5 de diciembre de 2024
Un estudio publicado en Nature demuestra un mecanismo que hace que el isopreno –un gas liberado por la vegetación– genere grandes cantidades de aerosoles, responsables de formar núcleos de condensación; El proceso puede tener una influencia en el clima global.
Luciana Constantino | Agência FAPESP – Un grupo internacional de investigadores, con énfasis en la participación de brasileños, logró desvelar por primera vez el mecanismo físico-químico que explica el complejo sistema de formación de lluvias en la Amazonía, que influye en el clima global. Se trata de la producción de nanopartículas de aerosol, descargas eléctricas y reacciones químicas a gran altura, que ocurren entre el día y la noche, dando como resultado una especie de “máquina” de aerosoles que producirá nubes.
La investigación, publicada hoy (12/04) en la portada de la revista Nature , describe los mecanismos por los que el isopreno, un gas liberado por la vegetación a través de su metabolismo, es transportado a la capa de la atmósfera sobre la superficie de la Tierra cerca de la tropopausa. durante las tormentas nocturnas. Una serie de reacciones químicas desencadenadas por la radiación solar dan lugar a una gran cantidad de aerosoles que forman nubes. Esta producción de partículas se acelera por reacciones con los óxidos de nitrógeno producidas por descargas eléctricas en la atmósfera superior, en nubes dominadas por cristales de hielo.
Hasta entonces, los científicos ya habían identificado las partículas en otra expedición, pero no el mecanismo físico-químico completo. Se creía que el isopreno no llegaría a las capas superiores de la atmósfera porque reaccionaría en el camino, ya que es bastante reactivo, y se degradaría rápidamente con la luz solar. Con el descubrimiento de estos nuevos mecanismos será posible mejorar los modelos del sistema Tierra, herramientas fundamentales para simular el clima y comprender el funcionamiento presente y futuro del planeta.
Para lograr el resultado, el grupo utilizó material obtenido durante el experimento científico CAFE-Brazil, acrónimo en inglés de Química de la Atmósfera: Experimento de Campo en Brasil . Único en su tipo, el experimento realizó varios vuelos sobre la cuenca del Amazonas entre diciembre de 2022 y enero de 2023, a 14 kilómetros (km) de altitud, lo que corresponde al doble de la altura del Aconcagua, el punto más alto de América del Sur. 136 horas de vuelo, recorriendo 89 mil kilómetros, más de dos vueltas completas alrededor de la Tierra alrededor del ecuador.
Avión de investigación del proyecto CAFE-Brasil poco después del despegue ( foto: Dirk Dienhart/Instituto de Química Max Planck )
“Uno de los aspectos más destacados de este trabajo es ver cómo la Amazonia tiene una simbiosis de mecanismos complejos y fenómenos importantes que actúan dentro de un equilibrio ecosistémico sensible. Preservar este equilibrio nos permite mantener las condiciones climáticas tal como las conocemos hoy. Cambios como los provocados por el cambio climático o la deforestación pueden generar efectos inesperados que aún no han sido estudiados”, explica a Agência FAPESP uno de los autores brasileños de la investigación, el profesor Luiz Augusto Toledo Machado .
Investigador del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) y colaborador del Departamento de Química del Instituto Max Planck, en Alemania, Machado dice que el resultado abre un amplio horizonte para analizar el impacto del calentamiento global en el clima , en el medio ambiente y ecosistema.
Para Paulo Artaxo , coordinador del Centro de Estudios de la Amazonía Sostenible (CEAS) de la USP, profesor del IF-USP y coautor del artículo, los resultados permiten que la modelización sea más confiable y pueda incluir mecanismos de orden físico- punto de vista químico y biológico.
“Las emisiones de isopreno dependen del bosque en pie. No ocurren si la vegetación nativa es reemplazada por pastos o cultivos de soja. Con la deforestación se destruye este mecanismo de producción de partículas, reduciendo la formación de nubes y precipitaciones. Esto es lo que llamamos retroalimentación negativa en el sistema climático total, ya que la deforestación reduce significativamente las precipitaciones al reducir la evapotranspiración y la producción de partículas, que dependen de las emisiones de isopreno”, dice Artaxo.
Un estudio publicado por MapBiomas en octubre, basado en imágenes satelitales, mostró que los pastos fueron el principal objetivo de la deforestación en la Amazonia entre 1985 y 2023. Durante el período, el crecimiento de esta área fue de más del 363%, pasando de alrededor del 12, 7 millones a 59 millones de hectáreas. Como resultado, el 14% de la Amazonia se habrá convertido en zona de pastos para 2023.
El mecanismo
El bosque desprende aromas muy característicos. Se trata de gases conocidos como compuestos orgánicos volátiles (COV), incluidos los terpenos (un grupo de sustancias que se encuentran en las resinas de los árboles y los aceites esenciales) y el isopreno. Se estima que los bosques de todo el mundo liberan a la atmósfera más de 500 millones de toneladas de isopreno anualmente, y una cuarta parte de esta emisión proviene del Amazonas.
