Foto: Nube sobre la región amazónica, tomada durante un vuelo de investigación. Foto: Philip Holzbeck, MPI de Química.
La selva tropical de la cuenca amazónica transpira grandes cantidades de isopreno gaseoso. Hasta ahora, se asumía que esta molécula no se transportaba a grandes alturas en la atmósfera, ya que su declive era rápido al exponerse a la luz. Sin embargo, la campaña de medición de CAFE-Brasil proporcionó datos para dos estudios —publicados ahora como artículo de portada de Nature— que demuestran que las tormentas nocturnas transportan el isopreno a una altitud de hasta 15 kilómetros. Allí, reacciona para formar compuestos químicos capaces de generar grandes cantidades de nuevas partículas de aerosol. Estas crecen aún más y contribuyen a la formación de nubes como núcleos de condensación. Es probable que este mecanismo también afecte al clima. La profesora Mira Pöhlker, del Instituto Leibniz de Investigación Troposférica (TROPOS) y la Universidad de Leipzig, participó en uno de los estudios.
¿Quién no ha disfrutado del aroma aromático en el aire al caminar por el bosque en un día de verano? Los terpenos, un grupo de sustancias presentes en las resinas de los árboles y los aceites esenciales, son en parte responsables de este olor tan característico. La molécula principal y más abundante es el isopreno. Se estima 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», afirma el profesor Joachim Curtius, investigador atmosférico de la Universidad Goethe de Fráncfort.
De interés: La comprensión de las nubes es muy importante
Hasta ahora, se creía que el isopreno en la cuenca amazónica se degrada rápidamente y no alcanza las capas atmosféricas superiores. Esto se debe a que los radicales hidroxilo se forman en la atmósfera cerca del suelo durante el día, cuando brilla el sol. Son altamente reactivos y destruyen las moléculas de isopreno en cuestión de horas. «Sin embargo, ahora hemos establecido que esto es solo parcialmente cierto», afirma Curtius. «Aún hay cantidades considerables de isopreno en la selva tropical por la noche, y una proporción sustancial de estas moléculas puede transportarse a capas atmosféricas superiores».
Las tormentas eléctricas actúan como aspiradoras
Las responsables de esto son las tormentas tropicales que se forman sobre la selva tropical por la noche. Estas absorben el isopreno como una aspiradora y lo transportan a una altitud de entre 8 y 15 kilómetros. Tan pronto como sale el sol, se forman radicales hidroxilo, que reaccionan con el isopreno. Pero 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 la tormenta. Muchas de estas moléculas pueden entonces agruparse para formar partículas de aerosol de tan solo unos pocos nanómetros. Estas partículas, a su vez, crecen con el tiempo y luego sirven como núcleos de condensación para el vapor de agua; por lo tanto, 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 el día”, afirma el profesor Jos Lelieveld. Es director del Instituto Max Planck de Química en Maguncia y también jefe del proyecto de investigación CAFE-Brasil (Química de la Atmósfera: Experimento de Campo en Brasil), en el que un equipo internacional de investigación recopiló datos sobre los procesos químicos en la atmósfera de la selva amazónica. “Logramos detectar cantidades considerables de isopreno en el aire que emanaba de las tormentas a gran altitud, a partir del cual se formaron rápidamente nuevas partículas de aerosol tras varias reacciones químicas”.
Posible influencia en la formación de nubes sobre el océano
Curtius y Lelieveld no solo son socios de CAFE-Brasil, sino que también participan en el consorcio CLOUD, en el que más de veinte grupos de investigación estudian los procesos químicos atmosféricos relevantes para el clima. Reproducen las condiciones que prevalecen a esta altitud en la cámara de experimentación de aerosoles y nubes del CERN en Ginebra. 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», afirma el investigador atmosférico Dr. Xu-Cheng He, responsable de los experimentos con isopreno. «Curiosamente, se descubrió que incluso cantidades extremadamente pequeñas de ácido sulfúrico y oxoácidos de yodo, presentes habitualmente en la atmósfera, son suficientes para acelerar la formación de las partículas de aerosol en un factor de 100. Por lo tanto, estas moléculas podrían influir conjuntamente en la formación de nubes marinas, un proceso sumamente incierto en las proyecciones climáticas».
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 a gran altitud sobre la selva amazónica pueden transportar las partículas que se forman a partir del isopreno hasta a miles de kilómetros de sus fuentes. Esto 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 e impiden la irradiación de calor al espacio, desempeñan un papel crucial en el clima. Por lo tanto, 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 el clima en dos sentidos. «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 impacta tanto el ciclo del agua como las emisiones de isopreno, lo que agrava aún más el cambio climático».
“Nuestras mediciones han permitido, por primera vez, medir partículas de hasta unos pocos nanómetros en estas regiones sobre la Amazonia desde una aeronave, lo que nos permite medir la formación de partículas de aerosol”, afirma la profesora Mira Pöhlker, del Instituto de Meteorología de la Universidad de Leipzig y de TROPOS. Continúa: “Esto nos permitió estudiar las condiciones atmosféricas y los gases que forman las partículas en la troposfera superior sobre la selva amazónica. Las partículas se producen allí en grandes cantidades, a partir de gases liberados por la vegetación y transportados a gran altitud por las nubes de tormenta”. La investigación fue posible gracias al estrecho contacto y la buena colaboración con colegas en Brasil.
Publicaciones en Nature :
“Los nitratos de isopreno impulsan la formación de nuevas partículas en la troposfera superior de la Amazonia”, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08192-4
“ Formación de nuevas partículas a partir de isopreno en la troposfera superior”, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08196-0
Creado por:Markus Bernards / Susann Sika
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