El análisis de isótopos agrupados en aire conservado dentro de nieve compactada permitió reconstruir cómo las actividades humanas alteraron el equilibrio del metano atmosférico desde el comienzo de la industrialización.
Redactor: Luis Ortega
Editor: Eduardo Schmitz
El aire conservado durante décadas en la nieve compactada de Groenlandia ha permitido identificar una señal química de la profunda alteración provocada por la industrialización en el ciclo atmosférico del metano.
Un equipo internacional, integrado por investigadores de la Universidad de Utrecht y la Universidad de Maryland, reconstruyó por primera vez la concentración histórica de isótopos agrupados de metano. Estas moléculas poco frecuentes contienen dos átomos pesados unidos dentro de una misma molécula y ofrecen información distinta a la proporcionada por las mediciones convencionales.
El estudio utilizó aire de hasta 40 años de antigüedad extraído del firn de Groenlandia, una capa de nieve compactada situada entre la superficie y el hielo glaciar. Los resultados fueron publicados en la revista científica Science Advances.
Las mediciones muestran que la señal de los isótopos agrupados cambió considerablemente durante las últimas décadas. Tras comparar los datos con simulaciones atmosféricas correspondientes a los últimos 1.000 años, los científicos concluyeron que las actividades humanas modificaron el equilibrio entre la emisión y la eliminación del metano desde el inicio de la era industrial, alrededor de 1850.
Una nueva forma de estudiar el metano atmosférico
El metano es el segundo gas de efecto invernadero más importante después del dióxido de carbono y se le atribuye aproximadamente el 30 % del calentamiento global registrado hasta ahora.
Aunque permanece menos tiempo en la atmósfera que el dióxido de carbono, tiene una elevada capacidad para retener calor. Por esta razón, la reducción de sus emisiones se considera una de las vías más rápidas para desacelerar el calentamiento a corto plazo.
Las concentraciones atmosféricas de este gas continúan aumentando, pero determinar las causas exactas de sus variaciones representa un desafío. El metano procede de múltiples fuentes naturales y humanas, mientras que diferentes reacciones químicas se encargan de eliminarlo del aire.
El nuevo método permite examinar simultáneamente ambos lados de ese balance. Los isótopos agrupados reflejan no solo cuánto metano llega a la atmósfera, sino también cómo se transforma y desaparece mediante reacciones químicas.
Este enfoque complementa los estudios destinados a esclarecer de dónde procede el metano y por qué sus concentraciones siguen aumentando en la atmósfera global.
Qué son los isótopos agrupados de metano
La mayoría de las moléculas de metano está formada por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno con masas comunes. Sin embargo, una fracción muy pequeña contiene variantes más pesadas de esos elementos, conocidas como isótopos.
Cuando dos átomos pesados aparecen juntos dentro de la misma molécula se forma un isótopo agrupado. Debido a su escasez, medirlo exige instrumentos de gran precisión y grandes volúmenes de aire.
Los investigadores descubrieron inicialmente que la atmósfera actual contenía una proporción de estas moléculas mucho mayor que la observada en fuentes conocidas, como los humedales, la agricultura o los combustibles fósiles.
Ninguna combinación de esas fuentes explicaba por sí sola la intensidad de la señal. El equipo dedujo entonces que el origen debía estar relacionado con la destrucción del metano una vez que entra en la atmósfera.
Las moléculas con isótopos agrupados reaccionan más lentamente que las moléculas normales. Esta diferencia permite utilizarlas como una especie de marcador de los procesos químicos que eliminan metano del aire.
El equilibrio entre emisiones y eliminación
La concentración atmosférica de metano depende de la diferencia entre la cantidad emitida y la cantidad destruida. Si las fuentes liberan más gas del que los procesos químicos pueden retirar, la concentración aumenta.
La principal vía de eliminación consiste en la reacción del metano con radicales hidroxilo, unas moléculas altamente reactivas que actúan como un sistema de limpieza atmosférica.
