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Los aerosoles de azufre estratosférico son partículas ricas en azufre que existen en la región de la estratosfera de la atmósfera de la Tierra . La capa de la atmósfera en la que existen se conoce como capa Junge, o simplemente capa de aerosol estratosférico. Estas partículas consisten en una mezcla de ácido sulfúrico y agua. Se crean de forma natural, por ejemplo, mediante la descomposición fotoquímica de gases que contienen azufre, por ejemplo, sulfuro de carbonilo . Cuando está presente en niveles altos, por ejemplo, después de una fuerte erupción volcánica como el Monte Pinatubo, producen un efecto de enfriamiento al reflejar la luz solar y al modificar las nubes a medida que caen de la estratosfera. [1] Este enfriamiento puede persistir durante algunos años antes de que caigan las partículas.

Un aerosol es una suspensión de finas partículas sólidas o gotitas de líquido en un gas . Las partículas de sulfato o las gotas de ácido sulfúrico en la atmósfera tienen un diámetro de aproximadamente 0,1 a 1,0 micrómetros (una millonésima de metro).

Los aerosoles de azufre son comunes en la troposfera como resultado de la contaminación con dióxido de azufre de la quema de carbón y de procesos naturales. Los volcanes son una fuente importante de partículas en la estratosfera, ya que la fuerza de la erupción volcánica impulsa gases que contienen azufre hacia la estratosfera. La influencia relativa de los volcanes en la capa de Junge varía considerablemente de acuerdo con el número y tamaño de las erupciones en un período de tiempo dado, y también de las cantidades de compuestos de azufre liberados. Solo los estratovolcanes que contienen principalmente magmas félsicos son responsables de estos flujos, ya que el magma máfico hizo erupción enLos volcanes en escudo no dan lugar a penachos que lleguen a la estratosfera.

La creación deliberada de aerosoles de azufre estratosférico es una técnica de geoingeniería propuesta que ofrece una posible solución a algunos de los problemas causados ​​por el calentamiento global . Sin embargo, esto no estará exento de efectos secundarios [2] y se ha sugerido que la cura puede ser peor que la enfermedad. [3]

Nube de erupción del Pinatubo. Este volcán liberó enormes cantidades de aerosoles de azufre estratosférico y contribuyó enormemente a la comprensión del tema.

Orígenes

"Inyección" volcánica

Los aerosoles de azufre natural se forman en grandes cantidades a partir del SO 2 expulsado por los volcanes , [4] que pueden inyectarse directamente en la estratosfera durante erupciones muy grandes ( Índice de Explosividad Volcánica , VEI, de 4 o más). Un análisis completo, que trata en gran medida con los compuestos de azufre troposférica en la atmósfera , se proporciona por Bates et al. [5]

El IPCC AR4 dice que los eventos volcánicos explosivos son episódicos, pero los aerosoles estratosféricos que resultan de ellos producen perturbaciones transitorias sustanciales en el balance de energía radiativa del planeta, con efectos de onda corta y onda larga sensibles a las características microfísicas de los aerosoles . [6]

Durante los períodos sin actividad volcánica (y por lo tanto la inyección directa de SO 2 en la estratosfera), la oxidación de COS ( sulfuro de carbonilo ) domina la producción de aerosoles de azufre estratosférico. [7]

Química

La química de los aerosoles de azufre estratosférico varía significativamente según su fuente. Las emisiones volcánicas varían significativamente en composición y tienen una química compleja debido a la presencia de partículas de ceniza y una amplia variedad de otros elementos en la columna. [8]

Las reacciones químicas que afectan tanto a la formación como a la eliminación de aerosoles de azufre no se comprenden completamente. Es difícil estimar con precisión, por ejemplo, si la presencia de cenizas y vapor de agua es importante para la formación de aerosoles a partir de productos volcánicos, y si las concentraciones atmosféricas altas o bajas de precursores químicos (como SO 2 y H 2 S) son óptimas para formación de aerosoles. Esta incertidumbre dificulta la determinación de un enfoque viable para los usos de la geoingeniería de la formación de aerosoles de azufre.

