Entonces el clima se está volviendo más cálido. ¿A quién le importa?

El cambio climático tiene un problema de relaciones públicas en Estados Unidos. Por décadas, lo llamamos 'calentamiento global, 'una frase que suena inofensiva que invoca un suave aumento de las temperaturas en todo el mundo, como subir el termostato de una casa.

"La gente preguntó, por lo que el clima se está volviendo más cálido. ¿A quién le importa? ", Dijo Michael B. McElroy, el profesor Gilbert Butler de estudios ambientales en la Universidad de Harvard. "Y los científicos son en parte culpables de eso debido a cómo hemos descrito el cambio climático".

Ha sido difícil preocupar a los estadounidenses por un aumento de un grado en la temperatura durante un período de 100 años, especialmente cuando la mayoría de las imágenes asociadas con el calentamiento global (capas de hielo que se desmoronan o un oso polar solitario caminando por un paisaje derretido) se sienten tan distantes.

Pero el cambio climático está aquí. Mitigar los efectos del calentamiento global, mejor descrito como cambios irreversibles en la estructura climática, es más que salvar el planeta a largo plazo; se trata de salvar vidas humanas a corto plazo.

Desde tormentas severas e inundaciones catastróficas hasta sequías récord e incendios forestales mortales, Los estadounidenses viven con las consecuencias de un clima cambiante todos los días. Todavía, la mayoría de los estadounidenses no creían que el cambio climático los dañaría personalmente, según un estudio de la Universidad de Yale. Esa conexión, entre el cambio climático y la salud humana, ha sido, en gran parte, ausente de las conversaciones públicas y el debate político en los Estados Unidos de hoy.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson están explorando esa conexión entre la salud humana y un clima cambiante. Entre sus hallazgos:En Pensilvania, días con niveles de ozono superficial peligrosamente altos podrían aumentar en un 100 por ciento en las próximas décadas, aumentando el riesgo de asma y otras enfermedades respiratorias en los niños. Los incendios forestales en Washington podrían asfixiar áreas densamente pobladas durante días con humo nocivo. Tormentas severas en Texas, Oklahoma, Nebraska, Iowa, las Dakotas y los estados colindantes podrían agotar el ozono protector en la estratosfera, exponer a los humanos, ganado y cultivos a la dañina radiación ultravioleta.

El este de EE. UU .:el calor está aumentando

Si el mundo recortara todas sus emisiones de carbono mañana, las temperaturas ya han aumentado lo suficiente como para provocar olas de calor más severas y prolongadas. El calor extremo tiene un impacto grave en la salud humana. Dependiendo de los niveles de humedad, La exposición prolongada a más de 100 grados-día puede provocar insolación y deshidratación. así como cardiovascular, respiratorio, y enfermedades cerebrovasculares.

En la última decada, las olas de calor extremas en los EE. UU. han matado a cientos de personas, en su mayoría ancianos y pobres en áreas urbanas, y cuesta decenas de miles de millones en daños. Ciudades del norte, como Chicago, Nueva York, Filadelfia y Boston, que están menos preparados para hacer frente a temperaturas excesivas, probablemente enfrentará la peor parte de la carga para la salud pública de las olas de calor en los próximos años.

Con poca capacidad para detener futuras olas de calor, la mejor opción para mitigar los daños es la preparación. Mejorar nuestra capacidad para predecir con precisión las olas de calor puede salvar vidas.

La mayoría de los modelos actuales no pueden pronosticar más allá de unos 10 días y los modelos estacionales tienen una capacidad limitada para predecir eventos extremos. En 2012, por ejemplo, El Centro de Predicción del Clima del Servicio Meteorológico Nacional pronosticó temperaturas normales de verano en el noreste y medio oeste de EE. UU. las regiones experimentaron tres eventos de calor récord en junio y julio que resultaron en más de 100 muertes.

