El calentamiento global probablemente obstaculizará nuestra capacidad futura para controlar el ozono troposférico, un contaminante atmosférico dañino que es un componente principal del smog, según un nuevo estudio del MIT.
por Adam Zewe, Instituto Tecnológico de Massachusetts
Los resultados podrían ayudar a científicos y legisladores a desarrollar estrategias más eficaces para mejorar tanto la calidad del aire como la salud humana. El ozono troposférico causa numerosos efectos perjudiciales para la salud, desde asma hasta enfermedades cardíacas, y contribuye a miles de muertes prematuras cada año.
El enfoque de modelado de los investigadores revela que, a medida que la Tierra se calienta debido al cambio climático , el ozono troposférico se volverá menos sensible a la reducción de las emisiones de óxido de nitrógeno en el este de Norteamérica y Europa Occidental. En otras palabras, se requerirán mayores reducciones de las emisiones de óxido de nitrógeno para obtener los mismos beneficios en la calidad del aire.
Sin embargo, el estudio también muestra que lo contrario sería cierto en el noreste de Asia, donde la reducción de las emisiones tendría un mayor impacto en la reducción del ozono troposférico en el futuro.
Los investigadores combinaron un modelo climático que simula factores meteorológicos, como la temperatura y la velocidad del viento , con un modelo de transporte químico que estima el movimiento y la composición de las sustancias químicas en la atmósfera.
Al generar una gama de posibles resultados futuros, el enfoque de conjunto de los investigadores captura mejor la variabilidad climática inherente, lo que les permite pintar un panorama más completo que muchos estudios anteriores.
«La planificación futura de la calidad del aire debe considerar cómo el cambio climático afecta la composición química de la contaminación atmosférica. Es posible que necesitemos reducciones más drásticas en las emisiones de óxido de nitrógeno para alcanzar los mismos objetivos de calidad del aire», afirma Emmie Le Roy, estudiante de posgrado del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT y autora principal de un artículo sobre este estudio.
Entre sus coautores se encuentran Anthony Y.H. Wong, investigador posdoctoral del Centro de Ciencia y Estrategia de la Sostenibilidad del MIT; Sebastian D. Eastham, investigador principal del mismo centro; Arlene Fiore, profesora de la Cátedra Peter H. Stone y Paola Malanotte Stone de la EAPS; y la autora principal, Noelle Selin, profesora del Instituto de Datos, Sistemas y Sociedad (IDSS) y de la EAPS. La investigación se publica hoy en Environmental Science and Technology.
Control del ozono
El ozono troposférico difiere de la capa de ozono estratosférico, que protege la Tierra de la dañina radiación UV. Es un irritante respiratorio perjudicial para la salud de los seres humanos, los animales y las plantas.
Controlar el ozono troposférico es particularmente difícil porque es un contaminante secundario, formado en la atmósfera por reacciones complejas que involucran óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles en presencia de la luz solar.
«Es por eso que tendemos a tener días con mayor nivel de ozono cuando hace calor y hay sol», explica Le Roy.
Los reguladores suelen intentar reducir el ozono troposférico disminuyendo las emisiones de óxido de nitrógeno de los procesos industriales. Sin embargo, es difícil predecir los efectos de estas políticas, ya que el ozono troposférico interactúa con el óxido de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles de forma no lineal.
Dependiendo del entorno químico, la reducción de las emisiones de óxido de nitrógeno podría provocar un aumento del ozono a nivel del suelo.
«Las investigaciones anteriores se han centrado en el papel de las emisiones en la formación de ozono, pero la influencia de la meteorología es una parte realmente importante del trabajo de Emmie», dice Selin.
Para realizar su estudio, los investigadores combinaron un modelo de química atmosférica global con un modelo climático que simulaba la meteorología futura.
Utilizaron el modelo climático para generar datos meteorológicos para cada año futuro en su estudio, simulando factores como la temperatura probable y la velocidad del viento, de manera de capturar la variabilidad inherente del clima de una región.
Luego ingresaron esos datos al modelo de química atmosférica, que calcula cómo cambiaría la composición química de la atmósfera debido a la meteorología y las emisiones.
Los investigadores se centraron en el este de América del Norte, Europa occidental y el noreste de China, ya que esas regiones tienen niveles históricamente altos de sustancias químicas precursoras que forman el ozono y redes de monitoreo bien establecidas para proporcionar datos.
Eligieron modelar dos escenarios futuros, uno con alto calentamiento y otro con bajo calentamiento, durante un período de 16 años entre 2080 y 2095. Los compararon con un escenario histórico capturado entre 2000 y 2015 para ver los efectos de una reducción del 10% en las emisiones de óxido de nitrógeno.
Capturando la variabilidad climática
«El mayor desafío es que el clima varía naturalmente de un año a otro. Por lo tanto, si se quieren aislar los efectos del cambio climático, es necesario simular suficientes años para ver más allá de esa variabilidad natural», afirma Le Roy.
Pudieron superar este desafío gracias a los recientes avances en el modelado de la química atmosférica y al aprovechamiento de la computación paralela para simular varios años simultáneamente. Simularon cinco realizaciones de 16 años, lo que resultó en 80 años modelo para cada escenario.
Los investigadores descubrieron que el este de América del Norte y Europa occidental son especialmente sensibles a los aumentos en las emisiones de óxido de nitrógeno del suelo, que son emisiones naturales impulsadas por el aumento de la temperatura.
Debido a esa sensibilidad, a medida que la Tierra se calienta y más óxido de nitrógeno del suelo ingresa a la atmósfera, la reducción de las emisiones de óxido de nitrógeno provenientes de las actividades humanas tendrá un impacto menor en el ozono a nivel del suelo.
«Esto demuestra lo importante que es mejorar nuestra representación de la biosfera en estos modelos para comprender mejor cómo el cambio climático puede afectar la calidad del aire», afirma Le Roy.
Por otra parte, dado que los procesos industriales en el noreste de Asia generan más ozono por unidad de óxido de nitrógeno emitido, reducir las emisiones allí causaría mayores reducciones del ozono troposférico en futuros escenarios de calentamiento.
«Pero no diría que eso es bueno porque significa que, en general, hay niveles más altos de ozono», añade Le Roy.
La realización de simulaciones meteorológicas detalladas, en lugar de basarse en datos climáticos promedio anuales, proporcionó a los investigadores una imagen más completa de los posibles efectos sobre la salud humana.
«El clima promedio no es lo único que importa. Un día con niveles altos de ozono, que podría ser una anomalía estadística, podría significar que no alcancemos nuestro objetivo de calidad del aire y tener impactos negativos en la salud humana que deberíamos considerar», afirma Le Roy.
En el futuro, los investigadores desean seguir explorando la intersección entre la meteorología y la calidad del aire. También desean ampliar su enfoque de modelado para considerar otros factores del cambio climático con alta variabilidad, como los incendios forestales o la quema de biomasa.
«Hemos demostrado que es importante que los científicos especializados en calidad del aire consideren toda la gama de variabilidad climática, incluso si es difícil hacerlo en sus modelos, porque realmente afecta la respuesta que se obtiene», afirma Selin.
Más información: Emmie J. Le Roy et al., Impacto de la variabilidad y el cambio climático en la respuesta del ozono superficial a la reducción de las emisiones de NOx , Environmental Science & Technology (2025). DOI: 10.1021/acs.est.5c01347
