Utilizando moléculas de oxígeno raras atrapadas en burbujas de aire en hielo y nieve viejos, los científicos estadounidenses y franceses han respondido a una pregunta de larga data: ¿cuánto han aumentado los niveles de ozono "malos" desde el comienzo de la Revolución Industrial?
"Hemos podido rastrear cuánto ozono había en la atmósfera antigua", dijo Laurence Yeung, geoquímico de la Universidad de Rice, autor principal de un estudio publicado en línea hoy en día Naturaleza . "Esto no se ha hecho antes, y es notable que podamos hacerlo en absoluto"
Los investigadores utilizaron los nuevos datos en combinación con modelos de química atmosférica de última generación para establecer que los niveles de ozono en la atmósfera inferior, o troposfera, han aumentado en un límite superior del 40% desde 1850.
"Estos resultados muestran que los mejores modelos actuales simulan bien los antiguos niveles de ozono troposférico", dijo Yeung. "Eso refuerza nuestra confianza en su capacidad de predecir cómo cambiarán los niveles de ozono troposférico en el futuro".
El equipo de investigación liderado por Rice incluye investigadores de la Universidad de Rochester en Nueva York, el Instituto de Geociencias Ambientales del Centro Nacional Francés para la Investigación Científica CNRS en la Universidad Grenoble Alpes UGA, el Laboratorio de Señalización y Control del Discurso de Imágenes de Grenoble del CNRS enUGA y el Laboratorio Francés de Ciencias Ambientales y del Clima de CNRS y la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica CEA en la Universidad Versalles-St Quentin.
"Estas mediciones limitan la cantidad de calentamiento causado por el ozono antropogénico", dijo Yeung. Por ejemplo, dijo que el informe más reciente del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático IPCC estimó que el ozono en la atmósfera más baja de la Tierra hoy está contribuyendo con 0.4 vatiospor metro cuadrado de fuerza radiativa al clima del planeta, pero el margen de error para esa predicción fue del 50%, o 0.2 vatios por metro cuadrado.
"Esa es una barra de error realmente grande", dijo Yeung. "Tener mejores estimaciones de ozono preindustriales puede reducir significativamente esas incertidumbres".
"Es como adivinar qué tan pesada es su maleta cuando hay una tarifa por bolsas de más de 50 libras", dijo. "Con las viejas barras de error, diría: 'Creo que mi bolsa pesa entre 20 y 60 libras."Eso no es lo suficientemente bueno si no puede pagar la multa".
El ozono es una molécula que contiene tres átomos de oxígeno. Producido en reacciones químicas que involucran la luz solar, es altamente reactivo, en parte debido a su tendencia a ceder uno de sus átomos para formar una molécula de oxígeno más estable. La mayoría del ozono de la Tierraestá en la estratosfera, que está a más de cinco millas por encima de la superficie del planeta. El ozono estratosférico a veces se llama ozono "bueno" porque bloquea la mayor parte de la radiación ultravioleta del sol y, por lo tanto, es esencial para la vida en la Tierra.
El resto del ozono de la Tierra se encuentra en la troposfera, más cerca de la superficie. Aquí, la reactividad del ozono puede ser dañina para las plantas, los animales y las personas. Es por eso que el ozono troposférico a veces se llama ozono "malo". Por ejemplo, el ozono es un primariocomponente de smog urbano, que se forma cerca del nivel del suelo en las reacciones impulsadas por el sol entre el oxígeno y los contaminantes del escape de los vehículos de motor. La Agencia de Protección Ambiental considera que la exposición a niveles de ozono superiores a 70 partes por mil millones durante ocho horas o más no es saludable.
"Lo que pasa con el ozono es que los científicos solo lo han estado estudiando en detalle durante algunas décadas", dijo Yeung, profesor asistente de ciencias de la Tierra, el medio ambiente y el planeta. "No sabíamos por qué el ozono era tan abundante en el airecontaminación hasta la década de 1970. Fue entonces cuando comenzamos a reconocer cómo la contaminación del aire estaba cambiando la química atmosférica. Los automóviles estaban impulsando el ozono a nivel del suelo ".
Si bien las primeras mediciones del ozono troposférico datan de fines del siglo XIX, Yeung dijo que esos datos están en conflicto con las mejores estimaciones de los modelos de química atmosférica de vanguardia actuales.
