Contribuyen significativamente a los núcleos de condensación de las nubes costeras
Aproximadamente el 71% de la superficie terrestre está cubierta por vastos océanos. Cuando los vientos soplan sobre la superficie del mar, transfieren energía al agua, creando olas. Algunas de estas olas, bajo la fuerza de los fuertes vientos, rompen y producen diminutas gotas en suspensión que se convierten en aerosoles de espuma marina.
Este proceso ocurre en todos los océanos y es una de las mayores fuentes de aerosoles del mundo. A pesar de décadas de investigación, los científicos aún no comprenden completamente su impacto en el clima del planeta, especialmente su contribución a las partículas que forman las nubes, conocidas como núcleos de condensación de nubes.
En comparación con los océanos abiertos, las aguas poco profundas a lo largo de las costas cubren solo una pequeña fracción de la superficie del mar. Sin embargo, muchas estaciones de observación de aerosoles marinos se ubican cerca de las costas, y sus mediciones se utilizan a menudo para estudiar los aerosoles en océanos abiertos.
Esto plantea una importante pregunta: ¿Los aerosoles marinos cercanos a la costa realmente reflejan lo que sucede en los océanos abiertos, en términos de cómo se forman, cuán altas son sus concentraciones y cuánto contribuyen a los núcleos de condensación de las nubes?
Un equipo internacional de investigadores descubrió que las fuertes olas que rompen a lo largo de la costa, en particular durante los períodos de olas altas, pueden producir grandes cantidades de aerosoles marinos, lo que aumenta significativamente el número de núcleos de condensación de nubes y la masa de partículas en suspensión en las regiones costeras. Jian Wang, profesor de ingeniería energética, ambiental y química en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, dirigió el equipo.
El proceso de generación de aerosoles en la costa es fundamentalmente diferente al que se produce en alta mar. Por lo tanto, el uso de mediciones de aerosoles costeros para estimar los aerosoles de la espuma marina en alta mar puede dar lugar a sobreestimaciones considerables.
Wang y su equipo, incluido Shengqian Zhou, investigador postdoctoral en el laboratorio de Wang y primer autor del artículo, también descubrieron que las olas de oleaje (olas de larga distancia que se forman lejos de la costa y no están vinculadas directamente al viento local) a menudo dominan la energía de las olas en las regiones costeras.
Dado que la energía de las olas, y no la velocidad local del viento, controla la producción de aerosoles de espuma marina cerca de las costas, la concentración de aerosoles de espuma marina cerca de ellas suele mostrar poca correlación con la velocidad del viento. Esto contradice la suposición común de que la velocidad del viento puede ayudar a estimar las emisiones de aerosoles de espuma marina.
Imagen derecha: Distribución global de la altura de las olas costeras y regiones potencialmente con fuertes impactos de la producción de aerosoles marinos cercana a la costa.
"Las tormentas en alta mar generan olas de viento", explicó Zhou. "Tras el paso de la tormenta, estas olas se transforman en mar de fondo y pueden seguir viajando miles de kilómetros. Cuando finalmente llegan a la costa, incluso en días tranquilos y sin viento, pueden romperse por la fricción con el fondo marino o al chocar directamente contra la costa, lo que libera parte de su energía a la atmósfera en forma de espuma marina".
Sus datos mostraron que la contribución de los aerosoles marinos a los núcleos de condensación de nubes y a la concentración de masa de aerosoles puede triplicarse y superar los 10 microgramos por metro cúbico. Estos efectos son generalizados, ya que una gran parte de las costas del mundo experimentan olas fuertes con regularidad.
Un análisis de las estadísticas de olas cerca de 12 observatorios atmosféricos costeros, desde el Atlántico Norte hasta Australia, encontró que los períodos de olas altas ocurren más de la mitad del tiempo en algunas temporadas en varias estaciones, y las olas de oleaje juegan un papel dominante.
"Sabíamos que esta ruptura de olas en la costa genera aerosoles de rocío marino, pero muchos investigadores se centraron en partículas mayores de 1 micrómetro, que pueden dominar la concentración de masa pero ser pocas en número", dijo Wang.
"Nuestro estudio muestra que esta ruptura de olas en la costa genera numerosas pequeñas partículas que contribuyen significativamente a los núcleos de condensación de las nubes costeras. Esto significa que muchos estudios previos que utilizaron mediciones costeras para estudiar los aerosoles marinos sobre océanos abiertos probablemente sobreestimaron su contribución a los núcleos de condensación de las nubes y, por lo tanto, sus efectos sobre las nubes y el clima".
Además, la espuma marina cercana a la costa también puede tener un considerable impacto ambiental en las regiones costeras. Cuando el oleaje es alto, la concentración de material particulado (PM) aumenta, lo cual es un importante factor para la calidad del aire.
Si bien la sal marina en sí misma puede no ser dañina, afirmó Zhou, los contaminantes presentes en el agua de mar, como toxinas biogénicas, algas nocivas y otros contaminantes antropogénicos, son emitidos a la atmósfera por la espuma marina y posteriormente inhalados por los seres humanos. Esto puede afectar gravemente la salud pública, especialmente en regiones costeras con altas olas, agua de mar contaminada y densas poblaciones.
"Los modelos regionales existentes no incluyen la producción de aerosoles en la costa o la calculan incorrectamente basándose en la velocidad del viento local", añadió Zhou.
"Esto dificulta que los modelos capturen con precisión la abundancia real y las variaciones de los aerosoles marinos en el entorno costero. Es necesario comprender mejor este proceso de producción de aerosoles para evaluar y predecir mejor los posibles impactos ambientales y en la salud de las comunidades costeras".
Los resultados de la investigación se publicaron en Science Advances: Shoreline wave breaking strongly enhances the coastal sea spray aerosol population: Climate and air quality implications
