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Ciencia

Los señores de la lluvia

Un gas descubierto en la atmósfera de la región amazónica intensifica las precipitaciones. Con ello, las quemas se reducen

En dos artículos científicos publicados en ediciones sucesivas de la revistaScience , investigadores brasileños, europeos, australianos e israelíes explican fenómenos sobre el clima de la región amazónica que intrigaban desde hace muchos años. El primer estudio, que salió publicado el día 20 de febrero, muestra por qué llueve tanto en la mayor selva tropical del mundo, que cubre algo más de la mitad del territorio brasileño. A través de una cadena de reacciones químicas recién ahora identificada, el isopreno, un gas expelido en abundancia por las plantas se convierte en otro, recién descubierto en la atmósfera, que ha revelado ser uno de los compuestos claves en los procesos de formación de las nubes de lluvia.

El segundo trabajo, del viernes siguiente, día 27, revela por qué el exceso de partículas inhibe las lluvias en la época de quemas, es decir, entre agosto y noviembre. Las partículas resultantes de la quema de los bosques saturan el aire y ocasionan la formación de nubes más altas que aquéllas que se forman durante los otros meses del año, con gotas de agua mucho menores, que en lugar de caer en forma de lluvia, permanecen en suspensión en la atmósfera hasta evaporarse.

Pero, para llover no basta solamente con la elevada concentración de humedad, que en la atmósfera amazónica supera el 90%, en contraste con las regiones más secas, como el centro-oeste de Brasil, donde a veces el vapor de agua disperso en el aire no pasa del 10% en los momentos más críticos. Otro ingrediente indispensable son las partículas en suspensión en el aire conocidas como aerosoles, que actúan como núcleos de condensación de nubes (NCN): éstas atraen y condensan moléculas de agua, creciendo hasta hacerse lo suficientemente pesadas como para caer en forma de lluvia.

Pero en esto existía un problema. Siempre que los investigadores del Experimento de Gran Escala de la Biósfera-Atmósfera de la Amazonia (LBA) un megaproyecto internacional con un costo de 80 millones de dólares que reúne a más de 300 expertos de Latinoamérica, Europa y Estados Unidos cuantificaban los núcleos de condensación, obtenían valores bajos, insuficientes para explicar por qué la Amazonia es uno de los lugares donde más llueve en el mundo.

La pluviosidad de la selva oscila entre los 2.500 milímetros anuales por metro cuadrado registrados en Manaos hasta los 5 mil milímetros de São Gabriel da Cachoeira, también en el estado de Amazonas. Para tener una idea acerca cuánto implica ese volumen de agua, se pude mencionar que en la ciudad de São Paulo caen entre 1.500 y 1.800 milímetros de lluvia por año.

Pero las respuestas empezaron a aparecer con los análisis de las mediciones atmosféricas hechas en 1998 en una de las torres del LBA, 70 kilómetros al norte de Manaos. Fue cuando los investigadores descubrieron las transformaciones que sufre el isopreno, un gas ya conocido producido por las plantas. Compuesto de molécula sencillas, con cinco átomos de carbono y ocho de hidrógeno, el isopreno pasa por un conjunto de reacciones químicas bajo la acción de la luz solar, pierde un átomo de hidrógeno y gana cuatro de oxígeno,  y se convierte así en una de las dos formas estructurales de una misma sustancia: el 2-metiltreitol, hasta ese momento desconocida como compuesto atmosférico.

Esta nueva sustancia es ahora vista como uno de los principales integrantes de los núcleos de condensación de nubes por dos razones. En primer lugar por ser un alcohol, y, por lo tanto, ser capaz de atraer moléculas de agua. En segundo lugar a causa de la cantidad en que es producida. Aunque solamente un 0,6% del isopreno se convierte en dicha sustancia, no es poco en términos absolutos. Se calcula que la región amazónica produce anualmente alrededor de dos millones de toneladas de 2-metiltreitol, lo que hace de este nuevo compuesto uno de los aerosoles de origen orgánico más comunes producidos por los bosques tropicales a nivel mundial.

