas etapas de crecimiento que desarrollan en primavera como consecuencia de los efectos del cambio global, que en la Península se han manifestado con un incremento de la temperatura media y una ligera disminución, pero mayor intensidad de las precipitaciones. El avance en sus estados fenológicos más significativo ha sido registrado en el trigo y en la avena, cuyas fases de aparición de la hoja bandera y de floración se han adelantado una media de tres y un día por año, respectivamente. Un estudio de la Universidad de Córdoba y el Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario ceiA3 con datos fenológicos y meteorológicos de la Agencia Estatal de Meteorología (Aemet) concluye que el cambio climático “está provocando claramente variaciones en la fenología de los cereales cultivados y sus consecuencias podrían ser más marcadas”. Este estudio ha sido publicado en la revista científica Climatic Change, una de las mayor impacto en este área.

Las variaciones meteorológicas tienen efecto directo en las plantas, ya que pueden adelantar o retrasar etapas, tanto en su nacimiento en las anuales o la floración. Si estas variaciones persisten en el tiempo, pueden pasar de ser un hecho aislado a una tendencia. Para discernir entre un cambio puntual y una tendencia que se prolonga en el tiempo, los botánicos estudian los desarrollos fenológicos de las plantas. En el caso de plantas herbáceas anuales, el ciclo va desde la semilla hasta su madurez y cosecha. En los últimos años, la Península Ibérica ha sido testigo de un incremento tanto de la temperatura media como de la intensidad en las precipitaciones, aunque éstas hayan disminuido ligeramente, especialmente en el área mediterránea. Con el fin de analizar si estos cambios han tenido efecto en los cinco principales cultivos de cereales del país, investigadores de la Universidad de Córdoba han analizado las muestras de 26 puntos diferentes de la España penínsular y Baleares desde 1986 hasta 2012. El investigador José Antonio Oteros (actualmente en estancia postdoctoral en la Universidad Técnica de Múnich) y las profesoras Carmen Galán y Herminia García Mozo estudiaron, cribaron y estandarizaron los datos de fases fenológicas observadas por este organismo estatal en los cereales de secano mayoritarios (avena, cebada, centeno y trigo), además del maíz, para posteriormente analizarlos mediante técnicas estadísticas novedosas con el fin de determinar si durante las últimas tres décadas se había producido algún cambio en el comportamiento fenológico de estas plantas. Este trabajo se ha realizado en colaboración con los investigadores de la Aemet Antonio Mestre y Roser Botey.

Muestras de toda España
Las muestras fueron tomadas en diferentes localizaciones en España: desde varios puntos de recogida en la región biogeográfica atlántica (Asturias) a datos de la zona mediterránea (Cataluña, Baleares, Extremadura, Castilla-La Mancha y Andalucía). La Aemet no sólo dispone en sus registros de datos del tiempo como la temperatura o las precipitaciones, sino que también observa datos biológicos como los estados de crecimiento de plantas silvestres y cultivadas o el comportamiento anual de los animales, como es el caso de la fecha de llegada de las aves migratorias. Muchos de estos datos son proporcionados por voluntarios que registran esta información con minuciosidad y durante años.

A partir de estos registros, los investigadores del Departamento de Botánica, Ecología y Fisiología Vegetal de la Universidad de Córdoba compararon las fechas de la siembra, la nascencia de la planta, el aparición de la hoja bandera, la floración, el granado y la cosecha de los cereales mayoritariamente cultivados en España con las temperaturas y precipitaciones de aquellos días. Los científicos lograron correlacionar cambios significativos en la fenología de los cultivos de estos cereales de invierno, especialmente durante la primavera, que es cuando se desarrolla la hoja bandera y la floración, con los cambios meteorológicos producidos de forma sostenida durante las tres décadas de estudio. “Las variaciones que observamos pueden tener efectos económicos, puesto que, entre otras adaptaciones, requerirá que los trabajos agrícolas se adecuen al adelantamiento de las etapas de los cultivos”, han explicado los investigadores de la UCO participantes en el estudio. También advierten que “las variaciones fenológicas pueden llegar a tener impacto sobre la producción final de cultivo”.

El adelantamiento en los ciclos vitales de las plantas fue llamativo en el trigo (Triticum vulgare) y en la avena (Avena sativa), en los que se observaron una ganancia de fechas de tres y un día al año en sus fases de crecimiento primaveral. No obstante, también se observó este avance de fechas de forma significativa en la cebada (Hordeum vulgare) y el centeno (Secale cereal), pero no en el maíz (Zea mays). El maíz es generalmente un cultivo de regadío y su ciclo es diferente al de los cultivos de invierno, es decir, se siembra en primavera y se recoge a finales de otoño. Por lo tanto, el incremento observado de las temperaturas y el cambio en el régimen de lluvias ha afectado más a los cultivos de secano, que se siembran en invierno, que al de regadío. Estas cinco especies comprenden el 90% de la producción nacional de cereales, por lo que su contribución económica y agrícola es importante.

José Antonio Oteros, Herminia García Mozo, Roser Botey, Antonio Mestre y Carmen Galán. ‘Variations in cereal crop phenology in Spain over the last twenty-six years (1986-2012)’. Climatic Change. Fecha de publicación: 8 de marzo de 2015. DOI 10.1007/s105584-015-1363-9

El repliegue de la nieve hacia cotas más elevadas en el Parque Nacional de Sierra Nevada ha conllevado efectos importantes en los ecosistemas de la zona y en la presencia del agua. Por ejemplo, se ha observado que ciertas especies de flora que se desarrollaban en temperaturas bajas o que necesitan nieve han migrado hacia lugares más elevados donde han podido encontrar mejores condiciones. Sin embargo, la causa no parece estar exclusivamente en el cambio reciente del régimen de temperaturas. Un estudio conjunto de investigadores de las universidades de Córdoba y de Granada ha logrado determinar que esta disminución de la presencia de nieve en las cumbres penibéticas está más asociada a la forma y frecuencia en la que nieva que en la evolución de temperaturas hacia valores más extremos.