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Las partículas ultrafinas hacen más intensas las lluvias en la Amazonia

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  • partículas ultrafinas hacen más intensas lluvias Amazonia
    Nubes de la Amazonia. (Foto: FAPESP)
  • Un estudio publicado en Science revela que las partículas de contaminación que se emiten en las ciudades tienen efectos sustanciales sobre la formación de nubes de tormenta en la selva tropical.

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Agencia de Noticias para la divulgación de la Ciencia y Tecnología del Instituto ECYT de la Universidad de Salamanca.
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Un estudio dado a conocer el pasado 25 de enero en la revista Science reveló de qué manera la presencia en la atmósfera de partículas ultrafinas de aerosoles –con un diámetro inferior a los 50 nanómetros (o milmillonésimas de metro)– puede intensificar el proceso de formación de nubes y también el de las lluvias que caen sobre la región amazónica.

De acuerdo con los autores del artículo, siempre se creyó que estas nanopartículas tenían un papel despreciable en la regulación del ciclo hidrológico, lo que es cierto en las regiones continentales contaminadas, tales como las ciudades europeas, estadounidenses o incluso en São Paulo, en el sudeste de Brasil. Pero en la Amazonia su rol es distinto.

Este descubrimiento permite entender mejor de qué manera la contaminación urbana afecta a los procesos relacionados con la formación de tormentas de convección en la Amazonia, y imprimirá una mayor precisión a los modelos climáticos y de pronóstico del tiempo”, dijo Luiz Augusto Toledo Machado, investigador del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales de Brasil (Inpe, por sus siglas en portugués) y coautor del estudio.

La investigación comenzó en 2014, y se llevó adelante en el marco de la campaña científica Green Ocean Amazon (GOAmazon).

El apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (FAPESP) al trabajo que ahora ha salido publicado se concretó a través de tres proyectos: uno coordinado por Henrique de Melo Jorge Barbosa, docente del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP), otro por Paulo Artaxo, también del IF-USP, y el tercero por Toledo Machado.

"Las partículas de aerosoles son esenciales en el proceso de formación de nubes pues aportan una superficie para que el vapor de agua se condense"

Tal como explicó De Melo Jorge Barbosa, los datos utilizados en el artículo se recabaron durante la estación lluviosa de 2014 –entre los meses de marzo y abril–, período en el cual la Amazonia se encuentra libre de incendios y, por ende, la única fuente de contaminación relevante es la ciudad de Manaos, la capital del estado brasileño de Amazonas.

Manaos es una ciudad con alrededor de dos millones de habitantes y más de 500 mil vehículos, cuyo suministro eléctrico proviene de centrales térmicas. Por ende, constituye una gran fuente de contaminación rodeada de selva prístina. Nuestro principal sitio experimental quedó instalado en Manacapuru, una ciudad ubicada a 80 kilómetros de la capital amazónica y que recibe alternadamente la pluma de contaminación transportada por los vientos alisios y también aire limpio de la selva”, dijo De Melo Jorge Barbosa.

Con la ayuda de instrumentos capaces de medir la concentración de aerosoles en la atmósfera y calcular el tamaño de las partículas, como así también de radares que miden el tamaño de las pequeñas gotas de las nubes, la cantidad de lluvia y la velocidad con la cual se transporta el vapor desde la superficie terrestre hasta las nubes, el grupo de investigadores comparó cómo transcurría el proceso de convección (el movimiento vertical de los gases causado por la transferencia de calor) y de formación de nubes cuando la pluma de Manaos estaba presente o ausente sobre Manacapuru.

Las partículas de aerosoles son esenciales en el proceso de formación de nubes pues aportan una superficie para que el vapor de agua se condense. Las pequeñas gotas que se forman debido a la condensación terminan chocándose unas con otras y de este modo van creciendo. Aumentan de tamaño y, cuando están lo suficientemente pesadas, se precipitan”, explicó De Melo Jorge Barbosa.

Normalmente, tan sólo las partículas con más de 50 nanómetros actúan como núcleos de condensación de nubes (CCN, por sus siglas en inglés). De acuerdo con los investigadores, al vapor le resulta más fácil condensarse en las partículas grandes debido a que es menor su tensión superficial, la fuerza de atracción existente entre las moléculas de agua, que les permite a los mosquitos posarse sobre la superficie de un lago, por ejemplo.

En las ciudades más contaminadas, o en la época seca en la Amazonia, hay muchas partículas en la atmósfera. Por ende, existe una fuerte competencia por el vapor de agua que emana de la superficie terrestre. Por eso la población de pequeñas gotas que se forman es mayor en cantidad y menor en tamaño con respecto a cómo serían dichas gotas de no haber polución atmosférica. De este modo, tardan más para crecer lo suficiente como para precipitarse y que llueva”, explicó Toledo Machado.