“Nadie imaginaba que el isopreno, por tener una masa molecular baja, pudiera funcionar como precursor de un compuesto que, tal como ahora lo sabemos, es uno de los componentes importantes de los núcleos de condensación en las nubes de la Amazonia”, comenta Paulo Artaxo, investigador del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (USP), que participó en la redacción de los dos artículos de Science .

Pero existía otra razón por la cual no se apostaba a favor de este compuesto químico, producido por todas las plantas en cantidades que varían de acuerdo con cada especie y también industrialmente, como materia prima para la elaboración de algunos tipos de plástico. Hasta el momento en que los investigadores lograron demostrar las transformaciones del isopreno y su importancia sobre el ecosistema amazónico, se creía que la tarea de formar nubes le cupiese únicamente a un compuesto orgánico común en los bosques templados de Europa: el terpeno, una molécula más maciza.

Las selvas tropicales, más cálidas, húmedas y soleadas que las templadas, funcionan de manera diferente, ya que las poblaciones de plantas son distintas. De acuerdo con el físico de la USP apostado en Balbina, la región de Amazonas donde se hicieron las mediciones, entre un 40% y un 60% de las nubes de lluvia se formaría a base de una forma u otra del 2-metiltreitol, mientras que el terpeno tendría una participación modesta, cercana al 20%. En los bosques de clima más frío, el terpeno responde por alrededor del 30% de los compuestos orgánicos volátiles. Por último, alrededor del 10% de las gotículas de nubes surge a partir de partículas orgánicas emitidas directamente por la vegetación, tales como el polen, las bacterias y los hongos, igualmente capaces de atraer moléculas de agua.

Midiendo gotas
Coordinado por Magda Claeys, este primer estudio de la edición de Science , que salió publicado en la víspera de Carnaval, el día 20, advierte sobre las alteraciones climáticas causadas por la pérdida de la selva tropical como resultado de procesos naturales o de la acción humana. Cuanto menor es el área de bosques, menor será la cantidad de vapor de agua y de isoprenos liberados por las plantas. Por lo tanto, habrá menos núcleos de condensación en las nubes y posiblemente menos lluvias.

Pero la pluviosidad comienza a disminuir en una etapa anterior, como efecto de las quemas que anteceden a la formación de campos para pastoreo y cultivo. “Descubrimos que existe una interacción muy fuerte entre el humo de las quemas y las nubes que está interfiriendo en el ciclo hidrológico”, comenta Maria Assunção Silva-Dias, investigadora del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la USP, directora del Centro de Pronóstico del Tiempo y Estudios Climáticos (CPTEC) del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, sigla en portugués), y una de las autoras del segundo artículo publicado en Science .

Cuando la selva arde en llamas para cederle lugar a pastizales o plantaciones, el cielo cambia radicalmente. En los haces de humareda el aire contiene hasta 30 mil partículas más por centímetro cúbico, una concentración al menos mil veces mayor que en condiciones normales, y alrededor de cien veces mayor que la verificada en la ciudad de São Paulo durante los días más contaminados del invierno. Los investigadores del LBA, en este caso bajo la coordinación de Meinrat Andreae, del Instituto Max Planck de Química, de Alemania, demostraron que la mayor o menor cantidad de partículas en el aire marca la diferencia en el proceso de formación de nubes y de lluvias.

Un número reducido de aerosoles, tal como sucede en condiciones naturales, esto es, sin la interferencia humana, induce a la formación de grandes gotas de lluvia, con un diámetro que oscila entre 30 y 50 micrones (un micrón es la milésima parte de un milímetro), que se aglomeran en nubes bajas, con la cima ubicada a una altura de entre 3 y 5 kilómetros del suelo, y caen en pocas horas. Por otro lado, el exceso de partículas liberadas cuando la selva se quema produce gotas de agua menores, de entre 10 y 20 micrones de diámetro que forman nubes más altas, de hasta 16 kilómetros de altura y que, por ser más livianas, se evaporan en lugar de ganar peso y caer bajo la forma de lluvia.

