Temperatura del aire (negro) y una medida de la abundancia relativa de ozono (rojo) en comparación con los radicales hidroperoxi y otros detergentes. El panel superior muestra los 100 completos, Récord de testigos de hielo de 000 años. A medida que la Tierra se calienta después de la última edad de hielo (extremo izquierdo en el panel superior), la relativa abundancia de gotas de ozono. El panel inferior es un primer plano de un evento de Dansgaard-Oeschger, un cambio de temperatura más rápido. Aquí la temperatura desciende repentinamente mientras aumenta la abundancia relativa de ozono. Crédito:Becky Alexander / Universidad de Washington
En el aire que nos rodea, no se ven pequeñas moléculas que impulsan el cóctel químico de nuestra atmósfera. Como plantas animales volcanes, los incendios forestales y las actividades humanas arrojan partículas a la atmósfera, algunas de estas moléculas actúan como equipos de limpieza que eliminan esa contaminación.
Las principales moléculas responsables de descomponer todas estas emisiones se denominan oxidantes. Las moléculas que contienen oxígeno, principalmente detergentes a base de ozono e hidrógeno, reaccionar con contaminantes y gases de efecto invernadero reactivos, como el metano.
Un estudio de la Universidad de Washington publicado el 18 de mayo en la revista Naturaleza encuentra que durante grandes cambios climáticos, los oxidantes cambian en una dirección diferente a la que esperaban los investigadores, lo que significa que necesitan repensar qué controla estos químicos en nuestro aire.
"Los oxidantes son muy reactivos, y reaccionan con contaminantes y gases de efecto invernadero y limpian la atmósfera, "dijo la autora correspondiente Becky Alexander, profesor asociado de ciencias atmosféricas de la Universidad de Washington. "Queríamos ver cómo la capacidad de la atmósfera para limpiarse a sí misma podría cambiar con el clima".
Primera autora Lei Geng, un ex investigador postdoctoral de la UW ahora en la Universidad de Grenoble Alpes, analizaron cortes de un núcleo de hielo de Groenlandia en el laboratorio de química de isótopos de la Universidad de Washington. El 100 El núcleo de 000 años comienza en un período relativamente cálido, cubre una edad de hielo completa y termina en la actualidad, con varios cambios de temperatura más cortos en el camino. Los investigadores utilizaron un nuevo método para obtener una lectura por primera vez sobre los cambios en los oxidantes atmosféricos:sustancias químicas volátiles que no se conservan directamente en los núcleos de hielo.
Los investigadores alimentaron con agua de deshielo a las bacterias que bebieron el líquido y luego excretaron un gas que puede ser medido por máquinas que rastrean la composición isotópica del gas. Al observar el peso de los átomos de oxígeno del agua de deshielo, el equipo pudo ver cuántos provenían de los dos oxidantes principales:ozono, que varía en la atmósfera con el tiempo, versus las moléculas de detergente, que se espera que se mantengan bastante constantes.
Becky Alexander en la cámara fría del IsoLab de la Universidad de Washington con secciones de un núcleo de hielo. Su grupo está analizando estas muestras de la Antártida para ver si muestran la misma tendencia que los núcleos de Groenlandia. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington
"Descubrimos que la señal del cambio era completamente opuesta a lo que esperábamos, ", Dijo Alexander." Y eso indica que lo que pensamos que eran los principales impulsores de la abundancia de oxidantes no eran en realidad los controles principales, y tuvimos que idear otros mecanismos ".
Los científicos atmosféricos habían creído que los niveles de ozono aumentan a medida que aumenta la temperatura. El ozono se produce con vapor de agua y emisiones de plantas, bacterias del suelo y otros seres vivos. Todos estos aumentan a medida que aumenta la temperatura. Por tanto, los autores esperaban encontrar más ozono en los climas más cálidos.
En lugar de, la proporción de ozono en realidad aumentó en climas más fríos. Cuando los cambios de temperatura fueron pequeños, el ozono aumentó con la temperatura, pero para grandes cambios de temperatura esa relación cambió, con más ozono en los periodos fríos.
Una hipótesis propuesta por los autores es un cambio en la circulación entre la troposfera, el aire sobre nuestras cabezas, y la estratosfera, la capa de mayor elevación cerca de donde vuelan la mayoría de los aviones. El aire circula entre estos dos, subiendo en los trópicos y descendiendo en los polos. La estratosfera contiene más ozono que se forma en gran parte en esas elevaciones en los trópicos, así que si la circulación se acelera, entonces, más ozono de la estratosfera sería transportado a la superficie.
"Hay evidencia, fuerte evidencia, que muestra que la circulación de Brewer-Dobson se hizo más fuerte durante el último máximo glacial, "dijo el coautor Qiang Fu, profesor de ciencias atmosféricas de la Universidad de Washington. "Eso significa que había menos ozono estratosférico en los trópicos pero más en las latitudes altas, y luego más ozono bajando de la estratosfera a la troposfera ".
Esa es una explicación de por qué el ozono subiría a la superficie durante los climas fríos. Este cambio en la circulación también causaría que más radiación ultravioleta golpeara los trópicos, y los rayos UV y el vapor de agua son los principales impulsores de la formación del otro grupo principal de oxidantes, los detergentes. Los trópicos de la edad de hielo podrían convertirse en una rica fuente de detergentes, que descomponen la contaminación y los gases de efecto invernadero como el metano.
Primer plano de un núcleo de hielo de la Antártida con una capa más oscura de ceniza volcánica. El grupo de la UW ahora está analizando estas muestras para ver si muestran la misma tendencia que los núcleos de Groenlandia. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington
"Tradicionalmente, Los registros de metano en núcleos de hielo se han interpretado únicamente como un cambio en la fuente, ", Dijo Alexander." Pero los modelos de la superficie terrestre no han sido capaces de simular la escala completa del cambio de metano visto en los núcleos de hielo. Eso sugiere que tal vez la vida útil del metano haya cambiado, y la única forma de hacerlo es cambiar la cantidad de detergente en la atmósfera ".
Una segunda posible explicación de la desconcertante tendencia al ozono, los investigadores dijeron, es un grupo de oxidantes menos conocido:los halógenos. Estas moléculas están poco estudiadas, y no se sabe completamente cómo influyen en el clima, pero los investigadores sospechan que podrían reaccionar para afectar los niveles de otros oxidantes.
"La mayor fuente de halógenos es la sal marina, y sabemos por los núcleos de hielo que la sal marina es mucho más alta en climas más fríos, ", Dijo Alexander." El hielo marino también cambia con el clima, por supuesto."
Los autores sospechan que ambos mecanismos, la circulación de alto nivel y las reacciones químicas con halógenos, podrían afectar a los oxidantes durante los grandes cambios de temperatura de la Tierra.
"Los cambios que medimos en los niveles de ozono parecen ser bastante grandes si solo se considera un mecanismo a la vez, sugiriendo que podrían estar actuando simultáneamente, y no necesariamente independientemente unos de otros, "Dijo Alexander.
