Mediciones con un globo en Svalbard detectaron sal y carbohidratos del océano hasta 1.112 metros, dentro de capas atmosféricas relevantes para el clima
Redactor: Raúl Méndez C.
Editor: Karem Díaz S.
Partículas de sal y azúcares procedentes del océano pueden ascender desde la superficie marina hasta la troposfera libre y alcanzar alturas donde intervienen en la formación de nubes sobre el Ártico. Así lo comprobó un equipo internacional mediante mediciones realizadas con un globo cautivo cerca de Ny-Ålesund, en el archipiélago noruego de Svalbard.
La investigación fue dirigida por el Instituto Leibniz de Investigación Troposférica (TROPOS) y publicada en la revista Atmospheric Chemistry and Physics. El trabajo aporta la primera observación vertical directa que conecta los carbohidratos presentes en el agua del mar con partículas suspendidas a diferentes alturas de la atmósfera ártica.
Los científicos consideran que el proceso puede adquirir mayor importancia a medida que retrocede el hielo marino y aumenta la superficie de océano abierto. Una mayor exposición del agua al viento y al oleaje puede incrementar la emisión de aerosoles marinos, aunque el efecto climático final dependerá de su composición, altura y relación con las nubes.
Un globo tomó muestras entre 321 y 1.112 metros
Las campañas de campo se desarrollaron durante el otoño de 2021 y la primavera de 2022 en Ny-Ålesund, uno de los asentamientos permanentes más septentrionales del planeta. Los investigadores emplearon el globo cautivo BELUGA para recolectar partículas atmosféricas sobre filtros a alturas comprendidas entre 321 y 1.112 metros.
Ese intervalo permitió estudiar tanto la capa límite marina, directamente influida por la superficie terrestre y oceánica, como sectores de la troposfera libre. Hasta ahora, gran parte de la información disponible procedía de barcos, estaciones terrestres o cumbres montañosas, sin perfiles verticales obtenidos mediante plataformas móviles en esta región.
El BELUGA mide 12 metros de longitud y dispone de un volumen aproximado de 90 metros cúbicos de helio. El instrumento ya había participado en la expedición MOSAiC, durante la cual el rompehielos alemán Polarstern permaneció a la deriva en el Ártico central para estudiar el sistema climático polar.
Las nuevas observaciones complementan otros trabajos sobre el papel de los aerosoles en la formación y las propiedades de las nubes. Sin partículas sobre las cuales pueda condensarse o congelarse el agua, el desarrollo de muchas nubes sería considerablemente más difícil.
El equipo comparó aire, agua y la película superficial del mar
Las muestras atmosféricas recogidas por el globo fueron analizadas en los laboratorios de TROPOS y comparadas con mediciones realizadas a nivel del suelo. El equipo también estudió agua y material de la película superficial del Kongsfjorden, el fiordo situado junto a Ny-Ålesund.
La comparación permitió seguir la transferencia de compuestos desde el océano hasta el aire. Los investigadores utilizaron el sodio como indicador del aerosol marino, debido a que es abundante en las partículas producidas por el mar y resulta más estable en la atmósfera que otros componentes, como el cloruro.
En las muestras transportadas por el globo, la concentración de sodio osciló entre 23 y 850 nanogramos por metro cúbico. Los carbohidratos combinados se situaron entre 3,8 y 274 nanogramos por metro cúbico. Estas mediciones confirman que ambos componentes pueden encontrarse por encima de la capa atmosférica más directamente vinculada con la superficie.
El estudio evaluó además el recorrido de las masas de aire, la mezcla atmosférica y las condiciones nubosas en tres casos seleccionados. Los resultados indican que la distribución vertical responde a una combinación de emisiones locales, transporte a larga distancia, procesamiento químico y posible formación dentro de la propia atmósfera.
Las olas y las burbujas liberan partículas del océano
Los aerosoles de rocío marino se forman cuando el viento genera olas y las burbujas revientan en la superficie del agua. Al romperse, proyectan pequeñas gotas que contienen sales inorgánicas y materia orgánica procedente del océano. Una vez en el aire, el agua se evapora y deja partículas capaces de permanecer suspendidas.
Entre los compuestos orgánicos se encuentran carbohidratos producidos principalmente por algas y bacterias. Buena parte corresponde a polisacáridos complejos y ramificados que se acumulan en la película microscópica que separa el mar de la atmósfera.
La actividad biológica del Kongsfjorden es relevante para comprender este intercambio. Investigaciones anteriores desarrolladas en la misma zona han mostrado que el fitoplancton ártico responde a los episodios de calentamiento marino, lo que puede modificar la producción y transformación de materia orgánica en el agua.
Los autores no sostienen que todo el material detectado proceda exclusivamente de emisiones locales. Parte de las partículas puede haber recorrido largas distancias, mientras otra fracción habría experimentado modificaciones químicas o biológicas después de abandonar el océano.
