Un equipo internacional de científicos llevó a cabo CALISHTO, una campaña de medición del aire a gran escala en Grecia el otoño pasado, con el objetivo de estudiar, contar y caracterizar las partículas diminutas y su impacto en la formación de nubes.
por la Escuela Politécnica Federal de Lausana
El objetivo es incorporar esta información en modelos climáticos para mejorar las predicciones de nubes, precipitaciones y clima.
El clima de la Tierra funciona como un gran rompecabezas, y ser capaz de comprender todos los diferentes mecanismos involucrados requiere reunir grandes cantidades de datos. El desarrollo de modelos climáticos confiables requiere comprender el papel exacto que juegan las nubes , y actualmente no se conoce. Para llenar este vacío, un equipo internacional de científicos, incluidos investigadores del Laboratorio de Procesos Atmosféricos y sus Impactos (LAPI) y el Laboratorio de Detección Remota Ambiental (LTE) de la EPFL, llevaron a cabo recientemente mediciones del aire a una escala sin precedentes.
El proyecto de investigación se llama CALISHTO, que es la abreviatura de Cloud-AerosoL InteractionS in the Helmos background TropOsphere. Las mediciones se tomaron en el Monte Helmos, en el corazón del Peloponeso, durante el otoño de 2021. Los científicos pasaron meses estudiando, contando y caracterizando meticulosamente los diferentes tipos de partículas en el aire en diferentes momentos del día. Estas partículas microscópicas, también conocidas como aerosoles, son importantes porque sirven como “semillas” para las nubes.
“Sin aerosoles, apenas habría nubes en el cielo”, dice Athanasios Nenes, director de LAPI y uno de los organizadores de CALISHTO. “El vapor de agua se condensa sobre estas partículas, formando gotitas y cristales de hielo que vemos como nubes. Y el tipo de nube formada puede variar significativamente dependiendo de la cantidad de aerosoles, su tamaño y sus características químicas. Partículas de arena del desierto del Sahara, por ejemplo, tendrá un efecto sobre las nubes muy diferente al que producen los incendios forestales. Eso es lo que queríamos estudiar con esta campaña de medición”.
Comprender el proceso de formación de las nubes es especialmente importante dado el papel esencial que desempeñan las nubes en el sistema climático y, por lo tanto, en el cambio climático. Las nubes forman un velo sobre la Tierra, reflejando grandes cantidades de radiación solar entrante hacia el espacio a través de lo que se conoce como efecto albedo. También atrapan parte de la radiación de longitud de onda más larga (radiación infrarroja) que se emite desde la superficie de la Tierra, manteniendo parte del calor en la atmósfera. Además, las nubes participan en la regulación y distribución de las precipitaciones y el ciclo hidrológico en general, lo que significa que tienen una influencia directa en el suministro de agua dulce para muchos ecosistemas y para la agricultura.
A pesar de este papel esencial que desempeñan las nubes, todavía hay mucha incertidumbre sobre cómo deben tenerse en cuenta en los modelos climáticos, especialmente cuando se tienen en cuenta las muchas interacciones diferentes y los procesos químicos y físicos involucrados, todos teniendo lugar a escala micro, mucho más. más pequeño que cualquier modelo climático puede resolver.
Lo que hace que el monte Helmos sea particularmente interesante para la investigación de las nubes y el clima es que se encuentra en la encrucijada de muchas corrientes de aire diferentes. Situado en la parte centro-norte de la península del Peloponeso en Grecia, proporciona un sitio ideal para recolectar y medir una variedad de partículas de Europa continental, de áreas cercanas, así como partículas marinas del mar Mediterráneo y polvo del Sahara. El sitio a menudo se encuentra en el nivel de formación de nubes, por lo que brinda una oportunidad única para observar directamente cómo cambian las propiedades de las nubes con las partículas que están presentes en el aire.
Kostas Eleftheriadis, director de investigación del NCSR Demokritos, coorganizadores de la campaña e iniciador del sitio Mount Helmos: “Nuestra estación de medición es única en su tipo. Pudimos observar los procesos atmosféricos que determinan lo que le sucede a emisiones antropogénicas y naturales de partículas y gases de efecto invernadero en la región más amplia del Mediterráneo oriental. Estos datos nos ayudarán a comprender el efecto general que la actividad humana está teniendo en el medio ambiente, tanto en nuestra región como en otros lugares”.
“Nuestra estación de medición está ubicada a una altitud de 2.300 metros y nos permite observar cómo interactúan dos capas distintas de aire: una inferior, donde se acumula toda la contaminación antropogénica, y una superior, donde el aire es mucho más limpio, con nubes en la región”, dice Ghislain Motos, científico de LAPI. La observación de esta enorme diversidad de condiciones de formación de nubes durante largos períodos de tiempo permite comprender los procesos que ocurren en las nubes en todo el mundo.
Casi tres docenas de instrumentos
Los científicos instalaron casi tres docenas de instrumentos de investigación de última generación en Mount Helmos y la región circundante. Algunos recopilaron datos sobre factores atmosféricos como la temperatura del aire, la humedad, la velocidad del viento, la luz solar, mientras que otros midieron gases como el amoníaco y las características de los aerosoles, como el tamaño, la cantidad, la higroscopicidad, la composición química, la densidad, las propiedades ópticas e incluso el contenido biológico. La capacidad del aerosol para formar gotas de nubes y cristales de hielo se midió directamente con un contador de núcleos de condensación de nubes desarrollado conjuntamente por Nenes y un nuevo contador de núcleos de hielo que solo unos pocos grupos poseen en todo el mundo.
El equipo de investigación también empleó sistemas de detección remota que brindan información clave para completar las mediciones recopiladas en la cima de la montaña. “Usamos sistemas llamados LIDARS, que envían luz de láseres a la atmósfera para obtener información sobre la distribución vertical de partículas desde cerca del suelo hasta una altura de 10 a 15 km. Esto permite la caracterización de las masas de aire que llegan a la estación Helmos y ayuda a determinar de dónde vienen las partículas”, dice Alexandros Papayannis, jefe de la Unidad de Teledetección Láser de la Universidad Técnica Nacional de Atenas, afiliada a LAPI y coorganizadora de CALISHTO.
Hasta ahora, los científicos han visto que las partículas de polvo del Sahara pueden aumentar considerablemente la concentración de hielo en las nubes, lo que promueve fuertemente su capacidad para llover y nevar. Curiosamente, la concentración de partículas biológicas también está aumentando junto con el polvo. Dado que las partículas biológicas pueden actuar como excelentes nucleadores de hielo y ayudar a facilitar los procesos de multiplicación del hielo, ¿significa esto que los aerosoles pueden hacer que las nubes llueva y nieve incluso más intensamente de lo que se pensaba? El análisis final lo dirá en unos meses.
