Un estudio publicado en Nature concluye que las erupciones volcánicas moderadas y los incendios extremos elevaron el vapor de agua estratosférico desde 2005, con posibles efectos sobre el calentamiento y la química del ozono.
Redactor: Santiago Duarte
Editor: Eduardo Schmitz
Las erupciones volcánicas moderadas y los incendios forestales extremos han contribuido a aumentar la cantidad de vapor de agua presente en la estratosfera, una región de la atmósfera situada por encima de la troposfera, donde se desarrollan la mayoría de los fenómenos meteorológicos.
La investigación, publicada en la revista científica Nature, aporta la primera evidencia observacional directa de que las perturbaciones provocadas por aerosoles volcánicos y humo de grandes incendios pueden modificar de manera acumulativa la humedad de esta capa atmosférica.
El resultado preocupa porque el vapor de agua actúa en la estratosfera como un gas de efecto invernadero capaz de retener calor. También participa en reacciones químicas que afectan al ozono, cuya concentración en esa región protege a la superficie terrestre frente a una parte de la radiación ultravioleta.
Diecisiete años de observaciones atmosféricas
El equipo encabezado por Yifeng Peng reunió 17 años de datos atmosféricos mensuales para estudiar la evolución del vapor de agua y de los aerosoles entre 2005 y 2021.
Los investigadores utilizaron información de SWOOSH, un conjunto de observaciones dedicado al seguimiento del vapor de agua estratosférico; mediciones satelitales GNSS para estimar las temperaturas próximas a la tropopausa; y GloSSAC, una base de datos global sobre aerosoles presentes en la estratosfera.
La tropopausa funciona como una frontera entre la troposfera y la estratosfera. Los cambios de temperatura en esa zona regulan en gran medida cuánto vapor puede atravesar hacia las capas superiores de la atmósfera.
La estructura vertical del aire y el papel de cada capa resultan esenciales para entender el sistema climático. La estratosfera contiene la mayor parte del ozono atmosférico y se extiende por encima de la región donde se concentran las nubes, las lluvias y los principales sistemas meteorológicos.
Entre 76 y 203 millones de toneladas adicionales
El análisis estimó que las erupciones y los incendios incorporaron entre 76 y 203 millones de toneladas de vapor de agua a la estratosfera durante el periodo examinado.
Los aumentos asociados con los aerosoles explicarían aproximadamente el 36 % del incremento observado en el vapor de agua estratosférico entre 2005 y 2021.
El efecto climático estimado para estas perturbaciones fue comparable al producido por el aumento de la temperatura media global de la superficie durante el mismo periodo.
Los científicos separaron los meses influenciados por erupciones recientes o megaincendios de aquellos considerados atmosféricamente limpios. También utilizaron modelos climáticos con y sin aerosoles para comprobar que la señal detectada no estuviera causada únicamente por ciclos meteorológicos naturales.
Las erupciones moderadas también dejan una señal acumulativa
Hasta ahora se consideraba que solo erupciones volcánicas excepcionalmente grandes, como la del monte Pinatubo en 1991, podían provocar cambios importantes en la cantidad de agua presente en la estratosfera.
El nuevo trabajo muestra que una sucesión de erupciones moderadas puede producir un efecto acumulativo medible, especialmente cuando sus aerosoles alcanzan las capas superiores y modifican la temperatura próxima a la tropopausa.
Las partículas volcánicas absorben y dispersan radiación. Este proceso puede calentar la frontera entre la troposfera y la estratosfera, elevando la capacidad del aire para contener humedad y permitiendo que una mayor cantidad de vapor de agua atraviese esa barrera.
Las interacciones entre volcanes, aerosoles y clima no siempre producen una respuesta sencilla. El estudio sobre el efecto atmosférico de la erupción del Hunga Tonga mostró que el vapor de agua y los aerosoles de sulfato pueden ejercer influencias opuestas sobre el balance energético terrestre.
El humo de los incendios puede elevarse por sí mismo
Los incendios forestales extremos incorporan humedad a la estratosfera mediante un segundo mecanismo denominado autoelevación de aerosoles.
El carbono oscuro contenido en el humo absorbe la luz solar y se calienta. Al aumentar su temperatura, la columna de humo gana flotabilidad y continúa ascendiendo hasta alcanzar la estratosfera.