Estudio científico

Los sulfatos estratosféricos de las emisiones volcánicas provocan un enfriamiento transitorio; la línea violeta que muestra un enfriamiento sostenido proviene del sulfato troposférico

La comprensión de estos aerosoles proviene en gran parte del estudio de las erupciones volcánicas , [9] notablemente el Monte Pinatubo en las Filipinas , [10] que estalló en 1991 cuando las técnicas científicas estaban lo suficientemente avanzadas como para estudiar los efectos cuidadosamente. [11]

La formación de aerosoles y sus efectos en la atmósfera también se pueden estudiar en el laboratorio. Se pueden recuperar muestras de partículas reales de la estratosfera utilizando globos o aviones. [12]

Los modelos informáticos se pueden utilizar para comprender el comportamiento de las partículas de aerosoles y son particularmente útiles para modelar su efecto en el clima global. [13] Los experimentos biológicos en el laboratorio y las mediciones de campo / océano pueden establecer los mecanismos de formación de gases sulfurosos volátiles de origen biológico. [5]

Efectos

Se ha establecido que la emisión de gases precursores de aerosoles de azufre es el principal mecanismo por el cual los volcanes provocan un enfriamiento global episódico . [14] El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático AR4 considera que los aerosoles de sulfato estratosférico tienen un bajo nivel de conocimiento científico. Las partículas de aerosol forman una bruma blanquecina [3] en el cielo. Esto crea un efecto de atenuación global , donde menos radiación del sol puede llegar a la superficie de la Tierra. Esto conduce a un efecto de enfriamiento global . En esencia, actúan como el reverso de un gas de efecto invernadero , que tiende a permitir el paso de la luz visible del sol, mientras bloquealuz infrarroja emitida desde la superficie de la Tierra y su atmósfera. Las partículas también irradian energía infrarroja directamente, ya que pierden calor en el espacio.

Reducción de la radiación solar por erupciones volcánicas

Todos los aerosoles absorben y dispersan la radiación solar y terrestre . Esto se cuantifica en el albedo de dispersión única (SSA), la relación entre la dispersión sola y la dispersión más la absorción ( extinción ) de la radiación por una partícula. El SSA tiende a la unidad si domina la dispersión, con relativamente poca absorción, y disminuye a medida que aumenta la absorción, volviéndose cero para la absorción infinita. Por ejemplo, el aerosol de sal marina tiene un SSA de 1, ya que una partícula de sal marina solo se dispersa, mientras que el hollín tiene un SSA de 0,23, lo que demuestra que es uno de los principales absorbentes de aerosoles atmosféricos.

Los aerosoles, naturales y antropogénicos , pueden afectar el clima cambiando la forma en que se transmite la radiación a través de la atmósfera. Las observaciones directas de los efectos de los aerosoles son bastante limitadas, por lo que cualquier intento de estimar su efecto global implica necesariamente el uso de modelos informáticos. El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático , IPCC, dice: Si bien el forzamiento radiativo debido a los gases de efecto invernadero puede determinarse con un grado de precisión razonablemente alto ... las incertidumbres relacionadas con los forzamientos radiativos de aerosoles siguen siendo grandes y dependen en gran medida de la estimaciones de estudios de modelos globales que son difíciles de verificar en la actualidad . [15] Sin embargo, en su mayoría se refieren a aerosoles troposféricos.

Los aerosoles tienen un papel en la destrucción del ozono [4] debido a los efectos de la química de la superficie . [16] La destrucción del ozono ha creado en los últimos años grandes agujeros en la capa de ozono , inicialmente sobre la Antártida y luego sobre el Ártico . Estos agujeros en la capa de ozono tienen el potencial de expandirse para cubrir regiones habitadas y vegetativas del planeta, provocando daños ambientales catastróficos.

