DISTRIBUCIÓN ESPACIAL Y TEMPORAL DEL FUEGO EN LA PROVINCIA DE SANTIAGO DEL ESTERO Hugo R. Zerda
Introducción En la biosfera, los gases atmosféricos se producen por diversos procesos biológicos, incluyendo la fotosíntesis, la respiración, la descomposición, la nitrificación, desnitrificación y metano-génesis. En los años 90 se ha identificado un nuevo proceso en la biosfera, la quema de biomasa, con efectos instantáneos y a largo plazo sobre la producción de gases atmosféricos. Este fenómeno incluye la quema de vegetación, como los bosques, las sabanas, los pastizales, en los procesos de cambios del uso de la tierra. El fenómeno ha aumentado en los últimos cien años, por efecto de las actividades humanas. Se estima que el 90% de la quema de biomasa es intencional (Levine et al., 1995). Mielnicki et al. (2005) señalan que la quema de biomasa produce emisiones de gases de efecto invernadero, precursores de ozono troposférico, y otros que afectan el ozono estratosférico; las partículas emitidas contienen compuestos orgánicos persistentes, aerosoles orgánicos, elementos metálicos y hollín, entre otros. Los mismos autores indican que estos agentes no sólo pueden afectar la calidad del aire, sino también producir efectos dañinos sobre las cosechas, mediante la formación de ozono y afectando la disponibilidad de la radiación solar. Diferentes regiones del planeta experimentan períodos marcados por la actividad del fuego. Gran parte de la materia orgánica se quema en las sabanas, y debido a que dos tercios de éstas se encuentra en África, este continente ha sido calificado como el “centro de quema” del planeta (Levine et al., 1995). En Sudamérica, la mayor superficie afectada por el fuego es el denominado “arco de fuego” que rodea al Amazonas brasilero (Setzer y Pereira, 1991), desde el cual se producen emisiones de carácter trans275
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fronterizo que afectan a países vecinos (Suarez et al., 2006). Es la principal fuente de contaminación atmosférica a escala continental de Sudamérica, por el gran número de incendios que se producen anualmente, y sus emisiones gaseosas pueden llegar hasta la pampa húmeda argentina (Mielnicki et al., 2005). Percepción remota satelital del fuego Anteriormente se citaron las escalas espaciales en las cuales se desarrolla el evento fuego en nuestro planeta. Debido a esto, la percepción remota1 es una herramienta que provee de los materiales y métodos adecuados para el estudio y monitoreo2 del evento fuego, y específicamente de la quema de biomasa, en grandes extensiones territoriales, hasta en escala global. Existen diversos programas de monitoreo del fuego en el mundo, algunos de los más importantes se describen en el Cuadro 1. En general son desarrollados por instituciones gubernamentales, como las agencias espaciales, interactuando para el desarrollo de investigaciones y aplicaciones con empresas privadas, universidades, servicios forestales y de bomberos, defensa civil, entre otros. Los sensores más comúnmente utilizados se describen en el Cuadro 2. Éstos que poseen una alta resolución temporal3 y radiométrica4 permiten observaciones más frecuentes, hasta varias horas en el mismo día, una particularidad a considerar en la aplicación que se pretenda hacer de los datos. En general, para los programas de monitoreo del fuego con cobertura regional a global, la resolución espacial5 es menos significativa. La percepción remota satelital del fenómeno del fuego, no solamente persigue su detección en la porción termal del espectro electromagnético registrada como áreas de altas temperaturas, sino que es posible también la detección visual de las “plumas de humo”6, o indirectamente por sus efectos en superficies con restos calcinados a posteriori de los incendios y Percepción remota: es todo proceso de adquisición de información sobre un objeto, área o fenómeno, sin entrar en contacto con él. 2 Monitoreo: es la evaluación continua de un evento, suceso o fenómeno. 3 Resolución temporal: es el tiempo que transcurre entre una observación y la siguiente. 4 Resolución radiométrica: son los niveles de brillo en que el se graban los datos registrados por un sensor. 5 Resolución espacial: es el tamaño mínimo de los objetos, eventos o fenómenos que puede detectar un sensor. 6 Denominación técnica dada a las columnas de humo que se producen en las quemas de biomasa u otros materiales. 1
