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La atmósfera de la Tierra ha fortalecido su capacidad para eliminar contaminantes del aire, incluido el metano, un potente gas que calienta el clima.
Publicado en Nature Communications, un nuevo estudio de la capacidad de autolimpieza de la atmósfera se centró en determinar la cantidad de su elusivo conductor, el radical hidroxilo (OH), apodado el “detergente de la atmósfera” por el ganador del premio Nobel Paul Crutzen.
Al aplicar un método avanzado para analizar dos mediciones de larga duración de muestras de aire de Nueva Zelanda y la Antártida que datan de fines de la década de 1980, la investigación del Instituto Nacional de Investigación Atmosférica y del Agua de Nueva Zelanda (NIWA) reveló una tendencia significativa en la capacidad de autolimpieza de la atmósfera.
La investigación destaca que sin la mayor capacidad de limpieza del hidroxilo, el metano habría contribuido aún más al calentamiento global.
El estudio a largo plazo realizado por los científicos del NIWA junto con investigadores de la Universidad Victoria de Wellington, GNS Science y un colaborador de Finlandia, revela que la capacidad de autolimpieza de la atmósfera se ha ido fortaleciendo en el hemisferio sur desde aproximadamente 1997.
La investigación científica de 33 años se centró en el oxidante más fuerte de la atmósfera, el OH, e identificó al monóxido de radiocarbono (14CO) como un trazador confiable. La forma ultra rara de monóxido de carbono se produce cuando los rayos cósmicos impactan la atmósfera de la Tierra; su tasa de producción y su eliminación por OH son bien conocidas.
El OH es altamente reactivo y de vida muy corta, dice la científica atmosférica del NIWA, Sylvia Nichol. "El OH es un diminuto depurador químico. Está formado por un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno, con un electrón libre desapareado. Se forma en la atmósfera cuando la luz ultravioleta del sol choca con el ozono en presencia de vapor de agua.
“Reacciona con gases traza nocivos, como el monóxido de carbono y el metano, en la capa más baja de la atmósfera, la troposfera, que se extiende hasta una altura promedio de 11 kilómetros (36.000 pies) desde la superficie de la Tierra.
“En la década de 1970, un descubrimiento importante fue que el OH se produce en la troposfera mediante reacciones que permiten la oxidación de gases como el monóxido de carbono, el metano y el etano. Aunque la vida útil del OH puede ser de menos de un segundo aproximadamente, juega un papel importante en la troposfera“, explica Nichol.
Dado que el hidroxilo altamente reactivo controla la vida atmosférica de la mayoría de los gases, la presencia de OH es fundamental para controlar las concentraciones de algunos gases de efecto invernadero, en particular el metano, afirma Nichol. “Aunque los radicales hidroxilo aparecen en cantidades minúsculas durante un breve periodo de tiempo, eliminan el monóxido de carbono y casi el 90% del metano del aire, por lo que son vitales para mantener la calidad del aire".
La naturaleza dinámica del OH, junto con sus concentraciones muy bajas, significa que es notoriamente difícil de observar y cuantificar con precisión de manera directa, dice el técnico principal de NIWA, Gordon Brailsford, quien ha pasado décadas recolectando muestras de aire.
“La luz ultravioleta influye en la producción de hidroxilo, por lo que los niveles de este limpiador atmosférico presentan fluctuaciones muy grandes a diario y anualmente. El OH solo se forma durante las horas del día, lo que significa que desciende a casi cero durante la noche, y es más frecuente en verano".
Los intentos anteriores de monitorear las tendencias de OH han utilizado metilcloroformo, pero este producto se ha eliminado gradualmente según el Protocolo de Montreal de 1987 para proteger la capa de ozono, lo que hace que su uso sea poco práctico, dice Brailsford.
Los registros de dos estaciones de monitoreo remotas del hemisferio sur que datan de fines de la década de 1980 han producido datos de calidad para el análisis. “Mediciones regulares y consistentes a lo largo de 33 años en dos sitios proporcionan la primera evidencia de un aumento de OH a largo plazo”, según Brailsford.
“La Estación de Investigación Atmosférica Baring Head, situada en las afueras de la ventosa capital de Nueva Zelanda, Wellington, es reconocida internacionalmente por su monitoreo a largo plazo del aire limpio. Unos 4.000 kilómetros más al sur, el laboratorio conjunto neozelandés-estadounidense Arrival Heights en la isla Ross de la Antártida está muy alejado de la contaminación humana, y se recogen muestras de aire incluso durante los cinco meses de oscuridad de cada año. Ambas series de mediciones son con mucho, los registros más largos y consistentes del mundo de 14CO como marcador de cambios en la química atmosférica", dijo.
El procesamiento de las muestras requiere muchos pasos, dice la técnica principal Rowena Moss, quien ha dedicado más de 10.000 horas al proyecto. “Se recogieron grandes muestras de aire, hasta 1.000 litros, en cilindros de gas, luego se secaron, se comprimieron, se enfriaron para eliminar el CO2 ambiental y se concentraron hasta una cantidad microscópica de monóxido de carbono y sus isótopos.
“Las muestras de las dos estaciones de observación diferentes han demostrado ser reveladoras sobre el papel del OH”, dice el autor principal del artículo de la revista, el científico atmosférico y climático Dr. Olaf Morgenstern, cuyo trabajo ha ampliado un modelo “química-clima” desarrollado anteriormente.
"Los datos de Nueva Zelanda desde 1997 muestran una disminución anual del 12% (+/- 2%) en 14CO. Las mediciones de la Antártida muestran una caída aún mayor del 43% (+/- 24%) pero sólo durante el período de diciembre a enero, el punto más alto del verano en el hemisferio sur.
“Los resultados de esta investigación sugieren que la capacidad oxidante de la atmósfera, impulsada por el hidroxilo, se ha ido fortaleciendo en las últimas décadas. Los hallazgos confirman y respaldan nuestros modelos y corroboran los de todo el mundo que sugieren que el OH ha ido aumentando a nivel global".