Los gases derivados del follaje de las plantas impulsan un fenómeno atmosférico previamente desconocido sobre la selva amazónica, según un estudio reciente realizado por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL).
por Maegan Murray, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Los hallazgos tienen aplicaciones importantes para la ciencia atmosférica y para el modelado del cambio climático.
«La selva amazónica tropical constituye los pulmones de la Tierra, y este estudio conecta los procesos naturales en el bosque con los aerosoles, las nubes y el equilibrio radiativo de la Tierra en formas que no han sido reconocidas previamente», dijo Manish Shrivastava, científico de la Tierra en PNNL y investigador principal del estudio.
Los hallazgos fueron publicados recientemente en ACS Earth and Space Chemistry .
Llenando el vacío de datos faltantes
Shrivastava y su equipo estaban estudiando partículas finas en la atmósfera superior cuando descubrieron una gran disparidad entre sus mediciones y lo que se habría esperado según la comprensión actual de los modelos atmosféricos. A través de un estudio adicional, el equipo descubrió que faltaban interacciones clave entre el bosque y la atmósfera en los modelos atmosféricos actuales que rigen la cantidad de partículas finas en la atmósfera superior.
Los investigadores descubrieron un proceso previamente no reconocido que involucra gases semivolátiles que son emitidos por las plantas en toda la selva amazónica y transportados a la atmósfera superior por las nubes. Estos gases son compuestos químicos naturales a base de carbono que pueden condensarse fácilmente para formar partículas finas en la atmósfera superior. Este proceso, dijo Shrivastava, es muy eficiente en la producción de partículas finas a grandes altitudes y temperaturas frías. Estas partículas finas enfrían el planeta al reducir la cantidad de luz solar que llega a la Tierra, y también generan nubes que afectan la precipitación y el ciclo del agua.
«Sin una comprensión completa de la fuente semivolátil de los gases orgánicos, simplemente no podemos explicar la presencia y el papel de los componentes clave de las partículas a gran altura», dijo Shrivastava.
Descubrimiento crucial en los procesos atmosféricos
El proyecto de investigación de Shrivastava, financiado a través de un premio de investigación de carrera temprana del Departamento de Energía (DOE), involucró la investigación de la formación de partículas de aerosol conocidas como aerosoles orgánicos secundarios de isopreno epoxidiol (IEPOX-SOA), que se miden con aviones que vuelan a diferentes altitudes.
Los IEPOX-SOA son bloques de construcción esenciales para las partículas finas que se encuentran en todas las altitudes de la troposfera , la región de la atmósfera que se extiende desde la superficie de la Tierra hasta aproximadamente 20 kilómetros de altitud sobre las regiones tropicales. Sin embargo, los modelos atmosféricos no tuvieron suficientemente en cuenta estas partículas y su influencia en las nubes muy por encima de la Tierra.
«Como los modelos no predecirían las cargas IEPOX-SOA observadas a altitudes de 10 a 14 kilómetros en el Amazonas, obtuvimos lo que creía que eran fallas del modelo o falta de comprensión de las mediciones», dijo Shrivastava. «Podría explicarlo en la superficie, pero no podría explicarlo en altitudes más altas».
Shrivastava y su equipo examinaron los datos recopilados por el avión Grumman Gulfstream-159 (G-1), un laboratorio volador del DOE operado por la Instalación Aérea de Medición de Radiación Atmosférica (ARM), que voló hasta 5 kilómetros de altitud. El equipo también comparó los datos recopilados por un avión alemán conocido como Avión de Investigación de Gran Altitud y Largo Alcance, o HALO, que vuela a altitudes que alcanzan los 14 kilómetros. Según las proyecciones modeladas, sus cargas de IEPOX-SOA deberían haber sido al menos un orden de magnitud más bajas que las medidas, dijo Shrivastava. Ni él ni sus colegas fuera del PNNL pudieron explicar la disparidad en las medidas y lo que proyectaban los modelos.
Antes de la investigación del equipo, se creía que las IEPOX-SOA se formaban principalmente por vías químicas atmosféricas multifásicas que involucraban reacciones de isopreno en la fase gaseosa y partículas que contenían agua líquida. Sin embargo, las vías químicas atmosféricas requeridas para crear IEPOX-SOA no ocurren en la troposfera superior debido a sus temperaturas extremadamente frías y condiciones secas. A esa altura, las partículas y las nubes están congeladas y carecen de agua líquida. Por lo tanto, los investigadores no pudieron explicar su formación observada entre 10 y 14 kilómetros de altitud utilizando los modelos disponibles.
Para desentrañar el misterio, los investigadores combinaron mediciones especializadas de aeronaves a gran altitud y simulaciones detalladas de modelos regionales realizadas utilizando recursos de supercomputación en el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales del PNNL. Su estudio reveló el componente no descubierto de los procesos atmosféricos. Un gas semivolátil conocido como 2-metiltetrol es transportado por corrientes ascendentes de nubes hacia la fría troposfera superior. Luego, el gas se condensa para formar partículas que la aeronave detecta como IEPOX-SOA.
«Este es ciertamente un descubrimiento importante porque ayuda a nuestra comprensión de cómo se forman estas partículas finas y, por lo tanto, arroja una nueva luz sobre cómo los procesos naturales en el bosque enfrían el planeta y contribuyen a las nubes y las precipitaciones», dijo Shrivastava. «Junto con un clima global cambiante y una rápida deforestación en muchas partes de la Amazonía, los humanos están perturbando los procesos naturales clave que producen partículas finas en la atmósfera y modulan el calentamiento global».
Abriendo puertas a más investigaciones atmosféricas
El hallazgo del equipo solo rasca la superficie, dijo Shrivastava, al aprender sobre este nuevo proceso atmosférico y cómo afecta la formación de partículas finas en la atmósfera. Dijo que el proceso recién identificado de las plantas podría explicar una amplia gama de fenómenos de partículas atmosféricas en otros lugares boscosos de todo el mundo.
«En general, esto es solo el comienzo de lo que sabemos y abrirá nuevas fronteras de investigación en las interacciones tierra-atmósfera-aerosol-nube», dijo. «Comprender cómo el bosque produce estas partículas podría ayudarnos a comprender cómo la deforestación y el cambio climático afectarán el calentamiento global y el ciclo del agua».
