El metano, un gas de efecto invernadero potente, se posiciona como el segundo más relevante tras el dióxido de carbono en la escalada de las temperaturas globales. Sin embargo, su permanencia en la atmósfera es breve gracias a los radicales hidroxilo, conocidos como el “detergente de la atmósfera”, por su capacidad para descomponer el metano. A medida que el planeta se calienta, surge la incertidumbre sobre cómo estos agentes limpiadores del aire reaccionarán.
Científicos del MIT han aportado claridad a esta cuestión mediante un nuevo modelo que examina los distintos procesos que regulan cómo varían los niveles de radicales hidroxilo ante el aumento de las temperaturas. Los hallazgos revelan una realidad compleja: con el incremento de las temperaturas también aumentará la cantidad de vapor de agua en la atmósfera, lo que podría elevar las concentraciones de estas moléculas. Sin embargo, este mismo calentamiento también intensificará las emisiones de compuestos orgánicos volátiles biogénicos, gases liberados naturalmente por algunas plantas y árboles, que podrían reducir los niveles de radicales hidroxilo y mitigar el efecto positivo del vapor de agua.
Un análisis detallado sobre el futuro del radical hidroxilo
Los investigadores descubrieron que si la temperatura media del planeta aumenta en 2 grados Celsius, el aumento correspondiente en el vapor de agua podría incrementar los niveles de radicales hidroxilo en aproximadamente un 9%. No obstante, este mismo aumento en las emisiones biogénicas podría disminuir los niveles de radicales hidroxilo en un 6%. En definitiva, esto podría resultar en un ligero incremento del 3% en la capacidad atmosférica para descomponer metano y otros compuestos químicos a medida que avanza el calentamiento global.
“Los radicales hidroxilo son cruciales para determinar la vida útil del metano y otros gases de efecto invernadero reactivos, así como gases que afectan la salud pública, incluyendo el ozono y ciertos contaminantes atmosféricos”, explica Qindan Zhu, autor principal del estudio realizado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT.
Arlene Fiore, profesora en EAPS, añade: “Existen múltiples razones ambientales por las cuales necesitamos comprender lo que sucede con esta molécula. Queremos asegurarnos de que esté presente para eliminar químicamente todos estos gases y contaminantes”. El estudio aparece publicado hoy en el Journal of Advances in Modeling Earth Systems (JAMES), con coautores como Jian Guan y Paolo Giani del MIT.
La química detrás del radical hidroxilo
El radical hidroxilo (OH), compuesto por un átomo de oxígeno y uno de hidrógeno junto con un electrón desaparejado, es extremadamente reactivo. Este comportamiento le permite actuar como una especie de aspiradora química, extrayendo electrones o átomos de hidrógeno de otras moléculas y descomponiéndolas en formas más débiles y solubles. Así, OH contribuye a reducir una amplia gama de sustancias químicas, incluidos algunos contaminantes atmosféricos y patógenos.
Zhu señala: “Para el metano, la reacción con OH es considerada la vía principal para su eliminación”. Aproximadamente el 90% del metano eliminado en la atmósfera se debe a esta reacción. Gracias a las interacciones con los radicales hidroxilo, el metano permanece en la atmósfera solo alrededor de una década, considerablemente menos que el dióxido de carbono.
A pesar de esta capacidad descomponedora del OH sobre el metano existente, este último sigue acumulándose. Las crecientes concentraciones de metano y las emisiones humanas derivadas del dióxido de carbono están impulsando el calentamiento global; sin embargo, aún no está claro cómo se mantendrá la eficacia del OH para limpiar este gas.
Nuevos modelos para entender mejor los cambios climáticos
Con este fin, los investigadores desarrollaron un nuevo modelo denominado “AquaChem” para simular los niveles de OH bajo escenarios climáticos actuales frente a un futuro más cálido. Este modelo es una expansión simplificada dentro del proyecto Community Earth System Model (CESM), representando a la Tierra como un “aquaplaneta” cubierto completamente por océanos.
Dichos modelos permiten estudiar interacciones detalladas en la atmósfera ante cambios en las temperaturas superficiales sin complicar los cálculos con dinámicas complejas entre tierra y agua. Zhu incorporó al modelo AquaChem componentes químicos atmosféricos que simulan reacciones químicas relevantes según las temperaturas aplicadas.
A través del modelo AquaChem se incorporaron datos disponibles desde el año 2000 para cada tipo de emisión. Al establecer las temperaturas superficiales marinas correspondientes a ese año, se logró reproducir con precisión las sensibilidades principales de la química OH respecto a procesos químicos subyacentes simulados previamente.
Implicaciones futuras sobre emisiones biogénicas
Al ejecutar AquaChem bajo un escenario globalmente cálido donde se prevé un aumento térmico de 2 grados Celsius —un cambio probable si no se mitigan las emisiones antropogénicas— se evaluó cómo afectaría esto a diversos tipos de emisiones y procesos químicos relacionados con los niveles atmosféricos de OH.
Los resultados indicaron que dos factores principales influyen significativamente sobre los niveles de OH: el aumento del vapor de agua y las emisiones biogénicas. Aunque se espera que globalmente aumente el vapor debido al calentamiento climático —lo cual incrementaría OH hasta un 9%— también lo harían las emisiones biogénicas como isopreno, lo cual reduciría esos niveles hasta un 6%.
A pesar del impacto significativo observado por estas emisiones biogénicas sobre OH durante condiciones climáticas cambiantes, hay muchos otros factores involucrados cuya influencia aún no está completamente comprendida. Los investigadores planean continuar actualizando AquaChem para explorar cómo estas emisiones biogénicas pueden afectar aún más las concentraciones futuras del radical hidroxilo.
Zhu concluye: “Sabemos que cambios incluso pequeños en OH pueden ser significativos al interpretar cómo puede acumularse el metano en la atmósfera. Comprender tendencias futuras sobre OH nos permitirá prever tendencias futuras sobre metano”. Este trabajo ha sido apoyado parcialmente por Spark Climate Solutions y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA).
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