Por primera vez, un equipo de investigación internacional dirigido por el Instituto Leibniz de Investigación Troposférica (TROPOS) ha investigado las partículas nucleantes del hielo (INP) en los núcleos de hielo, que puede proporcionar información sobre el tipo de cobertura de nubes en el Ártico durante los últimos 500 años. Estos INP juegan un papel importante en la formación de hielo en las nubes, y por tanto tener una gran influencia en el clima. Hasta aquí, sin embargo, sólo hay unas pocas mediciones que se remontan a unas pocas décadas. El nuevo método podría proporcionar información sobre nubes históricas de archivos climáticos y, por lo tanto, cerrar grandes lagunas de conocimiento en la investigación climática.

El equipo de TROPOS, la Universidad de Copenhague, la Universidad de Berna y el Instituto Paul Scherrer escribe en la revista Cartas de investigación geofísica que los hallazgos sobre las variaciones en las concentraciones de partículas que nuclean el hielo en la atmósfera durante siglos ayudarían a los investigadores del clima a comprender mejor los cambios climáticos futuros.

Los archivos climáticos son importantes para reconstruir el clima pasado y hacer declaraciones sobre el desarrollo del clima en el futuro. En Europa, el clima solo se ha observado y registrado regularmente durante unos 300 años. Para el tiempo anterior y para ubicaciones sin estación meteorológica, sin embargo, la investigación depende de las conclusiones de los archivos naturales. La investigación del paleoclima utiliza una amplia variedad de archivos naturales, como anillos de árboles, núcleos de hielo o sedimentos.

En décadas recientes, Se han desarrollado y perfeccionado varios métodos que utilizan indicadores indirectos (proxies climáticos) para sacar conclusiones sobre factores climáticos como la temperatura, precipitación, erupciones volcánicas y actividad solar. Las nubes son responsables de las precipitaciones, entre otras cosas, pero son muy escurridizos y, por tanto, difíciles de estudiar. Pero el numero el tipo y la extensión de las nubes y su contenido de hielo tienen una gran influencia en el balance de radiación de la atmósfera, la temperatura en el suelo y la precipitación, y la información sobre los parámetros que afectan a las nubes son, por tanto, importantes para la reconstrucción climática.

Un equipo de investigación internacional de Alemania presenta ahora un método sobre cómo mejorar nuestro conocimiento sobre las nubes y su papel en la historia del clima. Dinamarca y Suiza. Según ellos, el equipo ha reconstruido las concentraciones de partículas nucleantes de hielo (INP) de los núcleos de hielo por primera vez. Estas mediciones podrían usarse para reconstruir la cobertura de nubes en el futuro.

"La formación de hielo en las nubes de fase mixta se debe principalmente a la formación de hielo heterogénea, es decir, los INP son necesarios para estimular la congelación de las gotas de nubes superenfriadas. Por tanto, el número y el tipo de estas partículas influyen en la precipitación, propiedades de radiación y vida útil de las nubes. En el laboratorio, pudimos demostrar que dos tipos de partículas son particularmente adecuadas para este propósito:el polvo mineral del suelo, así como varias partículas biológicas como las bacterias, esporas de hongos o polen, "explica el Dr. Frank Stratmann, jefe del Grupo de Trabajo de Nubes en TROPOS.

Los núcleos de hielo se utilizan a menudo para reconstruir varios parámetros climáticos como la temperatura, precipitación o erupciones volcánicas durante miles de años. Para el estudio ahora publicado, el equipo pudo extraer partes de dos núcleos de hielo del Ártico:el núcleo Lomo09 se perforó en el glaciar Lomonosovfonna en Svalbard a una altitud de 1200 metros en 2009. El núcleo de hielo EUROCORE se extrajo minuciosamente en 1989 de la cima del Capa de hielo de Groenlandia a una altitud de más de 3000 metros.

Las muestras congeladas de estos núcleos se enviaron a Leipzig, donde fueron examinados para INP. Se derritieron pequeñas muestras de hielo y el agua derretida se dividió en muchas gotas pequeñas de uno y 50 microlitros. Estas gotas se colocaron en dos configuraciones experimentales, cada uno con casi 100 pequeños comederos, y luego se enfriaron de manera controlada. Estas configuraciones se utilizaron previamente en otros estudios:el Leipzig Ice Nucleation Array (LINA) y el Ice Nucleation Droplet Array (INDA) son instrumentos en los que las gotas se enfrían de manera controlada. A través de una ventana de vidrio, los investigadores pueden observar a qué temperatura se congelan cuántas gotas. El número de gotas congeladas se convierte luego en la concentración de partículas nucleantes de hielo. "En 2015, Investigadores de EE. UU. Derivaron las concentraciones atmosféricas de INP a partir de la nieve y el agua de precipitación. Lo que funciona para la precipitación también debería funcionar para las muestras de hielo fue nuestro enfoque. Así que fuimos los primeros en demostrar que las concentraciones históricas de núcleos de hielo también se pueden extraer de los núcleos de hielo, "dice Markus Hartmann de TROPOS, quien realizó las investigaciones como parte de su tesis doctoral.

Esto abre nuevas posibilidades para la investigación del paleoclima. Desde la década de 1930, Se han extraído innumerables núcleos de hielo de los glaciares de todo el mundo y se ha reconstruido el clima del pasado. La información sobre la fase de la nube (es decir, si contiene hielo o agua líquida) no estaba disponible. El estudio de investigadores polares y atmosféricos es un primer paso en esta dirección. Dado que el equipo no tenía un núcleo de hielo continuo disponible, sólo pudo reconstruir las partículas nucleantes de hielo de años individuales del período 1735 a 1989 en Groenlandia y de 1480 a 1949 en Svalbard. En general, no hubo tendencia en las partículas nucleantes de hielo durante el último medio milenio. "Sin embargo, el Ártico solo se ha estado calentando drásticamente durante unos 25 años. El hielo analizado ahora se formó antes de que comenzara este fuerte calentamiento. Por lo tanto, serían deseables tanto las mediciones de un núcleo de hielo continuo como de un hielo más nuevo, "añade Markus Hartmann.