Por este motivo, añadió el investigador, la nube termina desarrollándose mucho en el sentido vertical, y como la parte superior es más fría, se forma hielo. “La intensa formación de hielo favorece el desarrollo de tormentas, es decir, de nubes intensas con rayos”, dijo.

Este descubrimiento muestra que los científicos que estudian las zonas tropicales no deben basarse únicamente en conceptos desarrollados en países de clima templado

Al proceso que el científico describe los expertos en clima lo conocen con el nombre de cloud invigoration, algo así como intensificación de las nubes. El trabajo publicado en Science reveló que en la región amazónica las nanopartículas también pueden tener influjo sobre este proceso, algo que se desconocía.

Como en los bosques tropicales la humedad relativa y la temperatura del aire son muy altas, y como existen pocas partículas grandes en la atmósfera durante el período lluvioso, el vapor excesivo termina condensándose también en las nanopartículas, y el proceso de cloud invigoration transcurre en la parte baja de las nubes, donde el agua se encuentra en estado líquido. Este proceso de formación de gotas de lluvia libera el calor latente que acelera el movimiento vertical del aire, que aumenta así intensidad de las tormentas.

Como para hacerse una idea: la velocidad del viento se duplicaba cuando había muchas nanopartículas en la atmósfera”, dijo Rodrigo Souza, docente de la Universidad del Estado de Amazonas (UEA), quien también tomó parte en el estudio.

El grupo llevó a cabo trabajos de modelado para confirmar la hipótesis planteada con base en los datos atmosféricos recabados. El modelo atmosférico empleado fue el Weather Research and Forecasting (WRF), un programa de última generación, pero que fallaba a la hora de representar algunos aspectos importantes del ciclo hidrológico de la Amazonia, pues su desarrollo se basó en observaciones del hemisferio Norte.

“Hubo que adaptar el modelo a nuestra región”, dijo el profesor Helber Gomes, de la Universidad Federal de Alagoas (Ufal).

Para llenar lagunas

“Nunca entendimos cómo pueden producirse aguaceros tan frecuentes en la Amazonia si en dicha región hay tan pocos núcleos de condensación de nubes: son entre 300 ó 350 partículas por centímetro cúbico [São Paulo, por ejemplo, llega a tener entre 10 mil y 20 mil]. Pero eso es porque nunca habíamos considerado el papel de esas partículas ultrafinas de aerosoles”, comentó Artaxo, coautor del artículo.

De acuerdo con el investigador, este descubrimiento muestra que los científicos que estudian las zonas tropicales no deben basarse únicamente en conceptos desarrollados en países de clima templado. “Debemos tener en cuenta las particularidades de la Amazonia. Es posible que en el pasado, cuando la atmósfera global aún no estaba contaminada por las emisiones humanas, este fenómeno de intensificación de las tormentas también ocurriese en otras regiones del planeta. Pero no lo sabemos a ciencia cierta y debemos profundizar las investigaciones”, dijo Artaxo.

A juicio de Toledo Machado, estos hallazgos no alterarán únicamente los modelos climáticos sino también la manera de formular las teorías y de recabar los datos atmosféricos.

Ahora que ha quedado demostrada la importancia de las nanopartículas en el proceso de intensificación de las lluvias nunca más estudiaremos las nubes de la misma manera. Esto modifica la forma de pensar todo el proceso”, comentó.

“Ahora que ha quedado demostrada la importancia de las nanopartículas en el proceso de intensificación de las lluvias nunca más estudiaremos las nubes de la misma manera. Esto modifica la forma de pensar todo el proceso”

El grupo también pretende trabajar en nuevos datos y modelos para investigar hasta qué punto las conclusiones válidas para la Amazonia pueden extrapolarse hacia otras zonas del globo. “Sabemos que se necesita una gigantesca cantidad de energía para llevar todo ese vapor de agua a entre 12 y 14 kilómetros de altura. Esa energía proviene del sol y está disponible en la Amazonia”, dijo Artaxo.

El trabajo de recabado y análisis de los datos contó con la participación de científicos de Brasil, Estados Unidos, Israel, China y Alemania. Las mediciones se realizaron en parte desde el avión estadounidense Gulfstream-1 (G1), perteneciente al Pacific Northwest Laboratory (PNNL).

También apoyaron la campaña GOAmazon la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado del Amazonas (Fapeam) y el Departamento de Energía de Estados Unidos (DoE, por sus siglas en inglés), además de otros socios.

El experimento, realizado en 2014 y 2015, tuvo entre sus objetivos el de investigar el efecto de la polución ambiental urbana de Manaos sobre las nubes amazónicas y el de avanzar en el conocimiento referente a los procesos de formación de lluvias y a la dinámica de la interacción entre la biósfera amazónica y la atmósfera.

Con base en sus hallazgos, los investigadores pretenden estimar alteraciones futuras en el balance radiactivo, en la distribución de energía y en el clima regional y sus impactos sobre el clima global (lea más en: agencia.fapesp.br/18691).

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