Un nuevo análisis ha revelado que se necesitan capacidades avanzadas de instrumentos basados ​​en satélites para el monitoreo global de partículas microscópicas, o aerosoles, en la capa estratosférica de la atmósfera. Los aerosoles en la estratosfera, ubicados por encima de aproximadamente 12 kilómetros, aumentan drásticamente después de una erupción volcánica, conduciendo a cambios en el clima de la Tierra y brindando una oportunidad crítica para probar modelos científicos diseñados para predecir variaciones climáticas a corto y largo plazo.

Investigadores del Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA en Nueva York y la Academia Nacional de Ciencias en Kiev, Ucrania, informar los nuevos hallazgos en la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express .

Cuando un volcán entra en erupción, grandes cantidades de cenizas y partículas de ácido sulfúrico pueden cubrir todo el planeta, bloqueando gran parte de la luz solar y provocando temporalmente un enfriamiento global. Los científicos ahora están explorando si este efecto de cobertura podría usarse para contrarrestar el calentamiento global inyectando aerosoles artificiales en la estratosfera. Tales proyectos de geoingeniería también requerirían una forma de monitorear la cantidad y tamaño de partículas artificiales en la estratosfera y el efecto climático resultante.

"La naturaleza mundial de los aerosoles estratosféricos naturales y artificiales significa que es necesario un instrumento especializado en órbita terrestre para obtener información completa sobre sus propiedades y distribución, "dijo Janna Dlugach, miembro del equipo de investigación de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania. "Esta información es fundamental para probar modelos climáticos y para monitorear los efectos climáticos de posibles proyectos de geoingeniería y grandes erupciones volcánicas, lo que puede afectar el sustento de toda la población ".

Monitoreo de aerosoles desde el espacio

Durante la próxima década, la NASA planea llevar a cabo una misión especializada para monitorear aerosoles y nubes en la Tierra. Esta misión incluiría un instrumento que mide no solo el brillo de la luz solar reflejada por la atmósfera y la superficie de la Tierra, sino también la polarización de la luz. que contiene información valiosa sobre el tamaño, composición y cantidad de partículas de aerosol.

"Las características técnicas de este futuro polarímetro son actualmente objeto de un activo debate entre la comunidad científica, "dijo Michael Mishchenko, miembro del equipo de investigación de la NASA. "Nuestro artículo trae a esta discusión la necesidad de monitorear no solo los aerosoles en la atmósfera inferior, pero también aerosoles estratosféricos que podrían convertirse en una parte importante del sistema climático en el caso de una gran erupción volcánica o la implementación de un programa masivo de geoingeniería ".

Las mediciones de la luz solar reflejada por instrumentos orbitales suelen estar dominadas por nubes de agua brillante, la superficie terrestre y los aerosoles que se encuentran en la troposfera, la capa atmosférica más cercana al suelo. "Esto no es problemático cuando los aerosoles estratosféricos son mínimos y, por lo tanto, poco importantes en relación con los aerosoles troposféricos, "explicó Dlugach." Sin embargo, se vuelve esencial separar la luz proveniente de los aerosoles estratosféricos en el caso de erupciones volcánicas o actividades de geoingeniería ".

Separación de aerosoles estratosféricos

En el nuevo estudio, los investigadores argumentan que cualquier instrumento orbital futuro de monitoreo de aerosoles debería proporcionar mediciones dentro de un canal espectral estrecho centrado en 1.378 micrómetros. "A esta longitud de onda, el vapor de agua en la troposfera puede absorber casi por completo la luz solar dispersada por las nubes, superficies terrestres y aerosoles troposféricos, ", dijo Mishchenko." Esto nos permite inferir las propiedades de los aerosoles estratosféricos por separado de las de los aerosoles troposféricos ".

Los investigadores utilizaron medidas simuladas para determinar la mejor forma de medir los aerosoles estratosféricos. Comenzaron utilizando un modelo realista de aerosoles estratosféricos para calcular el brillo teórico y la polarización de la luz solar que estos aerosoles reflejarían en el espacio. Luego agregaron errores de medición que imitan los que se encuentran en los datos reales de los satélites. Con la información resultante, simularon varios tipos de mediciones realistas para determinar cuál proporciona suficiente información para determinar la cantidad, tamaño y composición de los aerosoles estratosféricos.

"Descubrimos que medir el brillo de la luz por sí solo no permite la inferencia de aerosoles estratosféricos, ", dijo Dlugach." Nuestro análisis sugiere que la futura misión espacial de monitoreo de aerosoles debería incluir un instrumento que pueda obtener medidas precisas de polarización de una escena terrestre desde múltiples ángulos en la longitud de onda de 1.378 micrómetros ".

El fuerte canal de absorción de vapor de agua es necesario para cancelar la luz proveniente de la atmósfera inferior y la superficie, mientras que las mediciones precisas de polarización desde múltiples ángulos proporcionan información detallada sobre los aerosoles estratosféricos.

Próximo, los investigadores planean analizar condiciones de observación más desafiantes que impondrían requisitos adicionales al diseño del instrumento. También quieren determinar si la combinación de observaciones polarimétricas y lidar de la misma plataforma orbital sería beneficiosa para ciertas condiciones.