El hecho de que la humanidad haya provocado el calentamiento global a través de las emisiones es indiscutible entre los investigadores. Sin embargo, no está claro cuánto han cambiado las nubes en la atmósfera como resultado. Por lo tanto, los investigadores también esperan obtener información importante de las investigaciones sobre las partículas que nuclean el hielo en el aire. En otoño / invierno de 2016, un equipo de la Universidad de Beijing, TROPOS, la Universidad de Gotemburgo y la Academia de Ciencias de China, midió las concentraciones de partículas nucleantes de hielo en el aire de la capital china, Beijing. Sin embargo, no pudieron probar ninguna conexión con el alto nivel de contaminación del aire allí.

"Por lo tanto, asumimos que las partículas que nuclean el hielo en Beijing provienen más de fuentes naturales, como las tormentas de polvo o la biosfera, Ambos son conocidos como fuentes de partículas nucleantes de hielo, que de los procesos de combustión antropogénica, ", dice el Dr. Heike Wex de TROPOS. Pero esta es una instantánea de un lugar y la influencia indirecta del hombre no debe olvidarse:los cambios en el uso de la tierra o las sequías tienen un impacto en el polvo en la atmósfera y en la biosfera, lo que a su vez puede provocar cambios en las nubes ". Para comprender mejor los efectos de la humanidad en la atmósfera, Los investigadores de nubes miden tanto en los puntos críticos de contaminación del aire, como las metrópolis de los países emergentes, como en regiones comparativamente limpias, como las regiones polares.

Hasta aquí, se sabe relativamente poco sobre la cantidad, propiedades y fuentes de partículas nucleantes de hielo en el Ártico, aunque son un factor importante en la formación de nubes y por lo tanto para el clima allí. Las series de tiempo largo con resolución de tiempo mensual o semanal son prácticamente inexistentes, pero esencial para investigar los efectos estacionales. En el diario Química y Física Atmosféricas , una revista de acceso abierto de la Unión Europea de Geociencias (EGU), un equipo internacional, también liderado por TROPOS, publicó recientemente una descripción general de las variaciones estacionales en las concentraciones de núcleos de hielo en el Ártico. Las muestras de cuatro estaciones de investigación en el Ártico de 2012/2013 y 2015/2016 se investigaron en el Laboratorio de Nube de Leipzig de TROPOS:Alert en Canadá, Ny-Ålesund en Spitsbergen (Noruega), Utqiagvik (Barrow) en Alaska (EE.UU.) y Villum (Station Nord) en Groenlandia (Dinamarca).

"Esto nos da una visión general de las variaciones entre las estaciones:las más abundantes son las partículas que nuclean el hielo en el aire desde el final de la primavera hasta el comienzo del otoño, los menores se encuentran en invierno y principios de primavera. Esto influye en cómo cambia el tipo de cobertura de nubes en el Ártico durante el año y, por lo tanto, en la influencia de las nubes en el calentamiento del Ártico. "explica Heike Wex. Los investigadores esperan que los estudios conduzcan a mejores predicciones sobre el cambio climático, dado que los modelos climáticos actualmente no pueden reflejar adecuadamente el calentamiento del Ártico, lo que dará lugar a incertidumbres que van desde el aumento del nivel del mar hasta los cambios climáticos regionales en Europa.

Los complejos procesos de retroalimentación entre la biosfera y el clima también serán parte de la expedición MOSAiC:en septiembre de 2019, el rompehielos de investigación alemán Polarstern, dirigido por el Instituto Alfred Wegener (AWI), se desplazará a través del Océano Ártico durante un año. Suministrado por rompehielos y aviones adicionales, Un total de 600 personas de 17 países participarán en la expedición MOSAiC. Junto con un socio internacional, el AWI es responsable de las cinco áreas principales de investigación:física del hielo marino y capa de nieve, procesos en la atmósfera y en el océano, ciclos biogeoquímicos y el ecosistema ártico. TROPOS jugará un papel de liderazgo en dos medidas centrales:Primero, un contenedor de detección remota para toda la deriva de hielo explorará continuamente la distribución vertical de aerosoles y nubes utilizando lidar, radiómetros de radar y microondas. Por otra parte, un globo atado medirá la capa límite del Ártico con la mayor precisión posible durante una sección de vuelo. Ambas medidas permiten más o menos la detección directa de la distribución vertical de las partículas nucleantes del hielo. Además, TROPOS volverá a investigar la microcapa superficial del mar y los estanques de fusión, que probablemente sea una fuente importante de partículas nucleantes de hielo en el Ártico.

Desde 2016, el Centro de Investigación Colaborativa TR172 "Amplificación del Ártico" de la Fundación de Investigación Alemana (DFG) ha estado investigando las razones por las que el Ártico se está calentando mucho más que el resto de la Tierra. Además de la Universidad de Leipzig, la red de investigación también incluye las universidades de Bremen y Colonia, el Instituto Alfred Wegener, el Centro Helmholtz de Investigaciones Polares y Marinas (AWI) y el Instituto Leibniz de Investigaciones Troposféricas (TROPOS) en Leipzig. Tilo Arnhold