Un estudio de un equipo internacional de investigadores, incluidos científicos brasileños, muestra que la contaminación urbana de Manaus, la capital del estado de Amazonas en Brasil, aumenta la formación de aerosoles a través de la selva amazónica mucho más de lo esperado.

Este fuerte aumento de aerosoles producidos por el bosque tiene un impacto significativo en los principales impulsores del cambio climático global, como el equilibrio radiactivo, producción de nubes y lluvia, y la tasa de fotosíntesis de las plantas. Donde la contaminación urbana no afecta el bosque, Los aerosoles orgánicos son producidos por el suelo de la región, pero en cantidades mucho menores, según el estudio.

Investigaciones similares sobre los bosques boreales, que se utilizaron como base para la modelización del clima global, han mostrado un aumento máximo en los niveles de aerosoles orgánicos secundarios del 60 por ciento debido a la contaminación de las ciudades cercanas.

"Por primera vez, pudimos modelar y predecir los niveles de aerosoles en el Amazonas. Se sabe que los modelos climáticos basados ​​en el hemisferio norte no se aplican a la selva amazónica. Nos dimos cuenta de que las cifras derivadas de otros estudios no cuadraban. Por lo tanto, los resultados de este nuevo estudio harán que los modelos meteorológicos sean más precisos y perfeccionarán los modelos climáticos regionales y globales. "dijo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , La contaminación urbana da como resultado un aumento promedio del 200 por ciento en la formación de aerosoles orgánicos secundarios, con picos de hasta el 400 por ciento. La FAPESP apoyó el estudio como parte del Experimento Amazonas Océano Verde y un Proyecto Temático vinculado al Programa de Investigación sobre Cambio Climático Global.

Paulo Artaxo, profesor titular del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) y uno de los autores del artículo, dice que el siguiente paso es incluir la química de aerosoles tropicales en los modelos climáticos globales, como los utilizados por el Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), por ejemplo, para que pronostiquen con mayor precisión los ciclos hidrológicos en el Amazonas y detecten cambios en los patrones de lluvia en toda la región tropical de la Tierra.

Pequeña alteración, mayor impacto

Un aerosol es una suspensión de finas partículas sólidas o gotitas de líquido en el aire. Los aerosoles primarios son producidos naturalmente por los bosques, que comprende polvo, polen, cenizas y partículas de carbono de incendios forestales, por ejemplo. Los aerosoles secundarios se forman en la atmósfera por reacciones químicas de aerosoles primarios y precursores gaseosos o compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por los bosques y las actividades humanas. como la quema de combustibles fósiles.

El aumento de hasta un 400 por ciento en aerosoles orgánicos secundarios debido a la nube de contaminación de Manaus tiene un efecto significativo en el medio ambiente. Estos aerosoles juegan un papel importante en la absorción de la radiación solar por la atmósfera para formar nubes de lluvia, entre otras cosas.

La pluma de Manaos contiene altos niveles de ozono (O3), oxido de nitrógeno, dióxido de azufre (SO2) y radicales hidroxilo (OH). "Cuando los niveles de compuestos de azufre y nitrógeno de la contaminación urbana se acumulan en la atmósfera, los vapores biogénicos en el bosque se oxidan mucho más rápidamente, formando muchos aerosoles nuevos, mucho más de lo que sería el caso si el proceso fuera puramente natural, "dijo Henrique Barbosa, también profesor en IF-USP y coautor del artículo.

En este estudio, El grupo de investigación internacional analizó las consecuencias de estos cambios de forma observacional y experimental utilizando modelos matemáticos. También realizaron simulaciones por ordenador sobre la formación de esta gran cantidad de aerosoles, identificar los procesos asociados a su origen y los mecanismos químicos que faltan en los modelos utilizados.

"La región del Amazonas es en su mayoría bastante prístina y libre de contaminación. Un pequeño aumento en los compuestos de nitrógeno, por ejemplo, provoca un gran aumento en los niveles de aerosoles forestales, Barbosa dijo. “La perturbación provocada por las emisiones antropogénicas es muy violenta y afecta el clima de la región, el sistema hidrológico y el clima global ".

El impacto más fuerte de este cambio está en la formación de nubes en el Amazonas. "Vimos cómo los altos niveles de aerosoles ultrafinos en las nubes cambian la velocidad del aire ascendente, haciendo las nubes más vigorosas con agua más precipitable, "añadió.

