Aviones sobrevuelan la Amazonia para medir el impacto de la polución

Las operaciones tienen el objetivo de estudiar el impacto de la pluma de contaminantes emitida por la región metropolitana de Manaos sobre la química atmosférica y sobre la formación de nubes

Por Karina Toledo, desde Washington

Agência FAPESP – Con el objetivo de estudiar qué sucede con la pluma de contaminación que emite la región metropolitana de Manaos (capital del estado brasileño de Amazonas) –para descubrir hacia dónde van las partículas, cómo interactúan con los compuestos que emite la selva tropical y qué efectos tienen sobre las propiedades de las nubes de la región–, dos aviones de investigación equipados con instrumentos de última generación sobrevolaron la Amazonia durante casi 200 horas en el transcurso de 2014.

En el marco de la campaña científica Green Ocean Amazon (GOAmazon), se realizaron dos operaciones intensivas de recabado de datos: la primera durante la estación lluviosa, entre febrero y marzo, y la segunda durante el período de sequía, entre septiembre y octubre.

Algunos resultados preliminares se presentaron durante los días 28 y 29 de octubre en Washington (Estados Unidos), por ocasión del simposio FAPESP-U.S. Collaborative Research on the Amazon.

"Son más de 50 científicos que estudian el efecto de la polución atmosférica y de las actividades antrópicas en aspectos tales como la química atmosférica, la microfísica de las nubes y el funcionamiento de los ecosistemas. El objetivo final del GOAmazon consiste en estimar las alteraciones futuras en el balance radiactivo, en la distribución de energía y en el clima regional, y sus feedbacks para el clima global", explicó Scot Martin, científico de la Harvard University, en Estados Unidos.

El GOAmazon cuenta con financiación del Departamento de Energía de Estados Unidos (DoE, por sus siglas en inglés), de la FAPESP y de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado del Amazonas (Fapeam), entre otros asociados (lea más en portugués, en: http://agencia.fapesp.br/18691).

De acuerdo con Martin, la ciudad de Manaos y sus alrededores configuran un gigantesco laboratorio a cielo abierto para la realización de este tipo de investigaciones. Sucede que la capital amazonense –con sus varias centrales termoeléctricas, sus casi 2 millones de habitantes y sus 600 mil automóviles– está rodeada por 2 mil kilómetros (km) de selva. En la época de lluvias, la zona llega a registrar niveles de material en partículas tan bajos como los existentes en la era preindustrial.

La primera operación aérea, realizada durante el período de lluvias y financiada por el DoE, contó únicamente con la participación del avión estadounidense Gulfstream-1 (G1), perteneciente al Pacific Northwest Laboratory (PNNL).

En tanto, la segunda operación, realizada entre septiembre y octubre, contó también con la aeronave alemana denominada Halo (por High Altitude and Long Range Research Aircraft), capaz de volar hasta un techo de 15 kilómetros de altura y con una autonomía de hasta 7 horas de vuelo.

El Halo es administrado por un consorcio de investigación que incluye al Centro Alemán de Aeronáutica (DLR), al Instituto Max-Planck (MPI) y a la Asociación Alemana de Investigación Científica (DFG). Su participación en el GOAmazon fue posible gracias al proyecto Acridicon-Chuva (Aerosol, Cloud, Precipitation, and Radiation Interactions and Dynamics of Convective Cloud Systems), coordinado por Luiz Augusto Toledo Machado, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, por sus siglas en portugués).

Diferencias en las nubes

Ambas aeronaves despegaron desde el aeropuerto de Manaos y siguieron los movimientos de la pluma de contaminación a medida que ésta era llevada por el viento. La planificación de la trayectoria de vuelo se realizó de manera tal que fuese posible recabar datos dentro y fuera de la pluma, para comparar las mediciones.

Según explicó Jian Wang, investigador del Brookhaven National Laboratory, del DoE, se midieron las concentraciones de gases traza tales como óxido nítrico, dióxido de nitrógeno, ozono, dióxido de carbono y metano, y compuestos orgánicos volátiles tales como isoprenos y terpenos.

También se midieron las propiedades de los aerosoles: su composición química, la concentración por centímetro cúbico (cm³), el tamaño de las partículas y las propiedades ópticas (absorción o reflexión de radiación solar). Asimismo, se procedió a la medición de propiedades de las nubes, tales como el tamaño de las gotas, la cantidad total de agua, el porcentaje en estado líquido y el porcentaje en forma de hielo.

