Cómo el deshielo del Ártico activa un mecanismo que dispara la formación de nubes y acelera el cambio climático

La retirada del hielo marino en el Ártico está modificando no solo el paisaje polar, sino también el equilibrio químico y atmosférico de la región.

Un equipo internacional de científicos, liderado por la Universidad de Birmingham, documentó por primera vez un mecanismo natural desconocido que multiplica la formación de partículas atmosféricas capaces de sembrar nubes justo en el límite entre el hielo marino y el océano abierto.

Este proceso, publicado en la revista Nature Geoscience, añade una pieza clave al entramado complejo del clima ártico y puede redibujar las proyecciones sobre el futuro del planeta.

El deshielo del Ártico impacta mucho más allá del derretimiento de la superficie helada. Hasta ahora, los modelos climáticos reconocían que la desaparición del hielo dejaba al descubierto una mayor extensión de océano, que absorbe más energía solar y acelera el calentamiento. Ahora, el nuevo descubrimiento demuestra que el retroceso del hielo también libera al ambiente marino y costero una cantidad de compuestos químicos —yodo, azufre y moléculas orgánicas— que, impulsados por la luz solar, generan rápidamente partículas minúsculas capaces de formar nubes.

Los investigadores identificaron que el límite móvil entre el océano abierto y el hielo marino en deshielo se transforma en una fuente especialmente activa de los componentes necesarios para la nucleación de nuevas partículas atmosféricas. Este fenómeno fue observado durante una expedición a bordo del buque Discovery alrededor de Groenlandia y el estrecho de Davis durante la primavera y el verano de 2022, con el respaldo del Consejo de Investigación del Medio Ambiente Natural (NERC).

El estudio documentó que las nubes en el Ártico juegan un papel central en la regulación de la energía solar que llega a la superficie y en la pérdida de calor hacia el espacio. Su efecto depende de la época del año, la localización y las propiedades de las nubes y del hielo. Las nuevas partículas, denominadas núcleos de condensación de nubes, se forman alrededor de diminutas moléculas en suspensión en el aire, y sin ellas las gotitas de nubes no se agruparían ni reflejarían la radiación solar.

“Nuestros hallazgos proporcionan la primera validación en condiciones reales de un mecanismo de química atmosférica recientemente identificado que involucra oxoácidos de yodo y ácido sulfúrico. Hasta ahora, este proceso solo se había demostrado en experimentos de laboratorio en la cámara CLOUD del CERN”, señaló el Dr. James Brean, coautor del estudio y profesor adjunto en la Universidad de Birmingham.

Las partículas atmosféricas, conocidas como aerosoles, reflejan y absorben la radiación solar y actúan como núcleos de condensación de nubes, lo que afecta las propiedades radiativas de las nubes y, en consecuencia, el balance energético del Ártico. En los últimos 40 años, la temperatura superficial de la región aumentó más de tres veces más rápido que el promedio global.

“El Ártico se ha calentado más del triple de rápido que el promedio mundial en los últimos 40 años, lo que lo convierte en una de las regiones más sensibles del planeta al cambio climático. Comprender cómo las emisiones naturales influyen en las nubes es fundamental para predecir los cambios climáticos en esta región. Nuestro descubrimiento ayudará a los modelos climáticos a comprender mejor cómo el cambio climático afecta al Ártico y cómo la propia región influye en el clima global”, afirmó el profesor Zongbo Shi, director del estudio.

El papel de la química marina en la formación de nubes

La investigación demostró que el proceso de nucleación de partículas se activa principalmente por la luz solar que incide sobre compuestos liberados del océano, el hielo marino y los entornos costeros. Los compuestos clave son el yodo, el dimetilsulfuro producido por algas y plantas marinas, y moléculas orgánicas emitidas de forma natural. En presencia de luz, estos compuestos reaccionan y generan partículas microscópicas, que luego crecen hasta alcanzar el tamaño necesario para convertirse en núcleos de condensación de nubes.

Durante la expedición, los científicos observaron que en más del 80% de los días soleados analizados surgieron nuevas partículas en el límite entre el hielo marino y el océano, lo que indica que el fenómeno es frecuente y relevante. La zona marginal de hielo, donde el agua abierta se encuentra con el hielo en retroceso, resultó el punto de mayor actividad. En ese entorno, la concentración de partículas capaces de sembrar nubes se multiplicó hasta 50 veces, alcanzando valores de 1.500 por centímetro cúbico en algunos eventos.

Las mediciones detalladas revelaron que las partículas recién formadas crecieron rápidamente más allá de los 20 nanómetros en la mayoría de los episodios de nucleación, impulsadas por moléculas orgánicas oxigenadas provenientes de la oxidación de aldehídos y monoterpenos. Además, el equipo identificó una nueva categoría de moléculas atmosféricas: las moléculas orgánicas oxigenadas que contienen yodo (I-OOM, por sus siglas en inglés). Estas moléculas, nunca antes observadas, contribuyeron al crecimiento de las partículas y potenciaron la formación de núcleos de condensación de nubes.

“Estos compuestos recientemente identificados ayudan a que las partículas pequeñas crezcan hasta convertirse en partículas más grandes que pueden generar nubes; creemos que es la primera vez que se observan tales moléculas e implica nuevas e importantes vías para la química del yodo”, explicó el Dr. Brean.

La formación de nuevas partículas es una fuente importante de partículas atmosféricas árticas y núcleos de condensación de nubes, según los científicos. Sin embargo, hasta ahora no se comprendían completamente sus fuentes precursoras y mecanismos a nivel molecular.

“Nuestras observaciones proporcionan evidencia de campo de eventos de nucleación frecuentes impulsados por el mecanismo multicomponente de oxoácido de yodo y ácido sulfúrico, recientemente identificado en estudios de laboratorio”, detallaron los autores. El equipo demostró que la zona marginal de hielo marino produce precursores que disparan la rápida formación de nuevas partículas y aumentan la concentración de núcleos de condensación de nubes.

Consecuencias climáticas de un Ártico sin hielo

La importancia de este mecanismo radica en su potencial para modificar la nubosidad ártica, un factor clave en el balance radiativo y el ciclo hidrológico de la región. El hielo marino cubierto de nieve refleja entre el 50% y el 70% de la energía solar incidente, mientras que el océano, más oscuro, absorbe mucho más calor.

Al retroceder el hielo, el entorno oceánico y de borde de hielo más activo biológicamente queda bajo la incidencia de la luz solar y la atmósfera, lo que podría modificar la disponibilidad de partículas para la formación de nubes.

El descubrimiento introduce una vía potencial, aunque todavía no cuantificada, para influir en la cobertura nubosa, el balance radiativo y la dinámica climática regional y global. Los modelos climáticos actuales no incorporan este proceso, por lo que su impacto real permanece ausente de las proyecciones. El equipo científico trabaja para incorporar el mecanismo en simulaciones futuras.

El estudio aporta una explicación a la dificultad de los modelos climáticos para reproducir con precisión las observaciones de aerosoles y núcleos de condensación de nubes en el Ártico. La formación de nuevas partículas, que implica la nucleación de gases y su posterior crecimiento, representa una fuente principal de núcleos de condensación de nubes durante el verano.

La limitada comprensión de las fuentes precursoras y los mecanismos de nucleación ha restringido hasta ahora la capacidad de los modelos para simular con exactitud la formación de nubes y su efecto en el clima ártico.

Los hallazgos muestran que los precursores marinos y costeros, en interacción con la luz solar, pueden transformar de manera acelerada la química atmosférica de la región.

“Demostramos que la zona marginal de hielo marino produce precursores que impulsan la rápida formación de nuevas partículas y aumentan las concentraciones de núcleos de condensación de nubes hasta 50 veces. Nuestros hallazgos demuestran que el yodo, el azufre y los precursores orgánicos del Ártico pueden aumentar la abundancia de núcleos de condensación de nubes mediante la formación de nuevas partículas, lo que pone de relieve una vía potencial, aunque no cuantificada, para influir en la cobertura nubosa, el balance radiativo y el ciclo hidrológico”, subrayaron los investigadores.

El deshielo del Ártico avanza a un ritmo acelerado, y las observaciones satelitales documentan una disminución sostenida de la superficie de hielo marino, especialmente durante la temporada cálida. La exposición de áreas cada vez mayores de aguas abiertas activa procesos biológicos y químicos que, a través de la formación de nuevas partículas, pueden modificar la dinámica de las nubes y el clima en escalas regionales y globales.

El equipo científico concluyó que comprender cómo las emisiones naturales influyen en la formación de nubes resulta esencial para predecir el comportamiento futuro del clima ártico y su impacto sobre el clima global.