Los investigadores establecieron estas diferencias, ya delineadas en términos más generales por medio de sensoriamiento remoto, visitando las propias nubes en el marco de unos 20 vuelos en dos aviones Bandeirante, uno paralelo al otro, realizados entre septiembre y octubre de 2000. A bordo de uno de éstos estaban Andreae y Artaxo recabando informaciones sobre la partículas que forman las nubes. En el otro avión, con al menos un investigador de la Universidad Estadual de Ceará (Uece) a bordo, ora iba en él Alexandre Costa, ora João Carlos Parente de Oliveira, siempre viajaba Daniel Rosenfeld, experto de la Universidad de Jerusalén, Israel. Esta nave se sumergía en las nubes con el propósito de analizar las gotas de agua que se formaban dentro. Desde tierra firme, Maria Assunção realizaba el seguimiento de los dos equipos, informándoles sobre el comportamiento del clima.

Los vuelos despegaban de Ji-Paraná, Rondônia, seguían rumbo a Porto Velho, también en dicho estado, pasaban por Río Branco y Cruzeiro do Sul, estado de Acre, y finalizaban en Tabatinga, estado de Amazonas. A medida que avanzaban de una región de quemas frecuentes a otras en la que las mismas son más inusuales, hasta aterrizar en un sitio donde la selva se mantiene razonablemente preservada, se hacían más nítidas las diferencias en la estructura de las nubes. En Ji-Paraná predominaban las gotas pequeñas y las nubes altas, al paso que en dirección a Tabatinga las gotas grandes y las nubes bajas se hacían más comunes.

Menos lluvia en el sur
Las mediciones reiteran la estimación que indica que las partículas resultantes de las quemas reducen la cantidad de lluvias hasta en un 30%; pero, según Assunção, aún es necesario trabajar un poco más para llegar a un valor más exacto: los aviones recorrieron únicamente las nubes de lluvia menores, evitando las mayores, que suelen complicar a los pilotos. “Es posible que ese mismo mecanismo pueda también hacer retrasar la llegada de las lluvias, pero esto no ha sido demostrado aún”, dice la investigadora. De todos modos, los contrastes ya son nítidos: “En Tabatinga llueve todo los días, mientras que en Ji-Paraná llueve menos de lo que llovería si no existieran las emanaciones de las quemas”, observa Artaxo. Ya se sabía que las quemas, al cubrir el cielo de humo, provocan un descenso de la temperatura de la superficie en al menos 0,5° C, y de la luminosidad en hasta un 50% (lea en Pesquisa FAPESP86 ).

Los datos obtenidos fortalecen la hipótesis de que las quemas de la región amazónica pueden tener un efecto mucho más amplio e inhibir las lluvias también en otras regiones de América del Sur, especialmente en el sur y sudeste de Brasil, zonas situadas de mínima a dos mil kilómetros del lugar en que se producen, ya que las nubes de humo son cargadas por las corrientes de aire en esa dirección. En tanto, otra parte salta las montañas de los Andes y llega al océano Pacífico. El equipo del LBA ha hallado en los Andes y en São Paulo partículas surgidas de las quemas de la Amazonia. Con todo, resta aún probar que éstas llegan también a otras regiones y logran ahuyentar las lluvias.

Los proyectos
Las Interacciones Fisicoquímicas entre la Biosfera y la Atmósfera de la Región Amazónica en el Marco del Experimento LBA
Modalidad
Proyecto Temático
Coordinador
Paulo Eduardo Artaxo Netto ? IF/ USP
Inversión
R$ 1.814.179,30 (FAPESP)

Los Cambios en el Uso de la Tierra en la Amazonia: Sus Implicaciones Climáticas y en el Ciclo de Carbono
Modalidad
Instituto del Milenio del Experimento LBA
Coordinador
Paulo Eduardo Artaxo Netto ? IF/ USP
Inversión
R$ 4.200.000,00 (MCT)

Las Interacciones entre la Radiación, las Nubes y el Clima en la Amazonia en la Transición entre las Estaciones Seca y Lluviosa/ LBA
Modalidad
Proyecto Temático
Coordinadora
Maria Assunção Faus da Silva-Dias ? IAG/ USP
Inversión
R$ 1.538.922,32 (FAPESP)

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