"La mayoría de esos datos anteriores provienen de pruebas de papel de almidón donde el papel cambia de color después de reaccionar con el ozono", dijo. "Las pruebas no son las más confiables; el cambio de color depende de la humedad relativa, por ejemplopero sugieren, sin embargo, que el ozono a nivel del suelo podría haber aumentado hasta un 300% durante el siglo pasado. En contraste, los mejores modelos de computadora de hoy sugieren un aumento más moderado de 25-50%. Esa es una gran diferencia.
"Simplemente no hay otros datos disponibles, por lo que es difícil saber cuál es la correcta, o si ambas son correctas y esas mediciones particulares no son un buen punto de referencia para toda la troposfera", dijo Yeung. "La comunidad ha luchado con estopregunta durante mucho tiempo. Queríamos encontrar nuevos datos que pudieran avanzar en este problema no resuelto "
Sin embargo, encontrar nuevos datos no es sencillo. "El ozono es demasiado reactivo, por sí solo, para ser preservado en hielo o nieve", dijo. "Entonces, buscamos la estela del ozono, las huellas que deja en las moléculas de oxígeno"..
"Cuando el sol brilla, las moléculas de ozono y oxígeno se forman y rompen constantemente en la atmósfera por la misma química", dijo Yeung. "Nuestro trabajo en los últimos años ha encontrado una 'etiqueta' natural para esa química: el número de isótopos raros que se agrupan ".
El laboratorio de Yeung se especializa en medir y explicar la aparición de estos isótopos agrupados en la atmósfera. Son moléculas que tienen el número usual de átomos, dos de oxígeno molecular, pero tienen isótopos raros de esos átomos sustituidos en lugar delos comunes. Por ejemplo, más del 99.5% de todos los átomos de oxígeno en la naturaleza tienen ocho protones y ocho neutrones, para un número de masa atómica total de 16. Solo dos de cada 1,000 átomos de oxígeno son el isótopo más pesado de oxígeno-18, que contienedos neutrones adicionales. Un par de estos átomos de oxígeno-18 se llama un grupo de isótopos.
La gran mayoría de las moléculas de oxígeno en cualquier muestra de aire contendrá dos oxígeno-16. Algunas excepciones raras contendrán uno de los átomos de oxígeno-18, y aún más raros serán los pares de oxígeno-18.
El laboratorio de Yeung es uno de los pocos en el mundo que puede medir exactamente cuántos de estos pares de oxígeno-18 hay en una muestra dada de aire. Dijo que estos grupos de isótopos en el oxígeno molecular varían en abundancia dependiendo de dónde esté la química del ozono y el oxígenose produce. Debido a que la estratosfera inferior es muy fría, las probabilidades de que se forme un par de oxígeno-18 a partir de la química del ozono / oxígeno aumentan de forma leve y previsible en comparación con la misma reacción en la troposfera. En la troposfera, donde es más cálido, el ozono / oxígenola química produce un poco menos de oxígeno-18 pares.
Con el inicio de la industrialización y la quema de combustibles fósiles alrededor de 1850, los humanos comenzaron a agregar más ozono a la atmósfera inferior. Yeung y sus colegas razonaron que este aumento en la proporción de ozono troposférico debería haber dejado un rastro reconocible: una disminución enEl número de pares de oxígeno-18 en la troposfera.
Utilizando núcleos de hielo y nieve firme nieve comprimida que aún no ha formado hielo de la Antártida y Groenlandia, los investigadores construyeron un registro de pares de oxígeno-18 en oxígeno molecular desde tiempos preindustriales hasta el presente. La evidencia confirmó tanto el aumento en la troposferaozono y la magnitud del aumento que habían predicho los modelos atmosféricos recientes.
"Restringimos el aumento a menos del 40%, y el modelo químico más completo predice alrededor del 30%", dijo Yeung.
"Uno de los aspectos más interesantes fue qué tan bien el registro del núcleo de hielo coincidía con las predicciones del modelo", dijo. "Este fue un caso en el que hicimos una medición e, independientemente, un modelo produjo algo que estaba muy de acuerdo conla evidencia experimental. Creo que muestra cuán lejos han llegado los científicos atmosféricos y climáticos al poder predecir con precisión cómo los humanos están cambiando la atmósfera de la Tierra, particularmente su química ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :