El cambio climático provoca que el permafrost se descongele, liberando gases de efecto invernadero y microbios antiguos a la atmósfera.
Las investigaciones han descubierto que estos microbios podrían contener partículas nucleadoras de hielo que facilitan que las gotas de agua se congelen.
Todavía no está del todo claro cómo podrían afectar estas partículas a la atmósfera ni al tiempo y las nubes resultantes.
La gran idea
El permafrost – suelo congelado en el extremo norte – se está descongelando, liberando gases de efecto invernadero y microbios perdidos hace mucho tiempo. Pero hay algo que los científicos no han estudiado a fondo: si el permafrost contiene ciertos tipos de partículas que podrían afectar a las nubes y al tiempo.
Como científicos atmosféricos, hemos descubierto en un estudio reciente que el permafrost que se descongela contiene gran cantidad de partículas nucleadoras de hielo microscópicas. Estas partículas hacen que sea más fácil que las gotas de agua se congelen; y si las del permafrost pasan al aire, podrían afectar a las nubes del Ártico.
En el verano de 2018, uno de nosotros, Jessie Creamean, viajó a Fairbanks (Alaska) y recogió muestras de permafrost de un túnel de investigación situado a gran profundidad bajo tierra. Estas muestras tenían entre 18.000 a 30.000 años de antigüedad, y nuestro equipo las analizó para ver cuántas partículas nucleadoras de hielo se esconden en el permafrost.
Resulta que el permafrost contiene una enorme cantidad de ellas – hasta 100 millones de partículas individuales muy activas por gramo de microbios en su mayoría muertos y restos de plantas. Esta densidad es comparable a la de los suelos fértiles, que se cuentan entre las fuentes más concentradas de partículas nucleadoras de hielo de la Tierra. En todo el mundo, las partículas nucleadoras de hielo suelen desempeñar un papel importante en el comportamiento de las nubes, aunque la magnitud de ese efecto aún se está estudiando.
Por qué es importante
Todavía no se sabe si las partículas nucleadoras de hielo del permafrost llegan a la atmósfera y afectan a las nubes. Sin embargo, la teoría de cómo las partículas nucleadoras de hielo modifican las nubes está comprendida.
Las nubes están formadas por miles de millones de diminutas gotas de agua o cristales de hielo, a menudo una mezcla de ambos. Una nube es como un bosque de árboles: todas las gotas de agua de la nube necesitan una semilla –una diminuta partícula de aerosol– sobre la que formarse y crecer. Casi cualquier pequeña partícula de material procedente de la tierra o del océano puede servir de semilla para una gota de nube líquida. Gracias a su singular capacidad para alinear las moléculas de agua en una red similar a la del hielo, ayudan a que el líquido sobreenfriado de una nube se congele a temperaturas más altas.
Las partículas nucleadoras de hielo son extraordinariamente buenas para formar pequeños cristales de hielo – una capacidad poco frecuente que se encuentra en menos de 1 de cada millón de todas las partículas que flotan en el aire. Las partículas nucleadoras de hielo pueden ser polvo mineral procedente de los desiertos, partículas de suelo de campos de cultivo o –como las que encontramos en el permafrost– bacterias y fragmentos de material biológico procedentes de los océanos o de las plantas.
La capacidad de formar hielo con facilidad tiene grandes consecuencias para las nubes y el tiempo.
La mayoría de las veces, las gotas de agua en suspensión deben congelarse antes de caer al suelo en forma de nieve o lluvia. Las partículas nucleadoras de hielo permiten que el hielo de las nubes se forme a temperaturas del aire más altas de lo normal, de hasta unos 28 grados Fahrenheit. Sin estas partículas, una gota de agua puede sobreenfriarse hasta alrededor de menos 36 F antes de congelarse. Cuando hay partículas nucleadoras de hielo en una nube, las gotas de agua se congelan con más facilidad. Esto puede provocar que la nube llueva o nieve y se disipe antes, y que refleje menos luz solar.
Lo que aún no se sabe
Nuestro trabajo ha constatado que hay gran cantidad de estas partículas nucleadoras de hielo en el permafrost que se descongela, lo cual es importante porque el permafrost cubre el 24% de la superficie terrestre expuesta del hemisferio norte. La cuestión ahora es si estas partículas llegan o no a la atmósfera. Que sepamos, ningún otro investigador ha estudiado el efecto del permafrost en la formación de nubes ni los mecanismos por los que las partículas nucleadoras de hielo del permafrost pasan a estar en suspensión en el aire.
Planteamos la hipótesis de que las partículas nucleadoras de hielo del permafrost que se descongela podrían llegar a lagos y ríos, dirigirse hacia las aguas costeras del océano Ártico y extenderse por grandes áreas. Después, los vientos podrían arrastrar estas partículas nucleadoras de hielo hacia el aire, donde podrían intensificar la congelación de las nubes y afectar al tiempo.
Aún quedan muchas incógnitas y mucho trabajo por hacer.
Próximos pasos
Este verano, nos unimos a colegas del Laboratorio de Investigación e Ingeniería en Regiones Frías de Fairbanks y del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de Boulder (Colorado) para emprender una expedición de seis semanas a la tundra ártica de Alaska. Recogeremos cientos de muestras de permafrost, agua de lagos, agua de ríos, agua costera del océano y muestras de aire para determinar si las partículas nucleadoras de hielo del permafrost están presentes y en qué cantidades. Nuestro objetivo es utilizar estos resultados en modelos que permitan predecir cómo el deshielo del permafrost podría alterar las nubes de la región.