Los polisacáridos pueden favorecer la formación de hielo
Los carbohidratos marinos interesan a la ciencia atmosférica porque algunos pueden actuar como componentes de partículas capaces de facilitar la nucleación del hielo. Este proceso promueve la formación de cristales dentro de las nubes y puede influir en sus propiedades radiativas, duración y capacidad para producir precipitación.
Investigaciones previas de TROPOS encontraron que los polisacáridos contenidos en el aerosol marino adquieren especial relevancia para la nucleación de hielo a temperaturas comprendidas aproximadamente entre −20 y −15 grados Celsius. Su influencia puede ser mayor sobre océanos remotos donde escasean las partículas terrestres con la misma función.
La presencia de estos compuestos entre 321 y 1.112 metros demuestra que pueden alcanzar niveles directamente relacionados con la microfísica de las nubes. No obstante, el estudio no establece que su efecto sea siempre de enfriamiento o calentamiento, pues las nubes interactúan de distintas maneras con la radiación solar y el calor emitido por la superficie.
Las observaciones satelitales sobre el efecto de los aerosoles sobre el brillo y el enfriamiento de las nubes muestran la complejidad de cuantificar estas interacciones. El resultado depende del tipo de partícula, la concentración, el tamaño de las gotas y las condiciones meteorológicas.
Parte de los azúcares podría formarse dentro de las nubes
El estudio también encontró una correlación entre determinados carbohidratos y oxalato en diferentes alturas. Los autores interpretan esta relación como una señal de posible producción conjunta o de transformaciones asociadas con el procesamiento atmosférico.
Durante condiciones de elevada humedad, particularmente en nubes con precipitación, los investigadores observaron indicios de formación adicional de azúcares en la atmósfera. Una posible explicación es la actividad metabólica de microorganismos transportados por el aire, aunque el mecanismo necesita nuevas comprobaciones.
Esta evidencia sugiere que la materia orgánica marina participa en un ciclo más dinámico de lo supuesto: puede salir del océano, transformarse mientras asciende y, en determinadas circunstancias, recibir aportes de procesos biológicos dentro de las nubes.
El hallazgo amplía el conocimiento sobre la conexión entre océanos, microorganismos, aerosoles y clima. También ofrece datos para mejorar la representación de las nubes árticas en los modelos, una de las fuentes importantes de incertidumbre en las proyecciones climáticas regionales.
Menos hielo puede modificar la emisión de aerosoles
El océano Ártico permanece ampliamente cubierto de hielo durante el invierno, pero presenta extensiones crecientes de agua abierta en la estación cálida. Al desaparecer parte de la cubierta helada, el viento interactúa con una superficie marina mayor y puede generar más rocío.
Ese cambio no actúa de forma aislada. La temperatura del agua, la actividad biológica, el oleaje, la presencia de contaminación y la circulación atmosférica determinan qué partículas se liberan y hasta dónde pueden viajar. Incluso las emisiones del tráfico marítimo alteran la formación de nubes en el Ártico, añadiendo aerosoles de origen humano al sistema.
El Ártico se calienta a una velocidad superior al promedio mundial debido a varios mecanismos de amplificación, incluida la pérdida de superficies heladas reflectantes. Los aerosoles marinos y las nubes forman parte de esas interacciones, pero los investigadores advierten que todavía faltan observaciones verticales suficientes para cuantificar su contribución.
Las campañas en Svalbard ofrecen mediciones correspondientes a periodos y condiciones concretos, por lo que no describen por sí solas todo el ciclo anual ni el conjunto del Ártico. Para establecer tendencias será necesario repetir los perfiles durante diferentes estaciones, regiones y situaciones meteorológicas.
El próximo objetivo será el océano Austral
En el estudio participaron especialistas de TROPOS, la Universidad de Colonia, el Instituto Alfred Wegener, el Instituto Max Planck de Microbiología Marina y las universidades de Oldenburg y Bremen. El trabajo forma parte del programa Transregio 172 de la Fundación Alemana de Investigación, dedicado desde 2016 al cambio climático en el Ártico.
Actualmente no existen mediciones comparables realizadas con este enfoque sobre la Antártida. El equipo de BELUGA prevé utilizar las expediciones del Polarstern programadas para 2028 dentro de Antarctica InSync para recoger muestras sobre el océano Austral.
La comparación entre ambos polos permitirá investigar si los carbohidratos marinos presentan distribuciones y funciones semejantes en regiones con diferente cobertura de hielo, actividad biológica y circulación atmosférica. Esos datos ayudarán a determinar cuánto material procede directamente del mar y qué proporción se transforma o se genera durante su permanencia en el aire.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Atmospheric Chemistry and Physics