Peter Huybers, Profesor de Ciencias de la Tierra y Planetarias en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias y de Ciencias e Ingeniería Ambiental en SEAS, está trabajando para comprender y predecir estos picos mortales de temperatura. Huybers y su laboratorio identificaron patrones de temperatura de la superficie del mar que pueden predecir mayores probabilidades de olas de calor extremo en el este de EE. UU. Hasta con 50 días de anticipación. Esos patrones, como una huella digital en la superficie del Océano Pacífico, preceden consistentemente a las olas de calor en el este de EE. UU.

El equipo de Huybers descubrió que la falta de precipitación, que se sabe que contribuye a las olas de calor, también se asocia con esta huella digital, conocida como Pacific Extreme Pattern. Si bien no garantiza que se produzca una ola de calor, ver este patrón aumenta significativamente las probabilidades de que ocurra uno.

"Nuestra técnica pudo predecir olas de calor previas, incluidas las mortales olas de calor de 2012, y fue hábil cuando se aplicó a eventos anteriores entre 1950 y 1980, "dijo Huybers." Sin embargo, la técnica no predice los años del Dust Bowl de la década de 1930, recordándonos que otros factores ambientales también deben ser importantes ".

Huybers y sus colegas continúan investigando esta conexión, empujando el horizonte en la predicción de olas de calor de verano en el este de EE. UU.

Con más tiempo para prepararse, las empresas de servicios públicos podrían asegurarse de tener suficientes opciones de energía para hacer frente a un aumento en la demanda; los agricultores podrían modificar las tácticas de riego para evitar la pérdida de cultivos; Los planificadores de la ciudad podrían establecer espacios de enfriamiento para las personas mayores o las personas sin aire acondicionado y aumentar los programas para rastrear a las personas sin hogar y confinadas en sus hogares. estadounidenses mayores con enfermedades crónicas.

A medida que el aire se calienta debido al cambio climático global, Las áreas urbanas y suburbanas del noreste también podrían ver un aumento en el ozono a nivel del suelo, el desagradable compuesto químico que constituye la mayor parte del smog. especialmente en verano.

El ozono a nivel del suelo se crea por reacciones químicas que involucran óxidos de nitrógeno (NOx), compuestos orgánicos volátiles (COV) y luz solar. Suerte, Las plantas de energía y los automóviles producen la mayor parte del NOx en los EE. UU.

Es bien sabido que el ozono causa graves enfermedades respiratorias y es especialmente peligroso para los niños. personas mayores y personas que padecen asma.

"Incluso la exposición a corto plazo al ozono durante unas pocas horas o días se ha relacionado con efectos graves para la salud, "dijo Loretta J. Mickley, Investigador Senior en Interacciones Química-Clima en el Grupo de Modelado de Química Atmosférica. "Los altos niveles de ozono pueden exacerbar la enfermedad pulmonar crónica y aumentar las tasas de mortalidad".

Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que la temperatura y el ozono están relacionados:cuanto más alta es la temperatura, cuanto más altos sean los niveles de ozono. Sin embargo, Los investigadores también han establecido que si las temperaturas se elevan por encima de mediados de los 90 grados Fahrenheit, esta relación puede romperse. Entonces, la pregunta es:¿cómo afectará el aumento de las temperaturas globales a la severidad y frecuencia de los días con niveles peligrosamente altos de ozono terrestre? conocidos como episodios de ozono?

Mickley y su equipo están desentrañando la compleja relación entre el ozono y el aumento de las temperaturas en EE. UU.

En 2016, El estudiante de posgrado Lu Shen y Mickley descubrieron que si las emisiones locales y globales continúan sin control y las temperaturas aumentan según lo proyectado, Estados Unidos podría ver un aumento del 70 al 100 por ciento en episodios peligrosos de ozono, dependiendo de la región.

El noreste, California y partes del suroeste, sería el más afectado, experimentando hasta nueve días adicionales por año de niveles de ozono no saludables en los próximos 50 años. El resto del país podría experimentar hasta tres días adicionales de ozono nocivo para la salud.

¿Qué significa eso para la salud en los EE. UU.? Las admisiones hospitalarias y las visitas al servicio de urgencias aumentarían, casos de enfermedades respiratorias crónicas, como asma y bronquitis crónica, aumentaría, y más personas podrían morir por enfermedades respiratorias.

