En búsqueda de la génesis de las nubes

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POR GONZALO PÉREZ, doctor en Biología

El 7 de diciembre de 1972 la tripulación de la nave Apolo 17 tomó una foto de nuestro hogar que nos mostró, por primera vez, como se ve la Tierra completamente iluminada desde el espacio. Esta foto es quizás una de las más famosas del cuerpo celeste y fue llamada “La canica azul” (http://www.nasa.gov/images/content/115334main_image_feature_329_ys_full.jpg).

Una de las particularidades de esta imagen es que podemos ver como el retrato de nuestro hogar no es totalmente azul: en realidad se encuentra dominada también por el color blanco. Las nubes son las causantes de este color y se ven blancas porque las pequeñas gotas o cristales de agua que las forman dispersan y reflejan la luz en la misma proporción para todas las longitudes de onda. Las nubes no solo son importantes en nuestra “foto carnet estelar” sino que, como ya sabemos, son indispensables para el clima global.

¿Pero cómo se forman las nubes? Este tipo de pregunta podía ser parte de uno de los primeros cuestionamientos de los niños pequeños cuando comienzan a escrudiñar el mundo que los rodea. ¿Por qué el mar es salado? ¿De dónde salen los bebes? Lo interesante es que al igual que estas preguntas suelen costar responderlas, o incluso nos sonrojan, el estudio de cómo se forman las nubes posee también una difícil respuesta académica.

Las nubes están formadas por pequeñísimas gotas de agua de tamaños de entre unos pocos micrones hasta unos 100 micrones. Son lo suficientemente pequeñas para permanecer suspendidas en la atmósfera. Su minúsculo tamaño hace que muchos de nosotros pensemos que las nubes son en realidad vapor de agua. Pero no es así. Sin importar el estado de la materia en que se encuentra el H2O, el tema clave es explicar la formación y evolución de estas pequeñísimas partículas acuosas en la atmósfera. Para que estas puedan formarse se necesitan, primariamente, masas de aire caliente cargadas de vapor de agua y un cambio de temperatura. Así las masas de aire ya no pueden sostener tanta cantidad de vapor y comienza un proceso denominado condensación (lo mismo que pasa cuando se nos empañan las ventanas de nuestras casas si nos olvidamos la pava para el mate en la hornalla).

Por ahora no parece muy complejo el problema. Masas de aire cargadas de agua, un enfriamiento de la atmósfera y una generación espontanea de nubes (al estilo Aristóteles). Aquí comienza a complicarse el asunto y varias investigaciones están llevándose a cabo para comprender en profundidad la microfísica de las nubes. Una de las barreras para que la génesis nubea suceda sin mayores problemas es, y perdonen la recurrencia léxica, la barrera termodinámica de los cambios de fase del agua. Es decir, entre el agua en forma de vapor y el agua en forma de pequeñas gotas existe un equilibrio termodinámico. Esto se podría traducir de la siguiente manera: para que se formen las nubes espontáneamente necesitaríamos humedades relativas de varios cientos por ciento. Pero nuestras pomposas hidrometeoras pueden formarse a humedades menores al 100%.

La respuesta está basada en la existencia en la atmósfera de coloides de tamaño micrométrico (aerosoles) que tienen gran afinidad por el agua y actúan como núcleos de condensación. Las pequeñas gotitas de agua se condensan sobre estos núcleos (de un tamaño entre los 1 10-4 y 10 micrones). Este proceso es muy eficiente porque las gotas que forman las nubes deben aumentar su masa millones de veces en menos de una hora. Posiblemente el responder los “¿quiénes? ¿cómo? y ¿de dónde?” de estos aerosoles (partículas solidas o líquidas) son el meollo del asunto.

