Las nubes se forman cuando el vapor de agua (un gas invisible en la atmósfera) se adhiere a pequeñas partículas flotantes, como el polvo, y se convierte en gotas de agua líquida o cristales de hielo. En un estudio publicado recientemente, demostramos que las partículas de microplásticos pueden tener los mismos efectos, produciendo cristales de hielo a temperaturas de 5 a 10 grados Celsius (9 a 18 grados Fahrenheit) más altas que las gotas sin microplásticos.
Esto sugiere que los microplásticos en el aire pueden afectar el tiempo y el clima al producir nubes en condiciones en las que de otro modo no se formarían.
Somos químicos atmosféricos que estudiamos cómo diferentes tipos de partículas forman hielo cuando entran en contacto con agua líquida. Este proceso, que ocurre constantemente en la atmósfera, se llama nucleación.
Las nubes en la atmósfera pueden estar formadas por gotas de agua líquida, partículas de hielo o una mezcla de ambas. En las nubes de la atmósfera media y superior, donde las temperaturas oscilan entre 32 y menos 36 F (0 y menos 38 C), los cristales de hielo normalmente se forman alrededor de partículas de polvo mineral de suelos secos o partículas biológicas, como polen o bacterias.
Los microplásticos tienen menos de 5 milímetros de ancho, o el tamaño de la goma de un lápiz. Algunos son microscópicos. Los científicos los han encontrado en las profundidades de los mares de la Antártida, en la cima del Monte Everest y en la nieve fresca de la Antártida. Debido a que estos fragmentos son tan pequeños, pueden transportarse fácilmente por el aire.
La importancia del hielo
El hielo en las nubes tiene efectos significativos sobre el tiempo y el clima, ya que la mayor parte de las precipitaciones suelen comenzar con partículas de hielo.
En áreas no tropicales de todo el mundo, muchas cimas de nubes se extienden lo suficientemente alto en la atmósfera como para que el aire frío congele parte de su humedad. Una vez formado, el hielo extrae vapor de agua de las gotas de líquido que lo rodean y los cristales se vuelven lo suficientemente pesados como para caer. Si no se forma hielo, las nubes tienden a evaporarse en lugar de provocar lluvia o nieve.
Los niños aprenden en la escuela primaria que el agua se congela a 0°C, pero esto no siempre es cierto. En ausencia de algo a lo que adherirse, como partículas de polvo, el agua se puede sobreenfriar a temperaturas tan bajas como -36 F (-38 C) antes de congelarse.
Para que se produzca congelación a temperaturas más cálidas, debe haber presente en la gota un material que no se disuelva en agua. Esta partícula proporciona una superficie donde se puede formar el primer cristal de hielo. La presencia de microplásticos puede provocar la formación de cristales de hielo, lo que podría incrementar las lluvias o nevadas.
Las nubes también influyen en el tiempo y el clima de varias maneras. Reflejan la luz solar entrante lejos de la superficie de la Tierra, lo que tiene un efecto de enfriamiento, y absorben parte de la radiación emitida por la superficie de la Tierra, lo que tiene un efecto de calentamiento.
La cantidad de luz solar reflejada depende de la cantidad de agua líquida o hielo en la nube. Si los microplásticos aumentan la presencia de partículas de hielo en las nubes en relación con las gotas de agua líquida, este cambio en la proporción podría alterar el efecto de las nubes en el equilibrio energético de la Tierra.
como trabajamos
Para determinar si los fragmentos de microplásticos podrían servir como núcleos de gotas de agua, utilizamos cuatro de los tipos de plástico más comunes en la atmósfera: polietileno de baja densidad, polipropileno, cloruro de polivinilo y tereftalato de polietileno. Cada uno ha sido probado en su estado puro y tras exposición a rayos ultravioleta, ozono y ácidos. Todos estos elementos están presentes en la atmósfera y podrían afectar la composición de los microplásticos.
Suspendimos los microplásticos en pequeñas gotas de agua que enfriamos lentamente para observar cómo se congelaban. También analizamos las superficies de los fragmentos de plástico para determinar su estructura molecular, porque la nucleación del hielo podría depender de la química de la superficie de los microplásticos.
Para la mayoría de los plásticos estudiados, el 50% de las gotas se congelaron cuando se enfriaron a menos 8 F (menos 22 C). Estos resultados coinciden con los de otro estudio reciente realizado por científicos canadienses, que también encontraron que ciertos tipos de microplásticos producen hielo a temperaturas más cálidas que las gotas sin microplásticos.
La exposición a la luz ultravioleta, el ozono y los ácidos tendía a disminuir la actividad de nucleación del hielo en las partículas. Esto sugiere que la nucleación del hielo es sensible a pequeños cambios químicos en la superficie de las partículas microplásticas. Sin embargo, estos plásticos aún nuclean hielo y, por lo tanto, aún podrían afectar la cantidad de hielo en las nubes.
Lo que aún no sabemos
Para comprender cómo los microplásticos afectan el tiempo y el clima, necesitamos conocer sus concentraciones en las altitudes donde se forman las nubes. También necesitamos conocer la concentración de microplásticos en relación con otras partículas que pueden nuclear el hielo, como el polvo mineral y las partículas biológicas, para determinar si los microplásticos están presentes en niveles comparables. Estas mediciones nos permitirían modelar el impacto de los microplásticos en la formación de nubes.
Los fragmentos de plástico se presentan en diversos tamaños y composiciones. En nuestras investigaciones futuras, planeamos trabajar con plásticos que contengan aditivos, como plastificantes y colorantes, así como partículas de plástico más pequeñas.
Miriam Freedman, profesora de química, Estado de Pensilvania y Heidi Busse, estudiante de doctorado en Química, Estado de Pensilvania
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