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quemas, y también por los diseños que el fenómeno produce sobre la cobertura vegetal. Para algunas de estas observaciones se utilizan otros sensores de mayor resolución espacial, variando entre 10 m a 375 m, como: IRS (India), TM LANDSAT (NASA, EEUU), CCD CBERS-2/2B (INPE, Brasil), SAC-C (CONAE, Argentina). Existen algunos sensores diseñados específicamente para estudios de vegetación, caso del VEGETATION-SPOT -1 km x 1 km- (Francia), que tienen también una gran capacidad para la detección de áreas con restos vegetales afectados por el fuego. Cuadro 1. Programas que utilizan la percepción remota para el monitoreo del fuego. Programa - Descripción
Cobertura
Satélites
IONIA (ESA), Atlas Mundial de Fuego
Global
ERS
RAPIDFIRE: monitoreo “on-line” (NASA)
Global
Terra-Aqua
FIRMS: Información de Fuego para Sistemas de Manejo de Recursos
Global
Terra-Aqua
Queimadas (INPE)
Sudamérica
CWFIS: Sistema de Información de Fuegos en Áreas Silvestres de Canadá (CFS)
Canadá
OSEI: Imágenes Operacionales de Eventos Significativos (NOAA)
Global
Sistema de Respuesta Rápida (NASA)
Global
NESDIS: Servicio Nacional de Satélites y Datos Ambientales (NOAA)
EEUU y Centro América
HMS: Sistema Cartográfico de Riesgos (NOAA) WFAS: Sistema de Evaluación de Fuegos en Áreas Silvestres de EEUU (USFS)
EEUU y Centro América
DMSP
EEUU
Terra-Aqua
Terra-Aqua, NOAA, GOES Terra-Aqua, NOAA, GOES Terra-Aqua, NOAA, GOES Terra-Aqua Terra-Aqua, NOAA, GOES
(CFS: Servicio Forestal Canadiense, ESA: Agencia Espacial Europea, INPE: Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales de Brasil, NASA: Agencia Espacial Americana, NOAA: Administración Nacional del Océano y la Atmósfera, USFS: Servicio Forestal de los EEUU.) 277
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Cuadro 2. Sensores satelitales utilizados en los programas citados en el Cuadro 1.
Sensor/satélite
Resolución temporal
Resolución espacial
Observaciones
ATSR-2/ERS
35 días
1 km
3 canales termales
AVHRR (3)/NOAA
12 h
1,1 km
3 canales termales
OLS/DMSP
6h
Imager/GOES (12)
30 min.
1 km, 4 km, 8 km
MODIS/Terra-Aqua
2/día, 2/noche
0,25 km – 1,1 km* (*: termal)
visible-ir, nocturno 5 canales, 2 termales 10 canales termales (36 canales en total)
Los estudios de las superficies afectadas por el fuego son de gran importancia, ya que permiten el seguimiento del fenómeno mediante estadísticas que cuantifican el fenómeno de una forma más concreta que lo que permite el “número de puntos calientes”. A su vez, los mapas de áreas quemadas admiten ser analizados mediante SIG en relación con otras variables territoriales expresadas en similares magnitudes (ha, km²) como ser: mapas de suelos, geomorfológicos, usos de la tierra, entre otros. Esto permite un monitoreo del fuego relacionándolo con otras variables, y mediante herramientas de análisis espacial, poder evaluar su influencia sobre el ambiente. El uso de uno u otro sensor dependerá de los niveles de percepción que se persiga, por ello son de trascendencia las resoluciones definidas con anterioridad. En unos casos puede ser prioridad obtener información sobre el fuego cada cortos períodos de tiempo, entonces se deberá contar con una gran resolución temporal; cuando sea necesario estimar con alto grado de exactitud las superficies quemadas, la resolución espacial determinará la adquisición del producto. En general, las investigaciones tienden a utilizar diversos productos, que permiten investigar el fenómeno del fuego según diversos grados de detalles y escalas de percepción.
