Incluso los menores corpúsculos de contaminación alteran el ciclo de lluvias en la Amazonia

Un estudio constató que las nanopartículas resultantes de las actividades humanas, entre ellas la quema de combustibles fósiles, crecen rápidamente en la atmósfera e interfieren en el desarrollo de las nubes. Este descubrimiento les imprime una mayor precisión a los modelos meteorológicos y a las simulaciones sobre los cambios climáticos

Por Maria Fernanda Ziegler  |  Agência FAPESP – Incluso las partículas más finas de contaminación impactan sobre los mecanismos de formación y desarrollo de las nubes y alteran el régimen de lluvias. Un estudio realizado en la ciudad de Manaos, en la región norte de Brasil, demostró que, mediante un proceso químico conocido como oxidación, pequeños aerosoles expelidos por las fábricas o por los tubos de escape de los automóviles, por ejemplo, crecen muy rápidamente y alcanzan un tamaño hasta 400 veces mayor. Y esto interfiere en la formación de las gotas de lluvia.

“La comprensión de los mecanismos de formación de las nubes y de las lluvias en la Amazonia constituye un gran reto, debido a la complejidad de los procesos fisicoquímicos no lineales existentes en la atmósfera”, explica Paulo Artaxo, docente del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) y autor del estudio publicado a mediados del pasado mes de enero en Science Advances.

Este descubrimiento de científicos brasileños y estadounidenses dotará de mayor precisión a los modelos y a las simulaciones matemáticas referentes a los cambios climáticos. “Estas nanopartículas de contaminación [de menos de 10 nanómetros] solían despreciarse en los cálculos y en los modelos atmosféricos. La atención se dirigía a las partículas de más de 100 nanómetros, pues son las que actúan como núcleo de condensación de nubes [donde el vapor de agua se condensa y forma microgotas] y alteran el patrón de las lluvias. Con este estudio demostramos que, en el trascurso de su trayectoria en la atmósfera, las partículas menores se van oxidando y crecen rápidamente hasta llegar al tamaño necesario como para convertirse en núcleos de condensación”, explica Luiz Augusto Machado, docente del IF-USP y coautor del artículo.

Los datos se recabaron con la ayuda de aviones que sobrevolaron la zona de Manaos a baja altura, recorriendo alrededor de 100 kilómetros (km) de la pluma de contaminación producida en esa metrópolis entre los años 2014 y 2015. Este trabajo contó con el apoyo de la FAPESP en el marco de la campaña científica Green Ocean Amazon (GoAmazon) y de un Proyecto Temático, ambos vinculados al Programa FAPESP de Investigaciones sobre Cambios Climáticos Globales (PFPMCG).

“Poco se sabía acerca de la actuación de estas nanopartículas en los regímenes de lluvias. Sucede que la región de Manaos es un lugar único en el mundo, un laboratorio a cielo abierto. Es una megaciudad rodeada de selva y alejada de otras ciudades. Por eso permite entender de qué manera una metrópolis modifica un ambiente parecido con el de la era preindustrial”, comenta Machado.

Los aerosoles son partículas (sólidas o líquidas) suspendidas en el aire. Pueden ser producidos naturalmente por la selva, como partículas primarias, o secundariamente en la atmósfera a partir de precursores gaseosos (COV) emitidos por los bosques (aerosoles orgánicos secundarios), por ejemplo, o –tal como se investigó en este estudio– por actividades humanas como la quema de combustibles fósiles.

Machado explica que los aerosoles de menos de 10 nanómetros, al liberárselos en la zona de Manaos a través de los escapes de los vehículos, en las industrias o durante la generación de energía eléctrica, forman una especie de pluma de contaminación que se dirige al sudoeste (llevada por los vientos). Los investigadores evaluaron que es durante este trayecto cuando las partículas crecen rápidamente.

“Resulta sumamente difícil evaluar el efecto del material en partículas en la lluvia, pues existe una cantidad grande de variables atmosféricas que interfieren en esa relación. Por eso comparamos la línea de contaminación con las áreas situadas alrededor, que están fuera de la pluma de contaminación. Lo que notamos es que ese material en partículas va creciendo de tamaño rápidamente. A 10 km de distancia de Manaos ya es mayor, y a 30 km es posible que haya alcanzado el tamaño suficiente como convertirse en un núcleo de condensación, interfiriendo así en la formación de las gotas de lluvia”, dice.

Con impacto variable

Los mecanismos de formación de nubes son complejos y dependen de muchos parámetros atmosféricos. En el caso de los pequeños aerosoles, interferirán en la condensación de las gotas de lluvia. Sin embargo, dependiendo de cómo se encuentran la condición atmosférica y, fundamentalmente, la formación de nubes en cada momento, las lluvias pueden intensificarse o disminuir.

Machado explica que, como existe mucho material en partículas, cuando la pluma de contaminación entra en contacto con una nube, se produce una competencia por el vapor de agua allí presente, lo cual reduce el tamaño de las gotas.

“Para que la lluvia caiga, es necesario que las gotas posean un determinado tamaño. Es lo que se denomina velocidad terminal de las gotas, que debe ser mayor que el movimiento de aire que está subiendo. De lo contrario, la nube queda con un montón de gotas minúsculas y la lluvia no cae”, explica.

Así y todo, tal como remarca Machado, en caso de que surja un viento vertical muy fuerte, puede que el mismo se lleve esa gran cantidad de gotitas hacia una altura mayor y forme partículas de hielo, lo que puede generar una tormenta intensa.

“Notamos que a medida que ese material en partículas va creciendo, se convierte en núcleo de condensación. Cuando encuentra una nube pequeña y débil [una nube caliente], llueve poco. Los aerosoles reducen las precipitaciones. Pero si la nube adquiere potencia y se convierte en un cumulonimbo [de gran desarrollo vertical], por ejemplo, los aerosoles aumentan las precipitaciones. Es decir, incluso esas pequeñas partículas de contaminación tienen influencia sobre la formación de las lluvias”, detalla Machado.

Según los investigadores, este proyecto continuará de manera ampliada, captando nuevos datos. El equipo realizará este año el experimento Cafe-Brasil (Chemistry of the Atmosphere: Field Experiment in Brazil) con la ayuda de una aeronave alemana que puede volar a 15 km de altitud. Artaxo explica que estudios similares con teledetección también se están realizando en la torre ATTO, de 325 metros de altura, en el medio de la selva amazónica (lea más en: agencia.fapesp.br/29670/).

“En este estudio que publicamos ahora, recolectamos los datos mediante la realización de vuelos de baja altitud [4.000 metros]. La aeronave alemana que utilizaremos para nuestras próximas recolecciones es uno de los más sofisticados aviones laboratorios que existen. De este modo, podremos realizar un experimento tendiente a entender cuestiones fisicoquímicas fundamentales de la producción de aerosoles, nubes y precipitaciones que aún siguen siendo un misterio para nosotros”, comenta Artaxo.

Puede leerse el artículo Rapid growth of anthropogenic organic nanoparticles greatly alters cloud lifecycle in the Amazon rainforest, de Rahul A. Zaveri, Jian Wang, Jiwen Fan, Yuwei Zhang, John E. Shilling, Alla Zelenyuk, Fan Mei, Rob Newsom, Mikhail Pekour, Jason Tomlinson, Jennifer M. Comstock, Manish Shrivastava, Edward Fortner, Luiz A. T. Machado, Paulo Artaxo y Scot T. Martin, en el siguiente enlace: www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0329.