En la selva amazónica, el isopreno se emite durante el día, ya que depende de la luz solar. Se creía que el gas no alcanzaba las capas más altas de la atmósfera porque sería destruido en pocas horas por los radicales hidroxilo altamente reactivos. “Ahora hemos establecido que esto es parcialmente cierto. Por la noche todavía hay una cantidad considerable de isopreno. Una parte importante de estas moléculas puede ser transportada a capas superiores de la atmósfera”, afirma en una nota el autor correspondiente del artículo, Joachim Curtius, profesor de la Universidad Goethe de Frankfurt (Alemania).
Durante la noche, las tormentas tropicales sobre el bosque ayudan a transportar gases, como el isopreno, a capas más altas mediante una intensa convección. Al igual que una aspiradora, este proceso es impulsado por corrientes de aire ascendentes, especialmente en regiones con alta humedad y calor acumulado. Los gases se combinan con compuestos de nitrógeno provenientes de los rayos en la atmósfera superior.
En las zonas más altas, entre 8 y 15 km sobre el nivel del mar, las temperaturas alcanzan los 60°C bajo cero. Aproximadamente dos horas después del amanecer, los radicales hidroxilo que también se forman en estas altitudes reaccionan con el isopreno, dando lugar a nitratos orgánicos, compuestos diferentes a los que se encuentran cerca del suelo. Por tanto, producen altas concentraciones de nanopartículas en aerosol, más de 50.000 por centímetro cúbico.
Estas partículas crecen con el tiempo y son transportadas a largas distancias, pudiendo actuar como núcleos de condensación de nubes. Influyen en el ciclo hidrológico global, el equilibrio radiológico y el clima. Los mecanismos de formación de estos compuestos orgánicos de nitrógeno se incorporarán ahora a los modelos climáticos, mejorando las previsiones de precipitaciones, especialmente en las regiones tropicales.
La FAPESP apoya el estudio a través de un Proyecto Temático vinculado al Programa de Investigación sobre Cambios Climáticos Globales (PFPMCG) y liderado por Machado y otro por Artaxo, además de otros cuatro proyectos ( 23-04358-9 , 21/03547-7 , 22/ 01780-9 y 22/13257-9 ).
Además de esta investigación, Nature trae en la misma edición otro estudio desarrollado por el equipo de investigadores que aborda la nueva formación de partículas a partir de isopreno en la alta troposfera. Reproducen las condiciones presentes a estas altitudes en cámaras experimentales, analizando en detalle las reacciones provocadas por la luz solar.
la expedicion
Varios vuelos de investigación realizados en el experimento CAFE-Brasil contribuyeron a la generación de perfiles de altitud para diferentes gases. Fue posible medir las masas de aire transportadas a la alta troposfera y las diferencias entre las situaciones diurnas y nocturnas.
El profesor Machado, que participó en la recopilación de información en la Amazonía, dice que los vuelos podrían durar hasta 12 horas. “Nos quedamos toda la noche. Notamos que las partículas se formaron por la mañana. Por eso salimos temprano en la mañana. Los equipos fueron al aeropuerto a volar, mientras yo y otros investigadores nos quedamos en la sala de operaciones monitoreando y dando orientación sobre los pronósticos y dónde estaba la lluvia. También hice vuelos que se internaron en las nubes para medir el isopreno. Fue muy emocionante”, afirma.
Machado, a la izquierda, durante uno de los vuelos ( foto: colección personal )
La base de trabajo se instaló en Manaos (AM). Los vuelos se realizaron con el avión HALO (acrónimo en inglés de High Altitude and Long range research Aircraft ), un avión de investigación para largas distancias (más de 8 mil km), grandes altitudes (hasta 15,5 km) y grandes cargas (hasta a 3 toneladas). El experimento fue una colaboración entre la Universidad Goethe de Frankfurt, el Instituto Max Planck de Química (Alemania), el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe) -que se encargó de autorizar la expedición científica coordinada por el investigador Dirceu Herdies , también autor del artículo. –, el Instituto Nacional de Investigaciones Amazónicas (Inpa) y la USP.
Equipo CAFE-Brasil, con sede en Manaos ( foto: publicidad )
Recientemente, se publicó en la revista Nature Geoscience otro estudio liderado por Machado que demuestra que el bosque es capaz de producir por sí solo aerosoles que, inducidos por la propia lluvia, desencadenan un proceso de formación de nuevas nubes y precipitación ( leer más en: agencia. fapesp.br/53265 ).
Los artículos Los nitratos de isopreno impulsan la formación de nuevas partículas en la troposfera superior del Amazonas y Formación de nuevas partículas a partir de isopreno en la troposfera superior se pueden leer, respectivamente, en: www.nature.com/articles/s41586-024-08192-4 y www.nature. com/articles/s41586-024-08196-0 .
Republicar Republicar
Agência FAPESP licencia las noticias vía Creative Commons ( CC-BY-NC-ND ) para que puedan ser republicadas de forma gratuita y sencilla por otros medios digitales o impresos. Se debe acreditar a Agência FAPESP como la fuente del contenido que se republica y atribuir el nombre del reportero (si lo hubiera). El uso del botón HMTL a continuación permite cumplir con estos estándares, detallados en la Política de Republicación Digital de la FAPESP .
Copiar textoHTML
Copiar texto
Más noticias
Agencia FAPESP
Noticias
Orden del día
Vídeos
Suscribir
Quienes somos
Hable con la Agencia FAPESP
Investigación para la innovación
Informes
Noticias
Divulgación Científica