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Situación de la Región Chaqueña de Argentina Antiguos textos indican que el fuego era utilizado en la región chaqueña por los habitantes originarios para el manejo de las tierras (Lozano, 1733); más recientemente, la ganadería se ha transformado en el principal sector en utilizarlo. Actualmente, los procesos de cambios en el uso de la tierra en la región asociados a la deforestación, han contribuido al crecimiento de los registros del “evento fuego”7 (Herrera et al., 2003), el cual es utilizado como una herramienta para la eliminación de desechos del “desmonte”8, y para el manejo de pasturas. A nivel de paisajes provinciales, el fuego es un agente que modela la distribución espacial de las coberturas vegetales, pudiendo modificarlas con diversa duración (Zerda, 1998; Zerda, 2000; Zerda, 2003) y, en muchos casos, producir condiciones ambientales que favorecen el cambio en los usos de la tierra. Estas transformaciones muchas veces son a costa de alterar ambientes, aumentar, disminuir o eliminar algunos organismos favoreciendo la aparición de otros. Los principales procesos biogeoquímicos son en general afectados por la acción del fuego en diversas maneras, en procesos que se caracterizan por su dinámica. Estudios exploratorios sobre el aspecto espacial y temporal del fuego en la provincia de Santiago del Estero (Zerda, 1998; Zerda, 1999), mostraron que la actividad térmica, caracterizada mediante focos de calor (hotspot), se manifestaba en los ambientes más propicios para el desarrollo de las actividades agropecuarias, los extremos Este y Oeste, más húmedos que el resto del territorio. Aunque el inicio de la deforestación de grandes áreas en la provincia data de mediados de los años 80 (Zerda, 1991), es al inicio de los años 2000 donde el fenómeno amplía su escala espacial (Zerda y Moreira, 2001), y con ello se acentúa su expansión en el territorio (Zerda y Moreira, 2002). En el paisaje local pueden observarse los patrones de las formas generadas por los incendios (Morello y Adámoli, 1968; Herrera et al. 2003; Zerda, 1998), formas que varían según el tipo de uso de la tierra y actividades relacionadas. En un paisaje de grandes fragmentos de bosques, intercalados con grandes sabanas y campos bajo producción agropecuaria, el 7 8
Comprende tanto a las quemas como a los incendios Término utilizado localmente como equivalente a deforestación.
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fuego es generalmente utilizado para eliminar restos vegetales que siguen a la deforestación, para limpiar de especies leñosas las áreas de pastos o para facilitar el rebrote de pasturas.
Figura 1. Mejoras digitales para la detección de áreas quemadas mediante datos provenientes del sensor multiespectral TM LANDSAT.