"Necesitamos controles de emisiones ambiciosos para compensar el potencial de más de una semana de días adicionales con niveles de ozono no saludables, "dijo Mickley.

La buena noticia es, Ya hemos visto el poderoso efecto que tiene la regulación sobre los niveles de ozono en los EE. UU. Entre 1990 y 2016, los niveles de ozono disminuyeron significativamente, especialmente en la costa este, gracias a la Clean Air Act y sus modificaciones, que apuntó a los precursores del ozono.

La mala noticia es que las altas temperaturas pueden cambiar esa tendencia.

Mickley y su equipo también están desarrollando herramientas para predecir cuándo y dónde los estadounidenses tienen mayor riesgo de aumentar los niveles de ozono a corto plazo.

Los investigadores encontraron que los altos niveles de ozono durante el verano en el este de los EE. UU. Están correlacionados con patrones meteorológicos a gran escala en la primavera. incluidas las temperaturas de la superficie del mar. El equipo utilizó esta relación para predecir los niveles de ozono promedio en verano con una temporada de anticipación.

"Una herramienta de predicción podría actuar como un sistema de alerta temprana para las comunidades con mayor riesgo de días de alto nivel de ozono, ", dijo Mickley." Las comunidades locales podrían movilizar recursos y planificar protocolos para ayudar a sus ciudadanos en mayor riesgo, incluidos los niños y las personas mayores, durante episodios de la próxima temporada de ozono. Dichos protocolos podrían incluir advertencias para que las personas permanezcan en el interior ".

Se avecinan tormentas en el Medio Oeste

A medida que aumentan las temperaturas y se evapora más vapor de agua a la atmósfera, las tormentas se volverán más frecuentes e intensas, especialmente en el Medio Oeste.

Las inundaciones y los daños asociados con estas tormentas son una amenaza para la vida y el sustento de los 60 millones de personas que viven en los estados del medio oeste. especialmente los agricultores que dependen de patrones de lluvia predecibles. Pero la intensidad de estas tormentas, combinado con factores exclusivos de la región de las Grandes Llanuras, también puede dañar la capa protectora de ozono que protege la vida en la Tierra de la dañina radiación ultravioleta.

James G. Anderson, el Profesor Philip S. Weld de Química Atmosférica en SEAS y el Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra, está estudiando este fenómeno. En 2012, su equipo descubrió que durante las intensas tormentas de verano en el Medio Oeste, El vapor de agua de estas tormentas se inyecta profundamente en la estratosfera. Al estudiar la pérdida de ozono en el Ártico en invierno, Anderson y sus colaboradores establecieron que las combinaciones de temperatura y vapor de agua convierten formas estables de cloro y bromo en radicales libres capaces de transformar las moléculas de ozono en oxígeno. implicando el vapor de agua inyectado por la tormenta en la pérdida de ozono en los EE. UU. en verano.

Mediante el uso de técnicas de radar avanzadas, Anderson y su equipo, incluidos investigadores de Texas A&M y la Universidad de Oklahoma, Recientemente se descubrió que miles de tormentas cada verano penetran en la estratosfera para proporcionar combustible a estas reacciones, mucho más de lo que se pensaba.

"En lugar de grandes, la pérdida de ozono a escala continental que se produce en las regiones polares en invierno, estas observaciones de radar y nuestra nueva alta precisión, Las mediciones de temperatura de alta resolución espacial encontraron que la estructura de la pérdida de ozono en el centro de los EE. UU. está altamente localizada en numerosas regiones, "dijo Anderson.