Cuando cambia la abundancia de estos radicales o la velocidad de las reacciones, también puede cambiar la cantidad de metano acumulada, incluso sin que se produzca un incremento equivalente en las emisiones.
Este mecanismo ayuda a explicar fenómenos recientes como el rápido aumento del metano a comienzos de la década de 2020, relacionado en gran medida con un debilitamiento temporal del sumidero químico atmosférico.
La nueva señal isotópica permite reconstruir cómo ese equilibrio cambió durante el periodo industrial y distinguir mejor entre las modificaciones provocadas por las fuentes y las relacionadas con los procesos de eliminación.
Aire antiguo conservado dentro de la nieve
Para analizar la evolución histórica del metano, los investigadores necesitaban grandes cantidades de aire procedente del pasado. Las mediciones de isótopos agrupados pueden requerir hasta 1.000 litros de muestra para alcanzar la precisión necesaria.
Ese aire se conserva en el firn, una capa de nieve antigua que ha sido comprimida progresivamente, pero que todavía no se ha transformado por completo en hielo glaciar.
Los espacios existentes entre sus cristales contienen aire atrapado de diferentes edades. En algunas zonas, el firn puede preservar muestras atmosféricas de hasta 70 años de antigüedad.
Thomas Röckmann, profesor de física y química atmosféricas de la Universidad de Utrecht, recolectó las muestras en la estación de investigación EastGRIP, situada sobre la capa de hielo de Groenlandia.
El procedimiento consistió en perforar profundamente la nieve y extraer el aire mediante equipos especializados. Los científicos obtuvieron muestras de entre 500 y 700 litros cuya antigüedad alcanzaba aproximadamente 40 años.
El análisis del firn complementa investigaciones basadas en núcleos de hielo que reconstruyen la historia de los gases de efecto invernadero durante periodos mucho más extensos.
Una colaboración entre Utrecht y Maryland
El volumen de aire obtenido se encontraba en el límite inferior necesario para realizar las mediciones con el instrumento disponible en la Universidad de Utrecht.
Un grupo de la Universidad de Maryland contaba con otro equipo capaz de analizar los mismos isótopos utilizando una cantidad menor de muestra. Malavika Sivan, primera autora del estudio, viajó durante dos meses a esa institución para trabajar junto con el investigador Jiayang Sun.
El proceso requirió múltiples ensayos y ajustes técnicos. Finalmente, las mediciones revelaron un cambio temporal suficientemente intenso como para distinguir la influencia humana en el metano atmosférico.
Los resultados fueron comparados con modelos que simularon la evolución de la atmósfera durante el último milenio. Esta perspectiva permitió evaluar si la señal observada podía explicarse mediante variaciones naturales anteriores a la industrialización.
Las simulaciones confirmaron que la transformación reciente no encajaba con el comportamiento natural previo y que la actividad humana había perturbado profundamente el balance entre las emisiones y la degradación del metano.
Fuentes naturales y humanas de metano
El metano puede originarse mediante procesos biológicos o geológicos. Los humedales constituyen una de sus mayores fuentes naturales, debido a la descomposición de materia orgánica en ambientes con poco oxígeno.
También se produce en lagos, ríos, suelos inundados y otros ecosistemas. El calentamiento puede intensificar algunas de estas emisiones naturales, ya que estimula la actividad de los microorganismos productores de metano.
Una investigación reciente mostró que el aumento de la temperatura puede acelerar las emisiones naturales más de lo que los microorganismos consumidores logran compensar.
Entre las fuentes humanas se encuentran la extracción y utilización de carbón, petróleo y gas natural, la ganadería, los arrozales, los vertederos y determinados sistemas de tratamiento de residuos.
Las concentraciones actuales reflejan la combinación de todas estas emisiones con los procesos atmosféricos encargados de destruir el gas. La dificultad consiste en determinar qué parte de cada variación procede de un cambio en las fuentes y cuál responde a una modificación del sumidero químico.
La industrialización dejó una señal medible
La investigación indica que la industrialización no solo aumentó la cantidad de metano liberada, sino que alteró el funcionamiento completo de su ciclo atmosférico.