La Figura 1 muestra una imagen satelital de un paisaje como el descripto en el párrafo anterior, con las típicas formas de las áreas quemadas, las cuales siguen mayormente la dirección de los vientos dominantes N-S en formas de elipses coalescentes en las sabanas, o de formas geométricas en los campos bajo uso agropecuario. Focos de calor en la provincia de Santiago del Estero No se describirán aquí las condiciones naturales de la provincia de Santiago del Estero, debido a que ya son indicadas en otros capítulos de la presente publicación, aunque eventualmente se indicarán algunas condiciones en gráficos explicativos. De todas maneras, es importante para la lectura del presente capítulo, considerar las características locales más importantes como el carácter de región semiárida, la distribución de las lluvias -acumuladas en el verano-, y el déficit hídrico durante todo el año, determinantes del ambiente donde se desarrolla el fenómeno del fuego estudiado. Es importante considerar también, que en las regiones del Este y Noroeste provincial, se presentan mayores valores de precipitación que en el resto de la provincia, de allí que aquí se experimentó el incremento de 280
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áreas desmontadas con fines agropecuarios (Zerda, 2003). Debido a la carencia de información referente a la actividad térmica -quemas e incendios- para una serie temporal y para toda la provincia de Santiago del Estero, se presenta aquí un primer estudio exploratorio sobre su distribución espacial y temporal -anual-, basada en metodologías propias de la Percepción Remota y los Sistemas de Información Geográfica. Esta investigación a nivel provincial, eventualmente puede ser aplicable a la Región Chaqueña Argentina y otras. El objeto de las investigaciones fue inicialmente determinar el comportamiento en el espacio y el tiempo del fenómeno del fuego en la provincia. Luego de esto, se podría ampliar la serie temporal a más años, pero este estudio permitiría elaborar las primeras estrategias para el mejor uso, combate y evaluaciones ambientales como emisiones de carbono, alteración y deterioro de los suelos y la vegetación nativa, entre otros aspectos del manejo y conservación de recursos naturales. Es importante comenzar resaltando las características de los materiales utilizados para los estudios, debido a que éstas determinarán las ventajas y desventajas de su aplicación. Los datos satelitales provienen del “Banco de Dados de Queimadas” del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales de Brasil (INPE, 2008), los cuales pueden ser adquiridos a través de Internet. Tales datos son archivos provenientes de los satélites Terra y Aqua, sensores MODIS, con una resolución espacial de 1 km x 1 km, y alta sensibilidad para la detección de emisiones de calor a partir de sus canales termales. Una primera ventaja de esta base de datos es la disponibilidad, ya que se accede a la misma de forma abierta, gratuita y en diversos formatos estándares para el uso en los SIG. Los datos pueden ser ordenados y grabados en forma diaria o periódica. La estructura de datos cuenta con otras informaciones, como las provenientes de satélites meteorológicos, por ejemplo, días sin lluvia en el área de detección del “hot-spot”. Los datos MODIS captados por el sensor son transformados en mapas de puntos en el INPE, donde cada punto representa un área de muestreo en el terreno de 1 km x 1 km. Se debe aclarar que cada punto no necesariamente representa un incendio con la misma dimensión del píxel de imagen de MODIS, sino que la actividad térmica se registra en un elemento de imagen (píxel) y eventualmente puede ser menor a esta área (Figura 2). Por esta razón, no debe utilizarse el número de píxeles o puntos calientes 281
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para la evaluación de superficies (Piromal, 2008). Giglio (2007) indica que las áreas con fuego detectables por estos sensores varían entre 1.000 m² para fuegos flameantes y sin humo, hasta 50 m² para los fuegos más severos y calientes, variando según diversas condiciones, desde atmosféricas hasta las debidas a las condiciones del registro por parte de los sensores, como ser: el ángulo de observación, la altura solar, la presencia de nubes o de humo, entre otras debidas a las características propias del sensor (Cuadro 3). Otra desventaja del sensor MODIS (Giglio, 2007) es que la resolución espacial no es constante, variando del nadir a los extremos del área explorada por el sensor. Hay que considerar que puede haber fuegos en el período entre dos pasajes o detecciones del satélite, los cuales no serán registrados.
Figura 2. Registro de puntos calientes y su relación con la resolución espacial. (Modificado de FIRMS, 2008).
