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Geochemical Controls on the Ice Nucleating Efficiency of Volcanic Ash

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Un estudio de la ceniza volcánica para mejorar los modelos climáticos

Conocer la influencia de la ceniza volcánica sobre la formación de hielo atmosférico podría ayudar a los científicos a predecir mejor el impacto de las erupciones explosivas en el clima y la meteorología.

Cambio climático y medio ambiente

La formación de hielo influye enormemente en las propiedades y la permanencia de las nubes, si bien es uno de los procesos menos conocidos que afectan de manera indirecta al clima terrestre. Las gotitas de agua atmosféricas pueden conservar su forma líquida hasta a – 37 °C. No obstante, ante la presencia de partículas en suspensión denominadas partículas nucleadoras de hielo, las gotitas de agua superenfriadas pueden congelarse a temperaturas más cálidas entre – 37 °C y 0 °C. «Conocer cómo se comportan estas partículas en suspensión es fundamental para representar con precisión la formación de hielo en los modelos informáticos —explica Elena Maters, de la Universidad de Cambridge (el Reino Unido), quien recibió fondos a través del programa de acciones Marie Skłodowska-Curie—. Esta información es fundamental para mejorar el conocimiento que poseemos sobre los sistemas climáticos y atmosféricos». Existe un consenso generalizado de que el polvo del desierto que transporta el viento es uno de los tipos de partículas nucleadoras de hielo. Sin embargo, si bien la investigación sobre el impacto de la ceniza volcánica en la formación de hielo ha aumentado en los últimos años, algunos estudios de campo y de laboratorio presentan resultados contrapuestos. Según indica Maters, beneficiaria de una beca Leverhulme para investigadores noveles en Cambridge: «No se sabe a ciencia cierta qué motiva las grandes variaciones observadas en la actividad de nucleación del hielo que muestra la ceniza. Podría guardar relación con la composición química, la cristalinidad o la mineralogía de las partículas sólidas, pero no se había realizado una investigación sistemática hasta ahora».

El comportamiento de la ceniza

El objetivo general del proyecto INoVA, coordinado por la Universidad de Leeds (el Reino Unido), fue conocer qué motiva la actividad de nucleación del hielo de la ceniza volcánica. Se investigó, por ejemplo, si la interacción de la ceniza con gases y condensados en la columna eruptiva y la atmósfera podría influir en la actividad de nucleación del hielo. «Se utilizaron varias técnicas para generar y tratar muestras en polvo, analizar sus propiedades y medir la nucleación del hielo», indica Maters. Los experimentos con una amplia gama de muestras de ceniza y vidrio permitieron a Maters distinguir la influencia de la composición química y la mineralogía en la actividad de nucleación de hielo. «También se ejecutaron simulaciones en el laboratorio de procesos eruptivos y atmosféricos —afirma—, que nos permitieron estudiar cambios en la actividad de nucleación del hielo debido a la alteración térmica y química que se produce durante el transporte de la ceniza en la columna eruptiva y la atmósfera».

Modelos climáticos precisos

Un descubrimiento fundamental del proyecto fue que la ceniza es mejor que el vidrio a la hora de nuclear hielo, lo que apunta a que los componentes cristalinos desempeñan una función importante. «Las muestras que más hielo producían contenían feldespato alcalino, plagioclasas y piroxeno, lo que nos invita a plantear que la erupción de minerales félsicos en magma intermedio podría dar lugar a ceniza activadora de hielo», afirma Maters. En el proyecto también se descubrió que la actividad de nucleación de hielo de la ceniza puede mejorarse o reducirse en función de distintas interacciones entre el gas y las cenizas y el condensado de cenizas, por ejemplo con agua, dióxido de azufre o ácido sulfúrico. «El aumento de la actividad de nucleación de hielo observado tras la exposición de la ceniza a dióxido de azufre a temperaturas elevadas fue especialmente sorprendente», añade Maters. La información obtenida de la ceniza, como partículas nucleadoras de hielo, puede integrarse en modelos meteorológicos y climáticos con los que generar resultados que podrían ser valiosos para centros de información sobre ceniza volcánica y oficinas meteorológicas. Parte del trabajo de Maters se publicó en la revista académica «Atmospheric Chemistry and Physics», y hay otros tres artículos de investigación en proceso de preparación. Maters concluye: «Otras actividades de divulgación, entre las que hubo un debate público sobre la comunicación de los peligros volcánicos, supusieron oportunidades valiosas para compartir conocimientos. Una vez que todo este trabajo se publique, supondrá una base de nuevos conocimientos sobre la nucleación de hielo mediante cenizas volcánicas y allanará el camino a futuros trabajos en este campo».

Palabras clave

INoVA, volcánico, meteorología, clima, ceniza, hielo, atmósfera, Tierra, nucleación, meteorológico, félsico, magma, actividad de nucleación del hielo

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