Un estudio revela que la estratosfera distribuye mercurio atmosférico desde las zonas contaminantes a las más aisladas del planeta

Un equipo del Instituto de Química Física Blas Cabrera (IQF-CSIC), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha liderado un estudio internacional que ha identificado por primera vez la estratosfera como una región clave de la atmósfera para la distribución, el procesado químico y la entrada de mercurio atmosférico en los ecosistemas de la superficie de la Tierra. 

El estudio del CSIC, organismo dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU), se publica en la revista Science Advances y revela que la estratosfera interviene en la dispersión de mercurio desde las zonas contaminadas a las regiones remotas del planeta.

El mercurio ha fascinado durante siglos a la humanidad, por ser un metal líquido escurridizo a temperatura ambiente, y por su resistencia a reaccionar con su entorno en el medio ambiente, lo que explica el característico brillo argentino que conserva durante décadas. Por estas razones, nuestra atmósfera contiene trazas de mercurio gaseoso, que provienen de fuentes naturales (erosión del suelo, erupciones volcánicas, etc) y de procesos industriales (metalurgia, combustión de carbón, etc). 

Este mercurio metálico atmosférico finalmente se transforma a través de reacciones de oxidación no del todo bien conocidas, para finalmente depositarse rápidamente en mares y continentes muy apartados de las zonas en las que se emitió el metal original. El proceso de deposición superficial inicia nuevas reacciones químicas, en las que ocasionalmente aparecen productos muy tóxicos. 

Hasta ahora se ha considerado que tanto la reacción química como el transporte global del mercurio ocurrían en la capa inferior de nuestra atmósfera en contacto con la superficie, la troposfera. Sin embargo, el hallazgo del equipo científico evidencia que no es así, revelando que cerca de la tercera parte del mercurio que entra en el ecosistema terrestre ha reaccionado en la estratosfera (12 a 40 km de altura), debido a las características únicas del entorno fotoquímico estratosférico que aceleran los procesos de oxidación de mercurio. 

Además, el estudio muestra por primera vez que la circulación del aire en esta capa de la atmósfera funciona como una cinta transportadora global, en la que grandes cantidades de mercurio gaseoso son trasladadas desde las zonas intensamente contaminadas hasta los lugares más aislados y remotos, como las regiones polares.  También predice que el cambio climático aumentará el transporte estratosférico del mercurio.

El mercurio metálico no soporta el sol

En esta investigación se explica que en la rápida oxidación en la estratosfera del resistente mercurio metálico gaseoso intervienen dos factores. El primero es la mayor abundancia a esa elevada altura de especies químicas altamente reactivas, como los átomos de bromo, cloro y radicales hidroxilos, que atacan intensamente al metal. 

El segundo factor “tiene una interesante relación con la presencia hacia 30-35 km de altura de la conocida capa de ozono, que protege a la biosfera (y al mercurio) de la letal radiación solar ultravioleta”, explica Ulises Acuña, investigador emérito del IQF-CSIC y coautor del estudio. 

Cuando las partículas de mercurio ascienden por encima de la capa de ozono, quedan súbitamente desprotegidas y expuestas a la radiación ultravioleta solar. El mercurio atmosférico absorbe dicha radiación y desaparece rápidamente a través de procesos fotoquímicos para dar compuestos solubles fácilmente depositables sobre la superficie. 

El largo camino del mercurio por las alturas estratosféricas

El mercurio gaseoso llega desde la superficie terrestre a las capas más altas de la atmósfera a través del movimiento de grandes masas de aire, principalmente en las zonas de los trópicos. Aunque estos mecanismos físicos son de una notable complejidad, es posible simularlos con detalle utilizando modelos climáticos. 

“Cuando incluimos en el modelo climático las reacciones químicas descritas se obtiene un modelo numérico del denominado Ciclo Geoquímico del Mercurio, que por primera vez incluye las nuevas reacciones químicas y fotoquímicas del metal que pueden tener lugar en la estratosfera”, indica Carlos Cuevas, investigador del IQF-CSIC.  

Según recuerda Aryeh Feinberg, investigador post-doctoral Marie Curie en el equipo del IQF-CSIC, “El modelo tiene que pasar por varias fases de validación muy exigentes con observaciones reales, para que los resultados de las predicciones tengan un valor estadísticamente confiable”.

Por otra parte, Alfonso Saiz-López, jefe del Departamento de Química Atmosférica y Clima del IQF-CSIC que lidera esta investigación, recuerda que como resultado de este estudio su equipo investigador ha creado por primera vez un modelo completo del ciclo del mercurio en nuestro planeta. 

“Esto nos ha permitido identificar el proceso completo de transporte y reacción hacia y desde la estratosfera del mercurio gaseoso, que regresa a la superficie terrestre en forma de sales solubles que se depositan en los lugares más remotos, como el Ártico y la Antártida, no sólo en la actualidad sino también en el pasado preindustrial y en un previsible futuro de clima alterado”. 

Sáiz-López añade que “disponemos por fin de una interpretación de la diferencia observada en la concentración atmosférica de mercurio entre los hemisferios norte y sur del planeta, ya que hasta ahora no concordaba con la distribución de las emisiones industriales, mucho mayores en el hemisferio norte“.

John Plane, profesor de Química atmosférica en la Escuela de Química de la Universidad de Leeds, señala: "El mercurio es un contaminante tóxico con un riesgo sustancial para la salud humana. Pero no puede entrar en la cadena alimentaria a menos que haya sido oxidizada".

"El estudio muestra que el proceso de oxidización ocurre en la estratosfera, antes de extenderse globalmente, y luego se deposita en la superficia de la Tierra."

"Esto significa que el impacto de las emisiones localizadas de mercurio se nota de forma global: las principales fuentes de mercurio a la atmósfera (artesanal, minería de pequeña escala y combustión de carbón) están dañando la salud de los ecosistemas a miles de kilómetros de distancia."
 

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