Fotosíntesis

La cantidad de aerosoles también influye fuertemente en la fotosíntesis a través del bosque, que depende de la radiación solar para fijar los niveles de carbono. "Observamos que, hasta cierto punto, el aumento de los niveles de aerosoles secundarios hace que la fotosíntesis sea más eficiente. Luego, las reacciones son más lentas, "Dijo Barbosa.

Explicó que esto ocurre por la interacción entre aerosoles y radiación solar. Los aerosoles circulan libremente en el aire y cambian la cantidad de radiación directa (luz solar que crea sombra) y difusa que recibe el bosque.

La radiación difusa en el bosque penetra más profundamente en la vegetación, desde el dosel hasta las hojas más bajas, para que las plantas puedan usarlo para la fotosíntesis. La radiación directa solo llega a las hojas más altas, y de ahí para abajo, crea sombra.

"Cuando los niveles de aerosoles en la atmósfera aumentan, aumenta la fotosíntesis, pero si estos niveles se vuelven excesivos, obstaculizan la fotosíntesis. Por último, no importa si aumenta la radiación difusa, como los aerosoles bloquean la luz del sol, y las plantas no pueden utilizar mucho carbono, "Dijo Barbosa.

Isopreno

Según los investigadores, el estudio muestra que los bosques tropicales son significativamente más dinámicos de lo que se pensaba originalmente. "El aumento de aerosoles causado por la contaminación es mucho mayor en los bosques tropicales [400 por ciento] que en los bosques boreales [60 por ciento]. Esto se debe a los diferentes mecanismos de emisión y oxidación, así como la presencia de isopreno solo en bosques tropicales, "Dijo Artaxo.

El isopreno es un tipo de COV emitido naturalmente por la vegetación de los bosques tropicales como parte del metabolismo de la vegetación. El isopreno es emitido en grandes cantidades por la selva amazónica y tiene una vida media corta en la atmósfera. donde se convierte en partículas de aerosol. "La transformación del isopreno en partículas se acelera enormemente por la presencia de contaminación de Manaus, especialmente emisiones de óxido de nitrógeno, "Dijo Artaxo.

En los bosques boreales no hay emisiones de isopreno, aunque estos bosques emiten bajos niveles de terpenos (otro COV). Sin embargo, la química atmosférica de este gas es completamente diferente a la del isopreno.

"Esto hace que las emisiones de los bosques tropicales sean la clave para la producción de partículas y la formación de ozono, con una química desconocida antes del experimento GOAmazon, ", Dijo Artaxo." Ahora que conocemos los mecanismos químicos, podemos incluirlos en modelos climáticos globales para avanzar en nuestra comprensión del papel que juegan los bosques tropicales en el clima del planeta ".

Agregó que el aumento de aerosoles orgánicos secundarios no solo está asociado a la contaminación urbana, como las emisiones de los vehículos. Esto también puede deberse a otras actividades que producen óxido de nitrógeno, como los incendios forestales y el uso de generadores en pequeños pueblos de la región amazónica.

"Descubrimos que el óxido de nitrógeno es el catalizador de la formación de aerosoles orgánicos secundarios. Si este compuesto está presente en la contaminación, independientemente de la causa u origen, se intensificará la producción de partículas, "Dijo Artaxo.

Más precisión

La mayoría de los modelos climáticos se basan actualmente en datos y procesos típicos del hemisferio norte. En el caso de aerosoles orgánicos secundarios y sus impactos, los modelos no reflejan con precisión las condiciones en los bosques tropicales, como el Amazonas.

Para producir un nuevo modelo que incluya datos para la Amazonía, los investigadores utilizaron medidas tomadas por aviones propiedad del Departamento de Energía de EE. UU. (DoE), datos obtenidos en la superficie por varias estaciones de muestreo, y un sofisticado software de computadora que simulaba la química atmosférica y la meteorología a escala regional para detectar correlaciones entre el clima y los procesos químicos en la atmósfera de este bosque.

Este enfoque permitió a los investigadores utilizar los datos sobre las reacciones químicas involucradas para calibrar el modelo WRF-Chem, un modelo existente que combina la dinámica atmosférica y la química, para que pudieran simular la dispersión de la columna de contaminación de Manaus y la producción adicional de aerosoles debido a la interacción entre este episodio de contaminación y las emisiones naturales (biogénicas) del bosque.

El próximo paso será integrar estos procesos en los modelos climáticos globales para mejorar el pronóstico del tiempo a largo plazo y las proyecciones de lluvia y formación de partículas, al tiempo que se avanza en la comprensión de los científicos sobre el papel de los bosques tropicales en el cambio climático.