Estas reacciones, dependiendo de la temperatura de la estratosfera, podría desencadenar una disminución del 12 al 17 por ciento en el ozono en la estratosfera inferior una semana después de una tormenta. Esto corresponde a una disminución del 2 al 3 por ciento en el ozono estratosférico en la región del vapor de agua mejorado. Incluso una disminución del 1 por ciento en el ozono estratosférico puede llevar a un aumento del 3 por ciento en el cáncer de piel en humanos:hay tres millones y medio de casos nuevos de cáncer de piel diagnosticados cada año solo en los EE. UU. Dado que la radiación ultravioleta también afecta la química molecular de la fotosíntesis, tal cambio también podría tener un efecto importante en la agricultura en el Medio Oeste.

"No se trata solo de la salud humana, se trata de los rendimientos de los cultivos, ganado, y la capacidad de funcionar durante períodos prolongados al aire libre en el verano, "dijo Anderson.

Anderson y su laboratorio están desarrollando nuevas plataformas para observar este fenómeno en acción. Un elemento central de ese esfuerzo es una plataforma de investigación llamada StratoCruiser, un globo de superpresión diseñado para recopilar datos a un promedio de 75, 000 pies — bien adentro de la estratosfera.

Alimentado por una serie de células solares, el StratoCruiser volará sobre el centro de EE. UU. durante cuatro a seis semanas, la recopilación de datos sobre cómo el vapor de agua inyectado en la estratosfera altera las propiedades de las partículas e inicia la serie de reacciones químicas que destruyen el ozono.

Anderson y su equipo están desarrollando instrumentos de detección lo suficientemente resistentes como para soportar los vientos y la lluvia de tormentas convectivas intensas, pero lo suficientemente livianos como para permitir que el paquete de instrumentos, suspendido en un filamento de Kevlar debajo del globo, para tomar muestras de aire entre 40, 000 pies y 75, 000ft.

Los instrumentos tienen que funcionar a temperaturas que van desde menos 120 grados hasta más 90 grados Fahrenheit, soportar la baja presión de la atmósfera superior, se potencian y operan de forma autónoma durante la misión de seis semanas.

Los estudiantes de SEAS en el Proyecto de Diseño y Resolución de Problemas de Ingeniería de Anderson (ES 96) están desempeñando un papel importante en la resolución de estos desafíos de diseño. El equipo de estudiantes que diseñó un espectrómetro que mide el ácido clorhídrico (HCl) en la atmósfera recibió $ 200, 000 de la subvención del Proyecto de Instrumentos para Estudiantes de Pregrado de la NASA. El nuevo instrumento será lanzado por la NASA en otoño de 2017 desde Ft. Sumner, Nuevo Mexico.

Otro proyecto ES 96 para estudiantes universitarios implica el diseño y la construcción de una nueva clase de instrumentos para medir los radicales libres y otras especies reactivas de aviones estratosféricos alimentados por energía solar. Estos instrumentos, que recopilará datos en los EE. UU. de forma continua durante tres meses, proporcionará la capacidad de pronosticar la cantidad de radiación ultravioleta proyectada para regiones específicas de los estados de las Grandes Llanuras en verano. La aeronave estratosférica alimentada por energía solar también puede dar la vuelta al mundo para obtener observaciones relacionadas con la respuesta de la estructura climática a los niveles crecientes de dióxido de carbono y metano.

Una de las preguntas más importantes que Anderson y otros quieren responder es si el proceso de agotamiento del ozono es reversible o no.

Anderson sabe cómo la ciencia bien comunicada puede impulsar la acción sobre el cambio climático. Fue su investigación a fines de la década de 1980 la que finalmente demostró el vínculo entre los clorofluorocarbonos (CFC) de las latas de aerosol, acondicionadores de aire y refrigeradores y el agujero de ozono antártico. El descubrimiento fue el paso clave hacia la aceptación pública de la conexión, que finalmente condujo a la eliminación de los CFC en virtud del Protocolo de Montreal de 197 países firmado en 1987.

"Vimos el poder de la regulación y la legislación cuando las potencias globales se unieron y decidieron prohibir los CFC, ", dijo Anderson." Después de eso, pensamos que habíamos resuelto el problema del agotamiento del ozono. Ahora, el cambio climático podría empeorar mucho más de lo que pensábamos. Si continuamos en este curso, la disminución del ozono y los aumentos asociados en la dosis de rayos ultravioleta podrían ser irreversibles ".

