Un ciclo de retroalimentación acelera el calentamiento del Ártico

El Ártico está experimentando cambios drásticos, y un nuevo estudio de Penn State ha puesto de manifiesto una combinación poderosa de procesos naturales y provocados por el ser humano que alimentan esta transformación. Las grietas en el hielo marino liberan calor y contaminantes que forman nubes y aceleran el derretimiento, mientras que las emisiones de los campos petroleros cercanos alteran la química del aire. Estas interacciones desencadenan ciclos de retroalimentación que permiten la entrada de más luz solar, generan smog y empujan el calentamiento aún más lejos. En conjunto, estos factores pintan un panorama preocupante sobre la fragilidad del sistema ártico.

Los científicos utilizaron dos aviones de investigación especialmente equipados junto con instrumentos de base durante una campaña de campo de dos meses. Su objetivo fue comparar la química atmosférica en dos regiones árticas, así como cerca del mayor campo petrolero de América del Norte, con áreas circundantes. A partir de este esfuerzo, los investigadores identificaron tres hallazgos principales. Las aberturas en el hielo marino, conocidas como leads, afectan fuertemente la química atmosférica y el desarrollo de nubes. La contaminación de las operaciones petroleras cambia de manera medible la composición de la atmósfera regional. Juntos, estos factores forman un ciclo de retroalimentación que acelera la pérdida de hielo marino e intensifica el calentamiento ártico.

El Proyecto CHACHA y sus Objetivos Más Amplios

Los hallazgos fueron publicados recientemente en el Bulletin of the American Meteorological Society y son parte de una colaboración más amplia conocida como CHemistry in the Arctic: Clouds, Halogens, and Aerosols, o CHACHA. Este proyecto multiinstitucional, liderado por cinco organizaciones de investigación, se centra en cómo ocurren los cambios químicos cuando el aire cerca de la superficie asciende a la atmósfera inferior. Estos cambios impulsan interacciones entre gotas de agua, nubes bajas y contaminación.

"Esta campaña de campo es una oportunidad sin precedentes para explorar los cambios químicos en la capa límite, la capa atmosférica más cercana a la superficie del planeta, y entender cómo la influencia humana está alterando el clima en esta región importante", afirmó Jose D. Fuentes, profesor de meteorología en el Departamento de Meteorología y Ciencias Atmosféricas y autor correspondiente del artículo. "Los conjuntos de datos resultantes están produciendo una mejor comprensión de las interacciones entre aerosoles de spray marino, nubes acopladas a la superficie, emisiones de campos petroleros y la química halógena multifásica en el nuevo Ártico".

Para examinar la actividad química en la capa límite ártica, el equipo de investigación recolectó muestras de aire sobre hielo marino cubierto de nieve y recién congelado en los mares de Beaufort y Chukchi. También se tomaron mediciones sobre leads abiertos y a través de la tundra cubierta de nieve de la Costa Norte de Alaska, incluyendo áreas cercanas a los campos de petróleo y gas de Prudhoe Bay. La campaña operó desde Utqiagvik, Alaska, del 21 de febrero al 16 de abril de 2022. Este período siguió al amanecer polar, un tramo de luz continua después de meses de oscuridad, cuando la luz ultravioleta aumentada intensifica las reacciones químicas en la superficie y en la atmósfera inferior.

Cómo las Grietas en el Hielo Aceleran el Calentamiento

Los investigadores descubrieron que los leads, que pueden variar desde unos pocos pies de ancho hasta varios millas, generan fuertes corrientes de aire ascendentes y formación de nubes. Estas plumas elevan productos químicos potencialmente dañinos, contaminantes en aerosol y vapor de agua a cientos de pies en el aire, todos factores que pueden mejorar el calentamiento. Según Fuentes, este proceso aumenta la transferencia de calor y humedad, acelera la pérdida de hielo marino y promueve la formación de aún más leads, reforzando el ciclo.

Se identificó otro ciclo de retroalimentación a lo largo de las costas árticas, donde los productos químicos en las capas de nieve salinas interactúan con las emisiones de las operaciones petroleras. Durante la campaña CHACHA, los científicos observaron la producción de bromo en estas capas de nieve salinas, un proceso único en entornos polares. El bromo elimina rápidamente el ozono de la capa límite, permitiendo que más luz solar llegue a la superficie. Esta luz solar adicional calienta la nieve, liberando aún más bromo y fortaleciendo el ciclo de retroalimentación.

Contaminación y Smog en una Región Remota

La campaña de campo también reveló cambios importantes en la capa límite sobre los campos petroleros de Prudhoe Bay. Las plumas de gas de las actividades de extracción reaccionaron en la atmósfera inferior, aumentando la acidez y produciendo compuestos dañinos y smog, dijo Fuentes. Los investigadores también encontraron que los halógenos interactúan con las emisiones de los campos petroleros para formar radicales libres, que luego se convierten en compuestos más estables capaces de viajar largas distancias. Estas sustancias pueden contribuir a cambios ambientales más allá de los propios campos petroleros.

Mejorando los Modelos Climáticos

La próxima fase de la investigación se centrará en producir conjuntos de datos detallados que los modeladores climáticos puedan utilizar para comprender mejor cómo estos procesos árticos localizados pueden influir en los patrones climáticos globales en el futuro.

El equipo de CHACHA también incluyó investigadores de Stony Brook University, University at Albany, University of Michigan y University of Alaska Fairbanks. La financiación para el proyecto fue proporcionada por la National Science Foundation de EE. UU.

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