La atmósfera de la Tierra es más reactiva químicamente en climas fríos

Un estudio de la Universidad de Washington, publicado el 18 de mayo en la revista 'Nature', encuentra que durante grandes oscilaciones climáticas, los oxidantes cambian en una dirección diferente a la esperada por los investigadores, lo que significa que necesitan repensar qué controla estas sustancias químicas en el aire.

"Los oxidantes son muy reactivos y reaccionan con contaminantes y gases de efecto invernadero y limpian la atmósfera", señala la autora Becky Alexander, profesora asociada de ciencias atmosféricas de la UW. "Queríamos ver cómo la capacidad de la atmósfera para limpiar a sí mismo podría cambiar con el clima", apunta.

El primer autor del estudio, Lei Geng, exinvestigador postdoctoral de UW ahora en la Universidad de Grenoble Alpes, analizó rodajas de un núcleo de hielo de Groenlandia en el laboratorio de química de isótopos de UW. El núcleo de 100.000 años comienza en un periodo relativamente cálido, cubre una edad completa de hielo y termina en la actualidad, con varios cambios de temperatura más cortos a lo largo del camino. Los investigadores utilizaron un nuevo método para obtener una primera lectura sobre los cambios en los oxidantes atmosféricos --productos químicos volátiles que no se conservan directamente en núcleos de hielo.

Los investigadores alimentaron agua de fusión a bacterias que bebieron el líquido y luego excretaron un gas que puede ser medido por máquinas que rastrean la composición isotópica del gas. Al observar el peso de los átomos de oxígeno del agua de fusión, el equipo pudo ver cuántos habían venido de los dos principales oxidantes: el ozono, que varía en la atmósfera a lo largo del tiempo, frente a las moléculas de detergente, que se espera que permanezcan bastante constantes.

"Descubrimos que el signo del cambio era totalmente opuesto a lo que esperábamos --comenta Alexander--. Y eso indica que lo que pensábamos que serían los principales impulsores de la abundancia de oxidantes no eran en realidad los principales controles, y tuvimos que encontrar otros mecanismos".

Los científicos atmosféricos creían que los niveles de ozono aumentaban a medida que aumentaba la temperatura. El ozono se produce con vapor de agua y emisiones de plantas, bacterias del suelo y otros seres vivos. Todos estos aumentan a medida que la temperatura se calienta. Así que los autores esperaban encontrar más ozono en los climas más cálidos.

EL OZONO AUMENTA EN CLIMAS FRÍOS

En cambio, la proporción de ozono aumentó en climas más fríos, en realidad. Cuando los cambios de temperatura eran pequeños, el ozono aumentó con la temperatura, pero para grandes oscilaciones de temperatura que la relación se volteó, con más ozono en los períodos de frío.

Una hipótesis propuesta por los autores es un cambio en la circulación entre la troposfera y la estratosfera. El aire circula entre estos dos, moviéndose hacia arriba en los trópicos y cayendo hacia atrás en los polos. La estratosfera contiene más ozono que se forma en gran medida en esas elevaciones en los trópicos, por lo que si la circulación se acelera, entonces más ozono de la estratosfera se llevaría a la superficie.

"Hay evidencias que muestran que la circulación de Brewer-Dobson se hizo más fuerte durante el último máximo glacial", sostiene el co-autor Qiang Fu, profesor de UW de ciencias atmosféricas. "Eso significa que hubo menos ozono estratosférico en los trópicos, pero más en las altas latitudes, y luego más ozono bajando de la estratosfera a la troposfera", agrega.

Esa es una explicación de porqué el ozono subiría en la superficie durante climas fríos. Este cambio en la circulación también causaría más radiación ultravioleta para golpear a los trópicos, y los rayos ultravioleta y el vapor de agua son los principales impulsores de la formación del otro grupo principal de oxidantes, los detergentes. Los trópicos de la era glacial podrían convertirse en una rica fuente de detergentes, que descomponen la contaminación y los gases invernaderos como el metano.

"Tradicionalmente, los registros de metano del hielo se han interpretado únicamente como un cambio en la fuente --explica Alexander--. Pero los modelos de superficie terrestre no han sido capaces de simular la escala completa del cambio de metano observado en los núcleos de hielo, lo que sugiere que tal vez la vida del metano ha cambiado y la única manera de hacerlo es cambiar la cantidad de detergente En la atmósfera".

Una segunda explicación posible de la desconcertante tendencia del ozono es, según los investigadores, un grupo menos comprendido de oxidantes: los halógenos. Estas moléculas están mal estudiadas, y no se sabe completamente cómo influyen en el clima, pero los investigadores sospechan que podrían reaccionar para afectar los niveles de otros oxidantes.

"La mayor fuente de halógenos proviene de la sal marina, y sabemos de núcleos de hielo que la sal marina es mucho más alta en climas más fríos", señala Alexander, que asegura que el hielo marino también cambia con el clima.

Los autores sospechan que ambos mecanismos --la circulación de alto nivel y las reacciones químicas con halógenos-- podrían afectar a los oxidantes durante grandes oscilaciones en la temperatura de la Tierra.

"Los cambios que medimos en los niveles de ozono parecen ser bastante grandes si sólo se considera un mecanismo a la vez, lo que sugiere que podrían actuar simultáneamente, y no necesariamente independientemente unos de otros", concluye Alexander.