Este proceso puede transportar directamente vapor de agua, hollín y otros componentes desde las zonas incendiadas hacia las capas altas de la atmósfera.
Las tormentas generadas o intensificadas por grandes incendios también pueden impulsar el humo a alturas excepcionales. Observaciones realizadas en Estados Unidos han mostrado cómo tormentas de verano trasladan humo hacia la estratosfera, prolongando su permanencia y ampliando sus efectos atmosféricos.
Consecuencias para el balance térmico
El vapor de agua es el gas de efecto invernadero natural más abundante de la atmósfera. Cerca de la superficie forma parte del ciclo hidrológico y responde rápidamente a los cambios de temperatura, pero en la estratosfera puede permanecer durante periodos prolongados y alterar el balance radiativo del planeta.
Una mayor concentración permite retener más radiación infrarroja emitida por la Tierra. Aunque las cantidades estratosféricas son pequeñas en comparación con las de la troposfera, sus variaciones pueden influir sobre la temperatura global.
El efecto no debe analizarse de forma aislada, porque los aerosoles volcánicos pueden reflejar radiación solar y producir enfriamiento, mientras que el vapor de agua puede añadir una influencia de calentamiento.
La respuesta final depende de la cantidad, el tamaño y la altitud de las partículas, además de su interacción con otros gases y con la circulación atmosférica.
La química del ozono también puede cambiar
La presencia adicional de vapor de agua puede modificar las reacciones químicas que controlan la formación y destrucción del ozono estratosférico.
El ozono actúa como un filtro frente a la radiación ultravioleta. Sus cambios tienen consecuencias para los ecosistemas, la salud humana y el funcionamiento general de la atmósfera.
La relación entre humedad, temperatura y ozono es compleja. Una estratosfera más fría retiene menos vapor de agua, mientras que una mayor humedad puede alterar la composición química de esa capa.
Los modelos han demostrado que la ausencia de ozono produciría una estratosfera más fría y seca, además de modificar la circulación atmosférica y la distribución de las nubes.
El humo puede debilitar la protección atmosférica
Los aerosoles generados por incendios no solo transportan humedad. Sus partículas pueden participar en reacciones que favorecen la pérdida de ozono cuando permanecen durante suficiente tiempo en la estratosfera.
Investigaciones previas advirtieron que el aumento de los incendios forestales puede afectar la capa de ozono, especialmente después de episodios capaces de elevar grandes volúmenes de humo.
Este efecto añade otra dimensión a los impactos de los megaincendios. Además de destruir vegetación, emitir dióxido de carbono y deteriorar la calidad del aire cerca de la superficie, pueden transformar temporalmente la composición de las capas superiores de la atmósfera.
Un factor que los modelos climáticos deben incorporar
Los autores consideran que las perturbaciones episódicas provocadas por volcanes moderados e incendios extremos habían sido subestimadas como fuente de variabilidad del vapor de agua estratosférico.
Los modelos utilizados para proyectar el calentamiento futuro, la evolución del ozono y la composición de la estratosfera deberán representar mejor estos procesos.
La necesidad resulta especialmente relevante en un escenario de calentamiento global que puede favorecer incendios más intensos en regiones con sequías prolongadas, vegetación seca y temperaturas extremas.
Un incremento en la frecuencia de megaincendios podría introducir más aerosoles y humedad en la estratosfera, aunque la magnitud dependerá de la energía de cada episodio y de la altura alcanzada por las columnas de humo.
Una conexión entre procesos de la superficie y la alta atmósfera
La investigación demuestra que fenómenos que comienzan en bosques, pastizales o volcanes pueden producir cambios detectables muy por encima de las capas donde se desarrolla el tiempo meteorológico.
Las erupciones moderadas elevan aerosoles que calientan la tropopausa y facilitan el paso de humedad. Los incendios extremos añaden el mecanismo de autoelevación, mediante el cual el humo calentado por la radiación asciende y transporta vapor directamente.
Entre 2005 y 2021, ambos procesos contribuyeron a más de un tercio del aumento observado en el vapor de agua estratosférico. Esta señal conecta la intensificación de ciertos eventos extremos con cambios en el balance térmico y en la química del ozono.
Fuente(s) referenciales