El oeste esta ardiendo

Solo en 2016, más de 67, 000 incendios forestales quemaron más de 5.5 millones de acres en los EE. UU., un área equivalente al tamaño de Nueva Jersey. Si el calentamiento global continúa al ritmo, los modelos predicen que para 2050 la temporada de incendios forestales en el oeste de los EE. UU. será aproximadamente tres semanas más larga, dos veces más ahumado, y quemará más área. En las próximas décadas, el área quemada en agosto podría aumentar en un 65 por ciento en el noroeste del Pacífico; casi podría duplicarse en las Montañas Rocosas del Este / Grandes Llanuras; y cuádruple en la región del bosque de las Montañas Rocosas.

Pero los incendios forestales amenazan más que la tierra y los hogares. El humo que producen contiene partículas que pueden contaminar el aire a cientos de kilómetros de distancia. A medida que los incendios forestales aumentan en frecuencia e intensidad, cada vez más comunidades corren el riesgo de exposición prolongada a niveles nocivos de humo, incluidas áreas densamente pobladas como San Francisco de California, Alameda, y los condados de Contra Costa, y el condado de King en Washington.

Mickley y el Grupo de Modelado de Química Atmosférica están desarrollando herramientas para predecir cómo los incendios forestales afectarán la calidad del aire. El trabajo es parte de una colaboración con la Universidad de Yale.

Entre 2004 y 2009, Aproximadamente 57 millones de personas en el oeste de EE. UU. experimentaron una ola de humo, un término que Mickley y sus colegas acuñaron para describir dos o más días consecutivos de niveles insalubres de humo de incendios. Entre 2046 y 2051, el equipo estimó que es probable que más de 82 millones de personas se vean afectadas por ondas de humo, principalmente en el norte de California, Oregon occidental y las Grandes Llanuras, donde el combustible del fuego es abundante.

En todo el oeste de EE. UU. el cambio climático probablemente hará que las ondas de humo sean más largas, mas intenso, y más frecuente. Aproximadamente 13 millones más de niños y personas mayores, que tienen un mayor riesgo de padecer enfermedades respiratorias, se verán afectados por ondas de humo en comparación con la actualidad.

Mickley y su equipo han desarrollado un modelo para predecir, a nivel de condado, áreas con mayor riesgo de ondas de humo. El modelo permitiría a los gobiernos locales o al Servicio Forestal de EE. UU. Dar prioridad a estas áreas en los esfuerzos de mitigación de incendios, como limpiar la maleza seca o realizar quemaduras controladas.

"No importa lo que provoque un incendio forestal, ya sea por un rayo o por descuido humano, la propagación de un incendio está determinada por la disponibilidad de seco, combustible fácilmente combustible, ", dijo Mickley." Actualmente estamos viendo y seguiremos viendo en las próximas décadas, las temperaturas más cálidas aumentan el suministro de dicho combustible. Los incendios masivos de 2016 probablemente sean una indicación de lo que está por venir ".

La contaminación no conoce fronteras

No solo los Estados Unidos continentales se enfrentan a las consecuencias para la salud del cambio climático global. Alaska, Hawái y muchos territorios estadounidenses están en la primera línea del cambio climático.

En 2016, un DC-8 cargado con instrumentos científicos despegó de Palmdale, California, ascendiendo a través de un cielo lleno de humo de incendios forestales y smog desde la cercana Los Ángeles.

Fue un comienzo apropiado para la primera etapa de la Misión de Tomografía Atmosférica (ATom), dirigido por Steven C. Wofsy, el Profesor Abbott Lawrence Rotch de Ciencias Atmosféricas y Ambientales en SEAS y el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias. Desde 2016, La misión ATom ha realizado dos viajes alrededor del mundo, de polo a polo, tomando medidas atmosféricas para comprender cómo se mueven la contaminación y los gases de efecto invernadero a través de la atmósfera.