"Fue posible observar que, durante la estación lluviosa, la pluma se encuentra bien definida. Cuando comparamos la cantidad de partículas sólidas dentro y fuera de la misma, se registra una diferencia de 100 veces. Son 300 partículas por cm³ fuera de la pluma y 30 mil en su interior. Esto significa que la nube que se formará en cada caso será muy distinta", comentó Martin.

El investigador de Harvard explicó que las partículas de aerosoles funcionan como núcleos de condensación del vapor de agua presente en la atmósfera, lo cual hace posible la formación de gotas.

"Hay una cantidad fija de agua que, en el caso de la pluma, se dividirá en un número mucho mayor de núcleos. Por ende, las gotas que forman son menores y la precipitación se vuelve más difícil", explicó Martin.

Según el investigador, la composición química de las partículas también es muy distinta. Dentro de la pluma hay una presencia mayor de sulfatos y nitratos, lo que puede causar impactos en la salud pública y en la formación de las nubes.

"Esas partículas de sulfato y nitrato atraen más agua que las partículas que tiene origen orgánico, y eso también altera el desarrollo de las nubes", afirmó.

Procesos de precipitación en estudio

En su disertación, Machado mostró datos de la campaña aérea efectuada con el avión Halo. A diferencia de lo que se observó con el G1 durante el período de lluvias, según comentó el investigador, la pluma de Manaos surge durante la sequía con una menor definición, pues se mezcla con las emisiones provenientes de la quema de biomasa.

"Los datos todavía están procesándose: contamos únicamente con algunos análisis rápidos realizados durante la operación que apuntan a tener la certeza de que el instrumento está funcionando y ayudan en la planificación de los vuelos. Pero es posible percibir que el potencial de esa operación es enorme", dijo Machado.

Según el investigador del Inpe, el avión alemán posee instrumentos considerados como "el estado del arte", que fueron puestos a prueba por primera vez en Manaos. La operación costó alrededor de 4 millones de euros. Se estima que el valor de la aeronave asciende a 90 millones de euros.

Los objetivos del proyecto que coordina Machado consisten en entender la interacción entre los aerosoles y las precipitaciones en condiciones contaminadas y limpias, estudiar la estructura vertical de la química de la atmósfera en ambos casos, entender los transportes verticales de aerosoles y comprender las diferencias existentes entre las nubes en zonas de selva y zonas deforestadas.

Algunos de los vuelos realizados durante la estación seca se concretaron con ambas aeronaves siguiendo la misma trayectoria a distintas alturas, midiendo propiedades microfísicas de las nubes a los efectos de realizar una comparación, según comentó Machado.

De acuerdo con el investigador del Inpe, esto no sería posible únicamente con un avión volando a distintas alturas en diferentes momentos, pues el tiempo de vida de esas nubes es corto: alrededor de 20 minutos.

"Algo que ya sabíamos y se confirmó claramente con estas operaciones es que las zonas contaminadas exhiben una alta concentración de gotas pequeñas, en tanto que las zonas más limpias presentan una concentración menor, pero de gotas mayores. En el caso de una nube limpia, esa concentración de gotas disminuye desde la base hacia la cima de la nube, mientras que en la nube contaminada es más homogénea", explicó.

En entrevista concedida a Agência FAPESP, Paulo Artaxo, docente del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) y uno de los mentores del GOAmazon, junto a Martin, afirmó que la presencia de partículas sólidas de nitrato en el interior de las denominadas nubes convectivas profundas, que llegan a 18 kilómetros de altura, fue algo que sorprendió a los científicos.

"El nitrato es un compuesto altamente soluble. La gran pregunta es: ¿cómo puede ser que esté presente bajo la forma de aerosol sin ser adsorbido por el agua de las nubes? Los mecanismos de formación de esas partículas dentro de las nubes convectivas profundas son todavía desconocidos y serán objeto de intensos estudios durante el año venidero", dijo Artaxo.

Una de las hipótesis, añadió el investigador de la USP, indica que el nitrato tendría relación con un fenómeno conocido como cloud invigoration, es decir, el fortalecimiento de la estructura de las nubes que se observa en las zonas tropicales del planeta.

"En condiciones libres de polución atmosférica, las nubes de la Amazonia llegan a una altura máxima de entre 3 y 4 km. Pero, cuando hay partículas de aerosoles en grandes cantidades, dichas nubes adquieren una fuerza inusual de crecimiento, cosa que altera todo el balance de radiación, el ciclo hidrológico y las propiedades termodinámicas de la atmósfera", afirmó Artaxo.

Los datos recabados con las aeronaves recién están empezando a analizarse y se sumarán a las mediciones que se están efectuando en los diversos sitios de investigación terrestre del proyecto GOAmazon, cuya culminación se encuentra prevista para diciembre de 2015.