Inicialmente los focos de calor se determinan mediante una clasificación automática de los valores de temperatura captados por el sensor, las temperaturas que saturan los píxel y permiten registrar un evento fuego como un punto en el mapa se muestra en el Cuadro 3. Existen otros factores más complejos que son analizados posteriormente, al efecto de definir la presencia o ausencia de una anomalía térmica o foco de calor, con lo cual 282
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se genera el producto final (Justice et al., 2006). También, pueden existir casos donde el fuego queda dentro del dosel de copas del bosque, y por esa razón tampoco podrá registrarse. En otros casos puede existir una confusión espectral entre suelos desnudos y áreas quemadas, cuando se trata de clasificar estas superficies (Piromal, 2008). Los mapas están disponibles para Sudamérica, dentro del área de captación de las estaciones terrestres mediante las cuales el INPE capta las imágenes MODIS. Por ello, luego deben seleccionarse las diversas áreas de estudio, para su posterior procesamiento y análisis. Las razones para elegir estos datos para la investigación, finalmente se resumen en base a las características inherentes al sensor, según Setzer y Yoshida (2004): “de los tres sensores utilizados por el INPE, el del satélite GOES es el menos apropiado por el hecho de estar mucho más lejos (29.400 km) de la superficie terrestre que los sensores AVHRR de los satélites NOAA (810 km), y que los del sensor MODIS en los satélites Terra-Aqua (710 km). Para una misma quema, el GOES recibe una señal 600 veces menor, adicionalmente el píxel es de 4 km contra 1km de AVHRR y MODIS, un factor de área 16 veces menor”. Cuadro 3. Condiciones para el registro de un evento fuego mediante MODIS*.
Canal*
1,65 µm 2,13 µm 3,96 µm 11 µm
Resolución espacial **
Saturación (grados Kelvin)
500 m 500 m 1000 m 1000 m
740 K 570 K 500 K 400 K
Fracción de píxel que satura al sensor a 100 K
a 600 K
0,05 0,007 0,025 0,07
sin saturación 0,65 0,30 0,25
(Adaptado de Justice et al, 2006)
*: punto medio del intervalo captado **: observación en el Nadir9
Distribución espacial y temporal de los focos de calor Los principales resultados encontrados muestran que la actividad térmica tiene una gran relación con la actividad agropecuaria, creciente 9
Observación en el nadir: punto ubicado en la vertical del sensor
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en la provincia en los últimos años. Esto sucede en gran proporción en las regiones donde hubo un cambio de las coberturas y usos de la tierra, principalmente de bosques a tierras agropecuarias, los sectores Este y Noroeste (Figuras 3 y 4) (Zerda y Moreira, 2006). En el Cuadro 4, las estadísticas muestran que en el año 2007 se registraron 5.513 focos de calor en la provincia. Departamentos como Moreno y Alberdi, con intensos procesos de cambios en el uso de la tierra, muestran la mayor cantidad de focos de calor; otros como Belgrano, también con gran actividad agropecuaria, presenta valores mucho menores, posiblemente debido a que allí ya casi no existen tierras con coberturas de bosques y leñosas en general, el material que con preferencia se quema y detecta como “hot-spot”. La distribución temporal muestra similitud con estudios previos a partir de datos ATSR (Zerda, 1999). Las máximas frecuencias de puntos calientes se encuentran en los meses del invierno, y prosiguen durante el inicio de primavera, donde Boletta (1988) indica que se produce el máximo déficit hídrico. Se observa que a la salida del invierno, a medida que se acrecienta la disponibilidad de agua, comienzan a disminuir los focos de calor (Figuras 5 y 6). Es notable la aparición de focos de fuego en las condiciones de menor disponibilidad de agua, la Figura 7 muestra la frecuencia de los “hotspot” según los días sin lluvia en el área de detección del suceso fuego. Cerca del 50% de los focos se localizaron en los períodos más secos, con 41-60 días sin lluvia. Sobre la distribución espacial de los focos de calor, en relación a los “días sin lluvia” en su área de detección (Figura 8), se observa que: en la categoría “0-5 días sin lluvia” se encuentran la menor cantidad de focos (738), distribuidos en todas las áreas donde se presentan fuegos en el año. En la categoría “6-15 días sin lluvia”, la segunda mayor frecuencia con 1287 focos, ya se destacan las áreas agropecuarias del Este y Oeste provincial. La categoría “16-40 días sin lluvia”, aunque tercera en frecuencias, muestra una notable concentración en los Departamentos del Noreste provincial, región de grandes propiedades agrícolas y pecuarias, aún con grandes sabanas en Copo y Alberdi; hacia el Noroeste, Deptos. Pellegrini y Jiménez, de gran actividad agrícola, también se encuentra definida un área de concentración, aunque de menor importancia; hacia el Sureste se ubica una concentración importante en la región de los bañados del Río 284
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Dulce, área pecuaria. La categoría “41-60 o más días sin lluvia”, incluye los sectores Este y Oeste completamente, indicando que en gran parte de la provincia se quema bajo condiciones climáticas extremas, incrementando la peligrosidad de las quemas, que pueden transformarse en incendios de imposible control una vez que inician la combustión de materiales como los locales. Esta última categoría incluye completamente a todas las áreas de riego provinciales. Finalmente, es importante hacer notar la posibilidad de integrar informaciones derivadas de la Percepción Remota y su tratamiento mediante SIG, lo cual permite inferencias espacio-temporales de gran interés, asociando condiciones ambientales y actividades del hombre como las del sector agropecuario, y su relación con el fenómeno del fuego.
