[resumen.cl] Un estudio evaluó cómo pequeñas partículas esféricas de alquitrán se forman con la quema de biomasa durante los incendios forestales. La publicación indaga en los cambios químicos y físicos que ocurren con la materia orgánica en el interior el humo emitido durante los incendios. Los hallazgos podrían mejorar los modelos para evaluar cómo estas partículas inciden en el cambio climático. 

El estudio fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences este 5 de septiembre. La publicación constató cómo los incendios forestales se expanden en todo el mundo a causa del cambio climático, la deforestación y los cambios de uso de suelo. Estos incendios ocurren en lugares donde la biomasa vegetal es abundante.

Esta quema de biomasa puede generar una variedad de impactos ambientales. El humo de la quema de biomasa produce grandes cantidades de aerosoles y gases. Estas emisiones pueden causar grandes problemas para la salud y la visibilidad, así como incidir en el clima local y global.

La publicación indica que las emisiones de partículas a partir de la quema de biomasa se espera que se incrementen en el futuro como resultado del cambio climático causado por las actividades humanas, el cual potencia las condiciones de altas temperaturas y poca humedad en bosques naturales y plantaciones industriales.

Las partículas de la quema de biomasa inciden en el clima regional y global

Hasta ahora se sabe que los eventos de quema de biomasa ejercen una significativa influencia en la calidad del aire regional y potencialmente en el clima global. Son una de las principales fuentes de gases, carbono negro (black carbon) y carbono orgánico, incluyendo partículas de carbono orgánico, comúnmente referidas como «brown carbon»

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Las características de las emisiones desde la quema de biomasa, su incidencia en el forzamiento radiativo (o la diferencia entre la insolación o luz solar que es absorbida por la Tierra y la energía que es irradiada de vuelta al espacio) y los potenciales impactos climáticos de estas partículas aerosol aún permanecen inciertos. El estudio señala que debido a que las bolas de alquitrán son un tipo de aerosol dominante y que absorben la luz en el humo de la quema de biomasa, el entendimiento de su influencia en el clima es muy importante.

Estudios previos de 2005, 2010 y 2016 realizados para entender las propiedades de las esferas de alquitrán, encontraron que estas poseen características ópticas y físicas únicas, tales como una absorción espectral amplia que se extiende desde la región de onda corta (menos de 400 nanómetros) al infrarrojo cercano, además de una extrema volatilidad.

Cuando la concentración de estas partículas es alta, las esferas de alquitrán son potencialmente responsables por un incremento en el albedo de hasta un 40%, reportó un estudio previo de 2018.

El albedo es el porcentaje de radiación que una superficie refleja con respecto a la radiación que incide sobre aquella. En términos generales, las superficies claras tienen porcentajes superiores de albedo de las más oscuras. Cabe señalar que el albedo medio de nuestro planeta Tierra es de entre 37 a 39% de la radiación que llega del Sol.

Imagen representativa del albedo terrestre. Fuente: https://weather.com/es

Otro estudio de 2018 había evaluado el índice de refracción de las esferas de alquitrán, encontrando que estas presentan un amplio rango, desde 0,002 a 0,27 lo cual deja significativas incertidumbres con respecto a las propiedades ópticas de las esferas de alquitrán.

Con respecto a la formación de estas esferas, se ha propuesto que la polimerización de la materia orgánica, la condensación, procesos fotoquímicos, pérdida de agua, golpes de calor y cambios en la temperatura inciden en la formación de estas esferas de alquitrán.

Las pequeñas esferas de alquitrán se dispersan ampliamente en la atmósfera durante los incendios 

Estas bolas de alquitrán (Tarballs en inglés) son partículas orgánicas microscópicas formadas con los incendios, y se estima que contribuyen en más de un 30% de la masa de aerosoles de la quema de biomasa.

Sin embargo, los detalles de cómo estas partículas se forman e influencian la atmósfera en un contexto de cambio climático aún permanecen poco claros. Para la elaboración de esta publicación, científicos midieron desde aeronaves, los rápidos cambios químicos que ocurren en el humo de los incendios forestales.

El equipo de observación mostró que estas bolas de alquitrán se forman con una combinación de cambios físicos y químicos de aerosoles orgánicos formados en las primeras horas después de la producción de humo.

Las esferas de alquitrán usadas en este estudio fueron recolectadas desde grandes incendios forestales en el verano de 2013 en el Noroeste de Estados Unidos. A bordo de la aeronave de investigación Gulfstream-1 el equipo colectó estas partículas aerosoles en repetidos vuelos a través de las columnas de humo.

Incendios forestales en el Estado de Washington desde la ventana de un Gulfstream-1 en 2013. Fuente: https://www.bnl.gov/

Formas y composiciones de más de 10.000 partículas fueron medidas usando microscopía electrónica de transmisión, con un detallado análisis químico de las esferas de alquitrán usando espectroscopía de transmisión de rayos X (ver figura) 

Forma, estructura y tamaño de las esferas de alquitrán. Figura A: Partícula de esfera de alquitrán adjunta a nanoesfera de hollín y un sustrato (fibra lineal). Figura B: Imagen de alta resolución de microscopio electrónico de transmisión (TEM) de la esfera de alquitrán y la nanoesfera de hollín de la figura A. Figura C: Distribución del tamaño de las esferas de alquitrán (n = 894) y las partículas no esferas de alquitrán (n = 9,878) desde todas las muestras de microscopio electrónico de transmisión. Imagen extraída de: https://doi.org/10.1073/pnas.1900129116

Los análisis revelaron que la fracción de partículas de aerosol que son bolas de alquitrán se incrementan con la edad de las partículas. Además el estudio señala que la relación de las esferas de alquitrán con respecto al nitrógeno y oxígeno en relación al contenido de potasio se incrementan con la edad de las partículas. Además, la redondez de estas esferas también se incrementa con su edad.

La publicación señala que estos hallazgos pueden ser usados para mejorar la interpretación del humo de incendios forestales a partir de datos satelitales y observaciones que consideren la forma de la esfera de alquitrán, la viscosidad y los cambios en su composición.

Los hallazgos de la formación de esferas de alquitrán también podrían mejorar las determinaciones de la evolución de estas partículas y sus impactos en el clima regional y global.

Vea el estudio aquí.