Sorpresa en el mundo científico: la estratosfera es fuente de contaminación de algunas aguas subterráneas del planeta

Un nuevo estudio dirigido por el Departamento de Investigación de la NOAA ha confirmado que una cantidad considerable de la contaminación de las aguas subterráneas causada por percloratos, una clase de sustancias químicas tóxicas a base de cloro, se origina en un lugar sorprendente: la estratosfera.

El estudio, dirigido por investigadores del Laboratorio de Ciencias Químicas de la NOAA.(CSL) y publicado en la revista Proceedings of the National Academies of Science, proporciona nueva evidencia que vincula la formación de perclorato con pequeñas partículas transportadas por el aire (aerosoles) en la estratosfera, la capa de la atmósfera que se encuentra entre 12 y 50 km por encima de la superficie de la Tierra.

El estudio analizó mediciones químicas detalladas de aerosoles obtenidas desde aeronaves de investigación a gran altitud en la estratosfera inferior, donde la gran mayoría de las partículas en el aire enrarecido están compuestas de dióxido de azufre. Sin embargo, los científicos descubrieron que los percloratos estaban casi completamente ligados a partículas de aerosoles provenientes de la quema de biomasa y fuentes ricas en nitrógeno, las cuales son transportadas a la estratosfera por la circulación atmosférica y las imponentes columnas de humo de los incendios forestales. Si bien estas partículas constituyen solo una pequeña fracción de la población total de aerosoles estratosféricos, contienen casi toda su carga de perclorato.

“Fue una verdadera sorpresa”, afirmó el autor principal, Daniel Murphy, quien dirige el programa de investigación de Propiedades y Procesos de Aerosoles del CSL. “Descubrimos que el perclorato evita las partículas de aerosoles estratosféricos más comunes, que son principalmente ácido sulfúrico. En cambio, se adhiere a partículas con mayor contenido orgánico y menor acidez, como las de los incendios forestales”.

¿Qué es el perclorato?

Se sabe que los percloratos, que se utilizan en productos como propulsores de cohetes, explosivos, fuegos artificiales, baterías y airbags de automóviles, alteran la función tiroidea en humanos. Los compuestos precursores de cloro que posteriormente forman perclorato provienen de fuentes superficiales.

Aunque parte de la contaminación localizada por perclorato en aguas subterráneas es resultado de la contaminación industrial, análisis anteriores de muestras de agua subterránea y nieve han determinado que la mayor parte del perclorato en la superficie se depositó tras formarse en la atmósfera. Los científicos habían sospechado una fuente estratosférica debido a la presencia de un isótopo indicador del átomo de cloro (³⁶Cl ) en esas muestras. Su sospecha se vio reforzada por la tendencia observada de concentraciones crecientes de perclorato identificadas en la nieve de Groenlandia y la Antártida, que seguían de cerca los aumentos del cloro estratosférico de sustancias químicas, incluidos los clorofluorocarbonos (CFC). Los CFC se utilizaron como refrigerantes y agentes espumantes entre las décadas de 1960 y 1990, y finalmente se descubrió que eran la causa del agujero de ozono en la Antártida. El presente estudio proporciona las primeras observaciones directas que confirman esta hipótesis.

“Este estudio destaca que los controles sobre los CFC establecidos por el Protocolo de Montreal , que se implementaron debido al agotamiento de la capa de ozono causado por los compuestos clorados, están previniendo una mayor contaminación de las aguas subterráneas por perclorato”, dijo el director del CSL, David Fahey, copresidente del Panel Asesor Científico del Protocolo de Montreal.

La ciencia en la estratosfera

La nueva investigación se basa en datos recopilados en tres importantes misiones aéreas: SABRE(Procesos de aerosoles estratosféricos, presupuesto y efectos radiativos), DCOTSS(Dinámica y química de la estratosfera de verano) y ATom(Misión de Tomografía Atmosférica), que se llevaron a cabo entre 2016 y 2024. Las mediciones directas se tomaron mediante un espectrómetro de masas de aerosoles llamado PALMS, que analizó la composición de cientos de miles de partículas de aerosoles individuales durante vuelos de investigación que tomaron muestras de la atmósfera desde la superficie hasta la estratosfera en los hemisferios norte y sur durante múltiples estaciones.

Las señales de perclorato más intensas provinieron de la estratosfera, especialmente en latitudes medias y altas, con niveles más elevados observados en el hemisferio sur que en el norte. A pesar de la abundante quema de biomasa y otros tipos de partículas menos ácidas cerca de la superficie, los investigadores prácticamente no encontraron formación de perclorato en la atmósfera inferior.

Más para aprender

Murphy afirmó que se necesitarán estudios de laboratorio detallados para responder a muchas de las preguntas pendientes sobre el mecanismo químico exacto. Aún queda por determinar, por ejemplo, si estas partículas atraen el perclorato ya formado en la atmósfera, o si el perclorato se forma en sus superficies debido a reacciones químicas que ocurren en la estratosfera, como sospechan los científicos.

Esto podría tener implicaciones para métodos de intervención climática como la inyección de aerosoles estratosféricos (SAI), que propone inyectar aerosoles adicionales en la estratosfera para reflejar la luz solar y enfriar el planeta. Si el perclorato se forma con mayor facilidad en partículas no ácidas, como sugiere este estudio, el aumento de grandes incendios forestales debido al clima o el uso de partículas que reflejan la luz, como el carbonato de calcio, podrían aumentar inadvertidamente la contaminación por perclorato.

“Hay que tener mucha precaución con cosas como el SAI”, dijo Murphy. “El perclorato nos recuerda que la química estratosférica no se comprende del todo y que manipularla podría tener consecuencias inesperadas”.