Malavika Sivan explicó que el impacto humano sobre el equilibrio entre las emisiones y la degradación es tan intenso que puede observarse directamente en las mediciones de los isótopos agrupados.
Esta huella química se desarrolló progresivamente desde aproximadamente 1850, cuando la expansión de la industria, el uso de combustibles fósiles, la producción agrícola y el crecimiento de las ciudades comenzaron a modificar con rapidez la composición de la atmósfera.
El aumento del metano se aceleró particularmente durante las últimas décadas. Algunos análisis muestran que las emisiones antropogénicas han alcanzado niveles máximos y mantienen al planeta en una trayectoria climática de alto riesgo.
Los isótopos agrupados pueden ofrecer una comprobación independiente de los inventarios de emisiones y ayudar a detectar cambios que los métodos convencionales no identifican con suficiente claridad.
Una herramienta para evaluar políticas climáticas
La señal isotópica refleja si el metano atmosférico se está acumulando o si los procesos de eliminación consiguen compensar una parte mayor de las emisiones.
Por ello, el método podría emplearse para comprobar si las medidas destinadas a reducir las emisiones están produciendo cambios reales en el balance global.
Thomas Röckmann destacó que disminuir la concentración de metano constituye una de las opciones más rápidas para moderar el calentamiento global en el corto plazo.
El Compromiso Mundial sobre el Metano plantea reducir las emisiones en al menos un 30 % para 2030 respecto de los niveles de 2020. La reconstrucción isotópica podría contribuir a evaluar si esa meta y otras políticas nacionales consiguen desacelerar o revertir el crecimiento atmosférico.
El seguimiento resulta especialmente importante porque las emisiones humanas pueden continuar aumentando mientras el cambio climático activa nuevas fuentes naturales, como humedales más cálidos, suelos descongelados y sedimentos ricos en materia orgánica.
Groenlandia como archivo de la atmósfera
La capa de hielo de Groenlandia conserva registros esenciales de la evolución climática y atmosférica del planeta. La nieve acumulada atrapa partículas, gases y compuestos químicos que pueden analizarse décadas o milenios después.
En este caso, el firn permitió recuperar una cantidad de aire suficientemente grande para aplicar una técnica que hasta ahora no había sido utilizada para reconstruir la evolución histórica de los isótopos agrupados de metano.
Groenlandia también se encuentra en una región especialmente sensible al calentamiento. El deshielo puede modificar los océanos, alterar ecosistemas y favorecer la liberación de gases almacenados en distintos reservorios.
Estudios realizados en el entorno marino han advertido que el agua procedente del deshielo de Groenlandia pudo desestabilizar metano atrapado bajo el fondo marino.
La utilización conjunta de muestras de aire, hielo, nieve y sedimentos permitirá diferenciar mejor las señales derivadas de las emisiones humanas de aquellas relacionadas con las respuestas naturales del sistema climático.
Un registro para anticipar la evolución futura
Los investigadores consideran que los isótopos agrupados pueden convertirse en una herramienta para reconstruir el balance del metano durante periodos más largos y mejorar las proyecciones climáticas.
La extensión del método a muestras de mayor antigüedad permitiría comparar las condiciones actuales con etapas anteriores a la industrialización, cuando las emisiones humanas eran considerablemente menores.
También facilitaría el análisis de episodios en los que la concentración de metano aumentó o disminuyó por causas naturales, proporcionando una referencia para interpretar los cambios actuales.
Las futuras mediciones deberán combinarse con observaciones satelitales, inventarios de emisiones, modelos atmosféricos y registros obtenidos en diferentes regiones del planeta.
La reconstrucción realizada con aire atrapado en Groenlandia demuestra que las alteraciones humanas no se limitan al aumento de la concentración del metano. La industrialización modificó el equilibrio químico que determina cuánto gas permanece en la atmósfera y cuánto logra ser eliminado.
Fuente(s) referenciales
Phys.org: Air from Greenland snow shows industrialization’s impact on atmospheric methane
