La gran capacidad de la atmósfera para limpiar se debe al reciclaje constante de su producto de limpieza. Científicos del Instituto Max Planck de Química en Maguncia han aclarado exactamente cómo los radicales hidroxilo, que rompen los compuestos orgánicos en el aire, se reciclan. Según sus conclusiones, las moléculas reactivas se puede producir cuando el isopreno se descompone.
El isopreno es liberado a la atmósfera por las plantas y hasta ahora, sólo se le conocia por el uso de los radicales hidroxilo durante su limpieza química. Sin embargo, parece que a bajas concentraciones de hidroxilo, el agente de limpieza atmosférica se produce más del que se elimina. Por lo tanto, el isopreno está actuando como una especie de buffer, que puede mitigar el aumento de los gases de efecto invernadero y otros contaminantes del aire.
Miles de millones de toneladas de gases naturales y antropogénicos que se emiten a la atmósfera de la Tierra cada año. Si estos gases no fueron retirados por reacciones químicas, el calentamiento global sería mucho mayor y la calidad del aire mucho más pobre. Los agentes más importantes de limpieza en la atmósfera son radicales hidroxilo (OH), que se oxidan los compuestos orgánicos volátiles como el metano y el isopreno. La reacción con la molécula de corta duración pero altamente reactivos transforma estos gases en compuestos solubles en agua que pueden ser retirados de la atmósfera por precipitación. Sin embargo, la oxidación también conduce a la formación de partículas de ozono y aerosoles, que a su vez afectan a la calidad del aire y el clima regional.
Las mediciones de las concentraciones de radicales OH por encima de las selvas tropicales sugieren que los radicales OH son reciclados una vez que hayan terminado sus tareas de limpieza químicos. Esta es la razón porque la atmósfera tiene la capacidad de auto-limpieza y ha demostrado ser relativamente estable ante la contaminación del aire. Domenico Taraborrelli y sus colegas científicos del Instituto Max Planck de Química en Maguncia han aclarado cómo un mecanismo de reciclaje de ciertos de los radicales hidroxilo OH influye en el equilibrio en la atmósfera. Lo que hace el papel clave aquí es una sustancia que se conocía hasta ahora sólo para el consumo de radicales hidroxilo. La sustancia en cuestión es el isopreno. El compuesto orgánico volátil es, naturalmente, liberado a la atmósfera en grandes cantidades por las plantas y, junto con otros químicamente relacionados con los terpenos, forma uno de los principales componentes de los aceites esenciales que son importantes en muchos olores de las plantas. Se estima que la vegetación produce alrededor de 500 millones de toneladas al año de isopreno, y la mayoría se produce durante el día en las selvas tropicales.
La concentración de hidroxilo determina cómo el isopreno se descompone
Se ha descubierto que el sistema es multifacético, ya que la oxidación del isopreno contribuye a la reducción, así como a la formación de radicales OH, que lo sostiene y limita, señalo el Prof. Domenico Taraborrelli, autor principal del estudio. La eficiencia del reciclado de los radicales OH por lo tanto, depende de su cantidad. Si la concentración de OH es alta, poco se recicla, y si es baja, una gran cantidad se produce.
Este efecto amortiguador explica porque las concentraciones más altas de hidroxilos se miden en las selvas tropicales contrariamente a lo que sugieren los modelos de química atmosférica, dijo Domenico Taraborrelli. Él y sus colegas científicos resuelven esta contradicción mediante la adición de complejas cascadas de reacción a un modelo de la química atmosférica global. En el modelo, los radicales OH primero convierte al isopreno en un hidro-peróxido-aldehído (HPAL). Lo que sucede después depende de la cantidad de radicales OH está en el aire. Si la concentración es baja, el HPAL reacciona con el oxígeno molecular atmosférico en una cadena de reacciones iniciada por la luz solar. Esta última instancia se traduce en más radicales OH que fue consumido por la reacción inicial que se formó un HPAL. Si el aire contiene una gran concentración de radicales OH, la cantidad de HPAL se reduce aún más. La concentración de OH por lo tanto, cae.
Para la interacción entre la biosfera y la atmósfera, la amortiguación de la cantidad de radicales OH es muy importante, ya que ofrece grandes bosques con la capacidad de mantener su capacidad de auto-limpieza, explica el prof. Domenico Taraborelli. Los químicos atmosféricos de Maguncia ni siquiera sospechaban que los compuestos orgánicos volátiles liberados como resultado de la actividad humana podrían amortiguar a la atmósfera en su capacidad de auto-limpieza de la misma manera como el isopreno lo hace.
Los ecosistemas naturales son más amortiguados de lo que sospechábamos
El hecho de que la atmósfera retiene su capacidad de limpiar de cara a la contaminación del aire es algo que probablemente permita soportar el clima global: muchos compuestos orgánicos volátiles, como el metano, ejercen un fuerte efecto invernadero, y en el curso del cambio climático, es probable que mostrara mas a partir de fuentes naturales en cantidades aún mayores. Sin embargo, las consecuencias de esto podrían ser menos grave de lo que habíamos asumido. Esto es así porque, en un clima más cálido, se espera que las plantas generen más isopreno en la atmósfera también. Y, de acuerdo con los últimos descubrimientos, una concentración de isopreno superior conduce a la producción de más radicales hidroxilo, que limpian la atmósfera de gases de efecto invernadero. Los resultados también indican que el aumento de las emisiones de isopreno, que esperamos por el calentamiento global, no aumentará el efecto climático, concluye el Dr. José Lelieveld, Director del Instituto Max Planck de Química. Esto demuestra que los ecosistemas naturales y su medio ambiente atmosférico son más amortiguada de lo que sospechábamos".
Los investigadores en Maguncia ahora quieren estudiar la forma en la atmósfera de la capacidad de auto-limpieza reacciona a las perturbaciones, como la liberación repentina de metano de los suelos de permafrost. El calentamiento global está causando grandes áreas de permafrost se deshielen en países como Rusia, que pueden liberar grandes cantidades de metano y acelerar el efecto del calentamiento global.
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