Hay diferentes tipos de partículas atmosféricas que pueden actuar como núcleos de condensación. Las partículas pueden estar compuestas por polvo, hollín o carbón negro, sal marina, sulfatos de la actividad volcánica, así como aerosoles de materia orgánica primarios y secundarios. Los primarios pueden ser polen, virus y bacterias, mientras que los secundarios se forman por la oxidación de compuestos orgánicos volátiles. Estos compuestos orgánicos pueden ser producidos por la red trófica microscópica pelágica (fitoplancton y bacterias) que viven en los océanos.

Los gases (no confundir con flatulencia planctónica) que producen los pequeños organismos son ventilados desde el mar a la atmósfera donde luego de ser oxidados se transforman en partículas de sulfatos. Este proceso se denomina nucleación. El dimetil sulfuro (DMS) se encuentra entre los principales gases biogénicos precursores de aerosoles. Este y otros gases (a pesar de estar en proporciones muy pero muy pequeñas en la atmósfera) tienen una enorme importancia en el funcionamiento de esta y por lo tanto del clima global. Está claro que sabemos mucho, que mucho se ha dilucidado, pero aún no podemos comprender en detalle como se forman las nubes.

Podríamos decir que las cuentas no cierran, los modelos globales fallan, y muchas cabezas hierven quemando neuronas. Un asunto clave para avanzar en la comprensión del funcionamiento de Gaia, al igual que la eterna lucha de David y Goliat, es poder en el futuro próximo corroborar experimentalmente las ideas teóricas. Por ejemplo, algunas de las preguntas que nos estamos realizando en conjunto biólogos y atmosféricos son: ¿puede ser que sean necesarias otras partículas (sal marina) para que se formen partículas orgánicas secundarias?; ¿la composición de los núcleos de condensación necesitan un pequeño cóctel de diferentes sustancias para ser buenos formadores de nubes?; ¿Existen otros productos orgánicos que ventilan a la atmósfera y su importancia en la formación de nubes es desconocida?; ¿Existe una relación en la estructura de la comunidad planctónica y los gases traza que son ventilados?

Para intentar responder estas y otras muchas preguntas surgió el proyecto denominado PEGASO (Plankton-Derived Emissions Of Trace Gases And Aerosols In The Southern Ocean). Este proyecto dirigido por el doctor Rafel Simó (ICM-CSIC) fue co-financiado por el gobierno Español y la Unión Europea. Con integrantes de muchas partes del mundo, por supuesto españoles, italianos, irlandeses, ingleses, alemanes y un argentino representando al CONICET, nos embarcamos en la nave oceanográfica polar Bio-Hespérides, con rumbo sur, hacia la Antártida.

¿Por qué la Antártida? La supercomputadora Discovery de la NASA modeló un portarretrato de la dinámica de los aerosoles globales, el cual evidencia el porque de nuestro viaje hacia el descongestionado continente blanco. En esta imagen se ve como son los movimientos de aerosoles en la atmósfera terrestre diferenciando los tipos de aerosoles con diversos colores. El resultado análogo a un hermoso calidoscopio cromático, muestra como el planisferio se convierte en una pátina de colores. Mientras que el Hemisferio Norte se encuentra dominado por aerosoles de color blanco (productos de la actividad humana y vulcanismo), el ecuador se tiñe de rojo y verde (indicativo de polvo y humo respectivamente). Por el contrario, en las aguas oceánicas alrededor de la Antártida, solo pueden verse aerosoles de color azul (los cuales representan partículas de sal marina). Es decir, esta región esta poco contaminada por aerosoles no oceánicos y por ende un excelente lugar para nuestro estudio. Los aerosoles que se forman en la superficie de los océanos son claves para comprender las nubes.

Las vivencias e historias mínimas de la campaña son otra historia que pronto compartiremos. Puedo anticiparles que el Pasaje de Drake fue amable, el Hespérides pequeño y bamboleante, el grupo humano increíble, la ciencia de punta, la Antártida bella e inhóspita, las bases refugios acogedores, el proyecto un éxito y yo agradecido.

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