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Figura 3. Distribución espacial de los focos de calor del año 2007, en la Provincia de Santiago del Estero. (Los puntos = focos de calor, no están representados en escala).
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Figura 4. Zonificación la Provincia de Santiago del Estero respecto a la ocurrencia de focos de calor basada en la densidad de puntos. Envolventes del 95% de los focos de calor. (Los puntos = focos de calor, no están representados en escala).
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Figura 5. Distribución espacial de los puntos calientes (hot spot) del año 2007, en la Provincia de Santiago del Estero. (Los puntos = focos de calor, no están representados en escala). 288
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Cuadro 4. Estadísticas de focos de calor por Departamento. Departamento Atamisqui Loreto Rivadavia San Martín Ojo de Agua Salavina Quebrachos Río Hondo Sarmiento Silípica Avellaneda Mitre Robles Capital Guasayán Banda Choya Belgrano Figueroa Copo Aguirre Pellegrini General Taboada Jiménez Juan F. Ibarra Alberdi Moreno Total
No. focos de calor, año 2007 2 2 10 24 26 27 30 34 35 36 38 40 47 82 114 122 165 174 179 183 247 311 339 360 419 961 1506 5513
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Figura 6. Distribución temporal de los puntos calientes (hot spot) del año 2007 y su relación con las precipitaciones en diferentes sectores de la Provincia de Santiago del Estero.
Figura 7. Distribución de los puntos calientes (hot spot) del año 2007, según los días sin lluvia en el área de detección, para la Provincia de Santiago del Estero. 290
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Figura 8. Polígonos envolventes del 95% de los focos de calor para diversas categorías de “días sin lluvia”. (Los puntos = focos de calor, no están representados en escala).
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Agradecimientos A la Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad Nacional de Santiago del Estero, y a su Consejo de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CICYT-UNSE), por el financiamiento de los proyectos CICYTUNSE-23/B059 y CICYT-UNSE-23/B081, marco de desarrollo para esta publicación. Referencias Boletta, P.E. (1988). Clima. En: Desmonte y habilitación de tierras en la región chaqueña semiárida. Oficina Regional de la FAO para América Latina y el Caribe. Santiago, Chile: 7-19. Levine, J. S., Cofer, W. R., Cahoon, D. R. y Winstead, E. L. (1995). Biomass Burning: A Driver for Global Change, Environmental Science and Technology, V 29, N 3, p. 120A-125A. Herrera, P., Torrilla, S. y Adámoli, J. (2003). Los incendios como modeladores del paisaje en la región chaqueña). En: Kunst, C., Bravo, S. y Panigatti, J. L., (edit.). Fuego en los ecosistemas argentinos, Ed. INTA. FIRMS (2008). Fire Information for Resource Management System. Maryland Univ., EEUU. Obtenida el 18.02.2008, de http://maps.geog.umd.edu/firms/faq.asp Giglio, (2007). MODIS Collection 4 Active Fire Product User’s Guide. Version 2.3. Obtenida el 18.02.2008, de http://maps.geog.umd.edu/products/MODIS_Fire_Users_Guide_2.3.pdf
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