La misión ATom, en asociación con la NASA, Volará un total de cuatro viajes alrededor del mundo. Los datos que recopile ayudarán a mejorar la precisión de los modelos ambientales que informan las políticas climáticas.

Ese primer tramo le dio al equipo de investigación una visión aleccionadora del alcance del cambio climático en América y los territorios estadounidenses. Varias horas después de dejar el calor abrasador y los incendios forestales de California, el equipo voló sobre Alaska, donde grandes charcos de agua oscura interrumpieron lo que debería haber sido una hoja continua de blanco, Hielo polar.

"El contraste entre los entornos no podría haber sido más dramático todavía, Ambos lugares estaban experimentando enormes impactos por el calentamiento del clima, "dijo Wofsy.

Y aunque no había grandes incendios en el norte de Alaska cuando el equipo de ATom llevó a cabo su primera misión, los investigadores registraron altos niveles de contaminación de incendios forestales que ardían a cientos de millas de distancia, en los bosques de Siberia.

"La contaminación se puede transportar a cualquier lugar, "dijo Roisin Commane, investigador asociado en ciencias e ingeniería ambiental en SEAS y miembro del equipo de ATom. "Vimos contaminación a miles de kilómetros de la costa, en lo que debería haber sido el aire más limpio del mundo. Vimos la contaminación de Asia transportada sobre el Océano Pacífico y la contaminación de Estados Unidos sobre el Atlántico. La contaminación no tiene fronteras ".

Esperanza de ingeniería

Estas consecuencias del calentamiento global en los EE. UU. Tampoco conocen fronteras:afecta a los estadounidenses jóvenes y mayores, Urbanitas de la Costa Este y agricultores del Medio Oeste.

Además de liderar los esfuerzos para comprender los sistemas que contribuyen al calentamiento del planeta, Los investigadores de SEAS también están desarrollando nuevas herramientas y tecnologías para ayudar a revertir, o al menos lento, el proceso. Eso incluye proyectos destinados a generar energía limpia y almacenarla en baterías de larga duración.

Eric Mazur, el profesor Balkanski de Física y Física Aplicada, ha investigado las propiedades de las estructuras a nanoescala en el silicio, que tienen aplicaciones prometedoras para mejorar la capacidad de las células solares. Jennifer Lewis, el profesor Hansjörg Wyss de ingeniería de inspiración biológica, ha ayudado a desarrollar materiales para la captura y secuestro de carbono.

Profesores Michael Aziz, el profesor de tecnologías de materiales y energía de Gene y Tracy Sykes; y Roy Gordon, el profesor de química Thomas Dudley Cabot y profesor de ciencia de los materiales, se están desarrollando no tóxicos, Baterías de flujo de larga duración y rentables para almacenar energía de fuentes de energía intermitentes, como el viento y el sol.

Los estudiantes de SEAS también se están involucrando en el esfuerzo en el campus de Harvard.

En una clase ES96, Los estudiantes de SEAS trabajaron con la Oficina de Sostenibilidad de la universidad para evaluar los enfoques de la resiliencia al cambio climático y desarrollar estrategias para mejorar la integridad de la red eléctrica. enfriar edificios durante el calor extremo, y minimizar los daños por inundaciones.

"Si bien es posible que tengamos disfunciones en Washington, partes de los EE. UU. están haciendo cosas serias sobre el cambio climático, ", dijo McElroy." California y Nueva Inglaterra son ejemplos brillantes. Los alcaldes de las principales ciudades de EE. UU. Han sido líderes en abordar estos problemas. Entonces, en el lado optimista, hay indicios de que la gente puede reunirse y hacer las cosas ".

Es importante no perder ese optimismo, dijo Wofsy.

Él y el equipo de ATom vieron algo más en ese primer vuelo desde California:parques solares y eólicos que generaban electricidad libre de carbono.

"Esta vista fue mucho más esperanzadora, ", Dijo Wofsy." Si aplicamos nuestras mentes y recursos al problema, podemos lograr un progreso significativo en la desaceleración del aumento del CO2 atmosférico. Pero es un desafío generacional ".