El cambio climático se está manifestando con especial crudeza en los polos, donde el ritmo del calentamiento supera al del resto del planeta. Una campaña científica, centrada en la química de la atmósfera ártica, ha logrado desentrañar cómo las actividades humanas, en concreto la extracción de petróleo y gas, interactúan con procesos naturales únicos de la región, provocando un complejo entramado de reacciones que no solo altera la composición del aire, sino que activa bucles de retroalimentación que aceleran la pérdida de hielo marino y, en consecuencia, amplifican el calentamiento en esa zona.
Estas son las principales conclusiones del proyecto CHemistry in the Arctic: Clouds, Halogens, and Aerosols (CHACHA), cuyos hallazgos se han publicado en el Bulletin of the American Meteorological Society. La investigación perseguía comprender las transformaciones químicas que ocurren cuando el aire de superficie es arrastrado a la baja atmósfera, propiciando interacciones entre partículas de agua, nubes bajas y contaminación.
Para ello, durante dos meses, un equipo multinstitucional desplegó dos aviones instrumentados y estaciones terrestres en Utqiagvik, Alaska. El periodo escogido, justo después del amanecer polar, es clave porque el aumento de la radiación ultravioleta intensifica los cambios químicos en la superficie y la atmósfera inferior.
Nubes sobre el Ártico formadas por la intensa evaporación resultante al mezclarse aire frío y cálido. / Universidad Estatal de Pensilvania
Los vuelos muestrearon el aire sobre el hielo marino recién formado y fracturado de los mares de Beaufort y Chukchi, sobre las extensiones de agua abierta conocidas como «leads», y sobre la tundra cubierta de nieve de la ladera norte de Alaska, incluyendo la región de extracción de petróleo y gas cercana a Prudhoe Bay.
Tres descubrimientos interconectados
El trabajo reveló tres descubrimientos interconectados. En primer lugar, las aberturas en el hielo marino, que pueden variar desde unos metros hasta varios kilómetros de ancho, ejercen una influencia profunda. Actúan como fuentes de columnas intensas de aire cálido y húmedo, aerosoles de sal marina y vapor de agua, que son impulsados cientos de metros hacia la atmósfera.
Este proceso no solo fomenta la formación de nubes estratiformes y poco profundas inmediatamente sobre y a favor del viento de las fracturas, sino que inicia un ciclo. «Estos procesos aceleraron la pérdida de hielo marino al forzar aún más convección y formación de nubes, lo que aumentó la transferencia de humedad y calor y condujo a la formación de aún más fracturas», explica Jose D. Fuentes, profesor de Meteorología y autor principal del estudio.
Diagrama que ilustra las regiones muestreadas durante la investigación y los procesos clave investigados durante la campaña de campo CHACHA. / Boletín de la Sociedad Meteorológica Americana
La capa límite atmosférica convectiva sobre estas aguas abiertas alcanzó profundidades de entre 250 y 850 metros, un entorno radicalmente diferente al de la atmósfera estática y fuertemente invertida que predominaba sobre el hielo marino circundante.
Impacto directo de la industria
El segundo hallazgo se centra en el impacto directo de la industria. Las emisiones de los campos petrolíferos de Prudhoe Bay alteraron de forma mesurable la composición atmosférica regional. Los penachos (columnas de aire, vapor o contaminantes que ascienden desde una fuente) de gases, ricos en óxidos de nitrógeno (NOₓ), se mantuvieron confinados principalmente en los primeros 200 metros de altura debido a la atmósfera estable, pero sus efectos fueron notorios.
Se registraron niveles de dióxido de nitrógeno (NO₂) muy elevados en las proximidades, valores asociados habitualmente con el esmog de grandes áreas urbanas. Estos óxidos de nitrógeno interactuaron con la química natural de los halógenos, en particular con el bromo. La presencia de NO₂ suprime los niveles de monóxido de bromo (BrO) –un indicador clave de la química activa del bromo– y conduce a la formación de otras sustancias como el nitrito de bromo (BrONO₂), alterando los ciclos de oxidación atmosférica.
Kulluk, una de las plataformas de perforación petrolera de Shell para el Ártico. / James Mason / Earthjustice
Además, durante la campaña de campo, los investigadores observaron cambios masivos en la capa límite sobre los campos petrolíferos de Prudhoe Bay. «Los penachos de gas del área de extracción reaccionaron en la atmósfera inferior, acidificando la masa de aire y produciendo sustancias nocivas y esmog», señala Fuentes.
Un descubrimiento crucial
Es aquí donde emerge el tercer y crucial descubrimiento: los bucles de retroalimentación. Por un lado, el calor y la humedad liberados por las fracturas en el hielo promueven más fusión, lo que a su vez crea más fracturas. Por otro, en tierra, se identificó un ciclo químico potenciado por la actividad humana. En las costas, las capas de nieve salina, propias de las regiones polares, son una fuente natural de especies reactivas de bromo.
Tras el amanecer polar, estas moléculas agotan rápidamente el ozono en la capa límite superficial. Este agotamiento permite que llegue más radiación solar a la superficie, calentando la nieve y, potencialmente, liberando más bromo, en un ciclo autointensificado. La interferencia de las emisiones de NOₓ de los yacimientos modula este proceso natural, pero a la vez genera sus propios productos químicos de larga duración que pueden transportarse a grandes distancias.
Los conjuntos de datos generados por CHACHA, disponibles para la comunidad científica, están destinados a mejorar la comprensión de las interacciones entre los aerosoles marinos, las nubes acopladas a la superficie, las emisiones de los campos petrolíferos y la química multiphase de los halógenos en el nuevo Ártico.
El siguiente paso, según los investigadores, consiste en que los modeladores numéricos utilicen esta información para refinar las proyecciones sobre cómo estos factores localizados pueden influir en la evolución del clima global.