La destrucción del ozono ocurre principalmente en las regiones polares , [17] pero la formación de ozono ocurre principalmente en los trópicos . [18] El ozono se distribuye por todo el planeta mediante la circulación de Brewer-Dobson . [19] Por lo tanto, la fuente y el patrón de dispersión de los aerosoles es fundamental para comprender su efecto sobre la capa de ozono.

Turner se inspiró en las espectaculares puestas de sol provocadas por aerosoles volcánicos

Los aerosoles dispersan la luz, lo que afecta la apariencia del cielo y de las puestas de sol . Cambiar la concentración de aerosoles en la atmósfera puede afectar dramáticamente la apariencia de las puestas de sol . Un cambio en la apariencia del cielo durante 1816, "El año sin verano" (atribuido a la erupción del monte Tambora ), fue la inspiración para las pinturas de JMW Turner . Es probable que nuevas erupciones volcánicas y proyectos de geoingeniería que involucren aerosoles de azufre afecten significativamente la apariencia de las puestas de sol [20] y creen una neblina en el cielo.

Las partículas de aerosol eventualmente se depositan desde la estratosfera hacia la tierra y el océano. Dependiendo del volumen de partículas que descienden, los efectos pueden ser significativos para los ecosistemas o pueden no serlo. El modelado de las cantidades de aerosoles utilizados en escenarios probables de geoingeniería sugiere que los efectos de la deposición en los ecosistemas terrestres probablemente no sean significativamente dañinos. [21]

Ingeniería climática

La capacidad de los aerosoles de azufre estratosférico para crear este efecto de atenuación global los ha convertido en un posible candidato para su uso en proyectos de ingeniería climática para limitar el efecto y el impacto del cambio climático debido al aumento de los niveles de gases de efecto invernadero . [22] [23] Se ha propuesto la entrega de gases precursores como H 2 S y SO 2 por artillería , aviones y globos . [23]

La comprensión de esta técnica propuesta se basa en parte en el hecho de que es la adaptación de un proceso atmosférico existente. [24] Por lo tanto, los aspectos negativos y positivos de la técnica se comprenden mejor que las propuestas de ingeniería climática comparables (pero puramente especulativas). También se basa en parte en la velocidad de acción de cualquier solución de este tipo implementada, [25] en contraste con los proyectos de secuestro de carbono , como la captura de aire de dióxido de carbono, que tardaría más en funcionar. [2] Sin embargo, existen lagunas en la comprensión de estos procesos, por ejemplo, el efecto sobre el clima estratosférico y los patrones de lluvia, [1] y se necesita más investigación. [26]

Sin embargo, al menos dos efectos negativos están bien establecidos debido a la física fundamental de la dispersión de la luz, cómo crecen las plantas y cómo funcionan los paneles solares.

  • Privación de luz del ecosistema : la fotosíntesis es la base de la vida en la Tierra. Al atenuar uniformemente la radiación de onda corta entrante necesaria para el crecimiento de fitoplancton, árboles y cultivos, el despliegue de la tecnología asegura una reducción de la productividad primaria [27] entre un 2% y un 5% desde ahora hasta finales de siglo, proporcional al gas de efecto invernadero niveles en ese momento y su forzamiento radiativo total. [28] Este efecto reduciría proporcionalmente la capacidad humana para cultivar alimentos y la capacidad del ecosistema para regenerarse.
  • Inhibición de tecnologías de energía solar : La radiación neta de onda corta uniformemente reducida dañaría la energía solar fotovoltaica en el mismo 2-5% que para las plantas. [29] el aumento de la dispersión de la luz solar entrante colimada reduciría más drásticamente las eficiencias (en un 11% para RCP8.5) de la energía solar térmica de concentración para la producción de electricidad [30] [29] y reacciones químicas, como la producción de cemento solar. [31]

Ver también

  • Invierno volcánico
  • Invierno nuclear

Referencias

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Enlaces externos

  • Mapa global actual de la extinción de la luz por sulfato en una longitud de onda de 550 nanómetros (espesor óptico de aerosol)