La selva tropical de la cuenca amazónica transpira grandes cantidades de isopreno gaseoso. Hasta ahora, se suponía que esta molécula no se transportaba a grandes alturas en la atmósfera, ya que su desintegración se descomponía rápidamente cuando se exponía a condiciones de luz. La campaña de medición de CAFE-Brasil proporcionó datos para dos estudios —ahora publicados como artículo de portada de Nature— que demuestran, sin embargo, que las tormentas eléctricas nocturnas transportan el isopreno a una altitud de hasta 15 kilómetros.
por la Universidad Goethe de Frankfurt am Main
Allí reacciona para formar compuestos químicos capaces de generar grandes cantidades de nuevas partículas de aerosol, que crecen aún más y contribuyen a la formación de nubes como núcleos de condensación. Es probable que este mecanismo también afecte al clima.
¿Quién no ha disfrutado alguna vez del aroma aromático que se percibe en el aire al caminar por el bosque en un día de verano? Los terpenos, un grupo de sustancias que se encuentran en las resinas de los árboles y en los aceites esenciales, son en parte responsables de este olor tan característico. La molécula principal y más abundante es el isopreno. Se calcula que las plantas de todo el mundo liberan entre 500 y 600 millones de toneladas de isopreno a la atmósfera cada año, lo que representa aproximadamente la mitad de las emisiones totales de compuestos orgánicos gaseosos de las plantas.
«La selva amazónica por sí sola es responsable de más de una cuarta parte de estas emisiones», explica el investigador atmosférico profesor Joachim Curtius de la Universidad Goethe de Frankfurt.
Hasta ahora se pensaba que el isopreno de la cuenca amazónica se degrada rápidamente y no alcanza las capas superiores de la atmósfera. Esto se debe a que los radicales hidroxilo se forman en la atmósfera cerca del suelo durante el día, cuando brilla el sol. Son muy reactivos y destruyen las moléculas de isopreno en cuestión de horas.
«Sin embargo, ahora hemos comprobado que esto es sólo parcialmente cierto», afirma Curtius. «Por la noche, en la selva tropical todavía hay cantidades considerables de isopreno y una proporción sustancial de estas moléculas puede ser transportada a capas atmosféricas superiores».
Las tormentas eléctricas actúan como aspiradoras
Las responsables de ello son las tormentas tropicales que se forman por la noche sobre la selva tropical y que, como una aspiradora, arrastran el isopreno hasta una altura de entre 8 y 15 kilómetros. En cuanto sale el sol, se forman radicales hidroxilo que reaccionan con el isopreno.
Pero, debido a las temperaturas extremadamente bajas que prevalecen a estas grandes altitudes, las moléculas de la selva tropical se transforman en compuestos diferentes de los que se encuentran cerca del suelo. Se unen a los óxidos de nitrógeno producidos por los rayos durante las tormentas eléctricas. Muchas de estas moléculas pueden entonces agruparse para formar partículas de aerosol de apenas unos pocos nanómetros. Estas partículas, a su vez, crecen con el tiempo y luego sirven como núcleos de condensación del vapor de agua , por lo que desempeñan un papel importante en la formación de nubes en los trópicos.
«Pudimos esclarecer estos procesos gracias a vuelos de investigación que comenzaron dos horas antes del amanecer y continuaron durante todo el día», explica el profesor Jos Lelieveld, director del Instituto Max Planck de Química en Maguncia y responsable del proyecto de investigación CAFE-Brasil (Química de la atmósfera: experimento de campo en Brasil), en el que un equipo internacional de investigadores recogió datos sobre los procesos químicos en la atmósfera de la selva amazónica.
«Pudimos detectar cantidades considerables de isopreno en el aire que salía de las tormentas a gran altitud, a partir del cual se formaron rápidamente nuevas partículas de aerosol después de varias reacciones químicas».
El río Negro en la cuenca del Amazonas visto desde el avión de investigación. Crédito: Linda Ort, MPI for Chemistry, Alemania
El avión de investigación del proyecto CAFE-Brasil poco después del despegue. Crédito: Dirk Dienhart, MPI for Chemistry
Posible influencia en la formación de nubes sobre el océano
Curtius y Lelieveld no sólo son socios de CAFE-Brasil, sino que también participan en el consorcio CLOUD, en el que más de 20 grupos de investigación estudian los procesos químicos atmosféricos relevantes para el clima . En la cámara de experimentación de aerosoles y nubes del CERN en Ginebra, reproducen las condiciones que prevalecen a esta altitud. Con la ayuda de esta cámara de simulación, analizan en detalle qué reacciones desencadena la luz solar.
«De esta manera, pudimos determinar con precisión la velocidad a la que se forman las partículas de aerosol a partir de los productos de isopreno», explica el investigador atmosférico Dr. Xu-Cheng He, responsable de los experimentos con isopreno.
«Resulta interesante que se haya descubierto que cantidades extremadamente pequeñas de ácido sulfúrico y oxiácidos de yodo, presentes habitualmente en la atmósfera, son suficientes para acelerar la formación de partículas de aerosol en un factor de 100. Por lo tanto, estas moléculas pueden influir conjuntamente en la formación de nubes marinas, un proceso sumamente incierto en las proyecciones climáticas».
Los instrumentos y los datos de medición son controlados a bordo del avión de investigación por las científicas Gabriela Unfer (izquierda) y Zaneta Hamryszczak. Crédito: Philip Holzbeck, MPI for Chemistry, Alemania
El ácido sulfúrico se forma en la atmósfera a partir de diversas sustancias sulfurosas. Puede resultar, sobre todo, de la reacción del dióxido de azufre con radicales hidroxilo. En el experimento CLOUD, el grupo de investigación de Frankfurt se encargó de medir las concentraciones extremadamente bajas de ácido sulfúrico, mientras que el equipo de Maguncia midió los radicales hidroxilo.
Los vientos que prevalecen en las grandes altitudes sobre la selva amazónica pueden transportar las partículas que se forman a partir del isopreno hasta miles de kilómetros de distancia de sus fuentes, lo que significa que pueden influir en la formación de nubes a grandes distancias. Dado que las nubes, según su tipo y altura, protegen la radiación solar y evitan que el calor se irradie al espacio, desempeñan un papel crucial en el clima. Por ello, los investigadores esperan que sus hallazgos contribuyan a mejorar los modelos climáticos.
De los resultados del proyecto CAFE-Brasil también se desprende que la continua deforestación de la selva amazónica podría afectar al clima en dos aspectos.
«Por un lado, se liberan gases de efecto invernadero porque el bosque ya no almacena dióxido de carbono», afirma Curtius. «Por otro lado, la tala del bosque afecta tanto al ciclo del agua como a las emisiones de isopreno , lo que impulsa aún más el cambio climático».
Más información: Joachim Curtius et al., Los nitratos de isopreno impulsan la formación de nuevas partículas en la troposfera superior del Amazonas, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08192-4
Jiali Shen et al., Formación de nuevas partículas a partir de isopreno en condiciones de la troposfera superior, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08196-0
