Estados Unidos ha reducido los contaminantes que causan smog, como el dióxido de azufre en el aire, en los últimos 20 años, pero los recortes han aumentado involuntariamente la contaminación del suelo y del agua en algunas áreas locales, según una investigación de Princeton y la Universidad Estatal de Colorado.
Por John Sullivan, Universidad de Princeton
En un artículo titulado «Cambio de régimen en la formación de aerosoles inorgánicos secundarios y la deposición de nitrógeno en las zonas rurales de Estados Unidos», publicado el 20 de junio en Nature Geoscience , los investigadores encontraron que la disminución de los niveles atmosféricos de dióxido de azufre y un grupo de contaminantes de óxido de nitrógeno llamados NO x (incluidos NO y NO 2 ) han llevado a un aumento de los depósitos de nitrógeno en los bosques y arroyos en varias partes del país.
Estos depósitos aumentados, vinculados a problemas ambientales, se encuentran en áreas conectadas con altos niveles de emisiones de amoniaco , que generalmente provienen de la agricultura y no han sido reguladas directamente en los EE. UU.
El investigador Da Pan, que realizó el trabajo como estudiante de doctorado en Princeton, dijo que el gas amoniaco reacciona con gases como el dióxido de azufre y el NOx para formar pequeñas partículas que contribuyen al smog. Con menos dióxido de azufre y NOx en la atmósfera, más amoniaco permanece en forma de gas. El gas amoniaco , que contiene mucho nitrógeno, regresa a la superficie y aumenta los depósitos de nitrógeno en el suelo y en el agua cerca de las fuentes de emisión.
«Una fracción mayor de amoníaco permanece en la fase gaseosa, que se deposita rápidamente, en lugar de reaccionar con el dióxido de azufre y el NOx para formar partículas pequeñas que se depositan con relativa lentitud», dijo Pan, quien recientemente fue nombrado profesor asistente en el Instituto de Tecnología de Georgia.
El dióxido de azufre y los compuestos NOx son producidos principalmente por las centrales eléctricas de carbón y los automóviles, explicó Pan. Estos productos químicos reaccionan con los gases de la atmósfera y forman partículas diminutas que son peligrosas para la salud de las personas. Un paso importante en la transformación de los contaminantes de gas a partículas sólidas es la reacción con el amoníaco, un producto químico que se emite a partir del uso de fertilizantes y de los desechos del ganado.
«La formación de partículas en suspensión es como mezclar estas sustancias químicas en un balde», explicó Pan, que realizó parte del trabajo como investigador postdoctoral en la Universidad Estatal de Colorado. «La cantidad de partículas está determinada por la sustancia química presente en menor concentración en el balde».
A medida que las plantas de carbón cerraron y las normas sobre emisiones de los automóviles se hicieron más estrictas, la cantidad de dióxido de azufre y NOx en la atmósfera disminuyó. Los investigadores afirmaron que las emisiones de dióxido de azufre cayeron un 70% y las de NOx un 50% entre 2011 y 2020.
Si bien esto fue bueno para reducir diversas formas de contaminación del aire, cerca de las regiones agrícolas significó que una gran cantidad de amoníaco eventualmente se depositó nuevamente en el suelo. Además, el amoníaco que permaneció en el aire podría ser transportado a otras partes más alejadas, hacia ciudades ubicadas a sotavento.
Los depósitos de amoniaco, que está compuesto de nitrógeno e hidrógeno, pueden tener varios efectos ambientales, dijo Pan. El aumento de nitrógeno cambia los ecosistemas al ayudar a que algunas plantas crezcan más y dañar a otras. Los altos niveles de nitrógeno también causan un rápido crecimiento de algas en lagos y arroyos. Este crecimiento, llamado eutrofización, puede matar peces y otras formas de vida marina.
Pan dijo que el equipo de investigación sacó sus conclusiones a través de observaciones directas de concentraciones químicas en la atmósfera a partir de una red de sensores operados por el gobierno y organizaciones privadas. Por ejemplo, como parte del equipo de Ciencias Aplicadas de la Salud y la Calidad del Aire de la NASA, los investigadores utilizaron mediciones satelitales de amoníaco que pueden localizar las mayores fuentes de emisiones de amoníaco y ayudar a interpretar los patrones de deposición resultantes.
Este enfoque difiere del trabajo que se basa en modelos matemáticos, llamados modelos de transporte químico atmosférico, para predecir cómo reaccionan y se mueven los productos químicos en la atmósfera.
«Las emisiones de amoníaco son poco conocidas, lo que limita la confianza en los resultados de modelos anteriores de transporte químico», dijo Mark Zondlo, investigador principal del proyecto y profesor de ingeniería civil y ambiental en Princeton.
«La novedad de este trabajo es limitar la formación de partículas a través de un conjunto de observaciones directas, y los resultados muestran los beneficios de utilizar observaciones para identificar contaminantes clave para mejorar la calidad del aire y disminuir la deposición de nitrógeno a escala estacional y regional».
Los investigadores utilizaron observaciones sobre la composición de aerosoles y la concentración de amoníaco en 68 lugares de todo el país, principalmente en zonas rurales, así como estimaciones de deposición nacional y observaciones satelitales.
Encontraron mayores depósitos de amoníaco en áreas cercanas a altos niveles de emisiones de amoníaco. Pan dijo que los datos de observación eran notablemente diferentes a los niveles predichos por las simulaciones basadas en modelos de transporte químico. Dijo que todavía hay altos niveles de incertidumbre en la cantidad de contaminantes liberados al aire y el mecanismo detrás de la formación de partículas en la atmósfera.
Pan dijo que los datos sobre la composición de aerosoles, las concentraciones de amoníaco y la deposición de nitrógeno estaban generalmente disponibles para las regiones rurales de los EE. UU. y advirtió que las áreas urbanas podrían tener resultados diferentes y que se necesitan más observaciones. También dijo que algunos datos se vieron afectados por el aumento de los incendios forestales, particularmente en el oeste de los EE. UU.
«En el futuro, el aumento de la generación de energía renovable y el uso de vehículos eléctricos reducirán aún más las emisiones de dióxido de azufre y NO x «, dijo la coinvestigadora principal Denise Mauzerall, profesora William S. Tod de Ingeniería Civil y Ambiental y Asuntos Públicos e Internacionales en Princeton.
«Sin embargo, las reducciones en el dióxido de azufre y los NOx han hecho que una mayor fracción de las emisiones de amoníaco se depositen en ecosistemas sensibles cerca de las fuentes de emisión. Por lo tanto, para proteger estos ecosistemas y reducir la eutrofización resultante del exceso de nitrógeno, se justifica la mitigación futura del amoníaco».
Más información: Da Pan et al, Cambio de régimen en la formación de aerosoles inorgánicos secundarios y la deposición de nitrógeno en las zonas rurales de Estados Unidos, Nature Geoscience (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01455-9
