Un nuevo estudio en Avances de la ciencia dirigido por Tianle Yuan de UMBC utilizó datos satelitales de 2003 a 2020 para determinar el efecto de las regulaciones de combustible en la contaminación de los buques de carga. Los datos del equipo de investigación revelaron cambios significativos en la contaminación por azufre después de que las regulaciones entraran en vigencia en 2015 y 2020. Su extenso conjunto de datos también puede contribuir a responder una pregunta más importante: ¿Cómo interactúan los contaminantes y otras partículas con las nubes para afectar las temperaturas globales en general?
Las partículas diminutas en la atmósfera, que se llaman aerosoles e incluyen la contaminación, pueden dañar la salud humana, pero también suelen tener un efecto refrescante en el planeta debido a la forma en que interactúan con las nubes. Sin embargo, las estimaciones del alcance de ese efecto varían en un factor de 10, lo que no es muy preciso para algo tan importante.
«La cantidad de enfriamiento que causan los aerosoles es una gran incógnita en este momento, y ahí es donde entran las huellas de los barcos», dice Yuan, científico investigador asociado en el Centro Goddard Earth Sciences Technology and Research (GESTAR) II.
mar de datos
Cuando las partículas contaminantes de los barcos ingresan a las nubes bajas en la atmósfera, disminuyen el tamaño de las gotas individuales de la nube sin cambiar el volumen total de la nube. Eso crea más área de superficie de gotas, lo que refleja más energía que ingresa a la atmósfera de la Tierra de regreso al espacio y enfría el planeta.
Los instrumentos en los satélites pueden detectar estas diferencias en el tamaño de las gotas. Y el aire sobre el océano es generalmente muy limpio, lo que hace que las huellas de barcos relativamente estrechas que serpentean a través del océano sean fáciles de distinguir. «La mayor parte de la nube original no está contaminada y parte de ella está contaminada por el barco, lo que crea un contraste», explica Yuan.
Si bien las huellas de los barcos pueden ser relativamente obvias en los datos satelitales, debe saber dónde buscar y tener el tiempo y los recursos para buscar. Antes de los avances en el poder de cómputo y el aprendizaje automático, dice Yuan, Ph.D. los estudiantes podrían enfocar toda su tesis en identificar un grupo de huellas de barcos en datos satelitales.
«Lo que hicimos fue automatizar este proceso», dice Yuan. Su grupo «desarrolló un algoritmo para encontrar automáticamente estas huellas de barcos en el mar de datos».
Este gran avance les permitió generar por primera vez un mapa global completo de las rutas de los barcos durante un período prolongado (18 años). Luego, lo compartirán con el mundo, abriendo la puerta para que cualquiera pueda profundizar en los datos y hacer más descubrimientos.
acto de desaparición
Incluso antes de que se establecieran las regulaciones para limitar la contaminación, Yuan y sus colegas descubrieron que las huellas de los barcos no ocurrían en todos los lugares en los que viajaban los barcos. Solo las áreas con ciertos tipos de cobertura de nubes bajas tenían huellas de barcos, lo cual es útil para ajustar el papel de las nubes en los modelos climáticos. También encontraron que después de que Europa, EE. UU. y Canadá instalaron Áreas de Control de Emisiones (ECA) a lo largo de sus costas en 2015, las huellas de los barcos casi desaparecieron en esas regiones, lo que demuestra la eficacia de tales regulaciones para reducir la contaminación en las ciudades portuarias.
Sin embargo, las compañías navieras no necesariamente redujeron su producción de contaminación en todos los ámbitos. En cambio, hicieron cambios para adaptarse a las nuevas reglas. Los puertos en el norte de México (que no forman parte del sistema ECA) experimentaron una mayor actividad y se acumularon «puntos calientes» de contaminación a lo largo de los límites de las ECA a medida que los barcos modificaban sus rutas para pasar la menor cantidad de millas posible dentro de las zonas restringidas.
Sin embargo, en 2020, un acuerdo internacional estableció un estándar mucho más restrictivo para el envío de combustible a través de la totalidad de los océanos del mundo, en lugar de solo cerca de las costas. Después de eso, las únicas huellas de naves que el algoritmo del equipo pudo detectar fueron aquellas en las nubes más limpias. En nubes con una contaminación de fondo incluso leve, las supuestas huellas de los barcos se mezclaron.
Enigma climático
Parece obvio que reducir la contaminación de los barcos produciría un beneficio neto. Sin embargo, debido a que las partículas (como la contaminación del transporte marítimo) tienen un efecto de enfriamiento cuando interactúan con las nubes, reducirlas significativamente podría contribuir a un aumento problemático de las temperaturas globales, dice Yuan.
Esa es otra razón por la que es importante reafirmar el grado en que la contaminación por partículas enfría el planeta. Si el efecto de enfriamiento de estos contaminantes y otras partículas es significativo, los humanos deberán equilibrar la necesidad de evitar un calentamiento generalizado con la necesidad de reducir la contaminación donde viven las personas y otras especies, lo que crea decisiones difíciles.
«La contaminación de los barcos por sí sola puede crear un efecto de enfriamiento sustancial», dice Yuan, «porque la atmósfera sobre el océano es muy limpia». Existe un límite físico en cuanto a cuán pequeñas pueden llegar a ser las gotas de las nubes, por lo que, en cierto punto, agregar más contaminación no aumenta el efecto de enfriamiento de las nubes. Pero sobre el océano, debido a que el fondo no está contaminado en gran medida, incluso una pequeña cantidad de contaminación de los barcos tiene un efecto.
La contaminación del océano también es un factor determinante del efecto de enfriamiento de los aerosoles, porque las nubes bajas, que son más propicias para crear huellas de barcos, son más comunes sobre el agua que sobre la tierra. Y, como nos recuerda Yuan, «el océano cubre dos tercios de la superficie de la Tierra».
La fotografía más grande
En el futuro, Yuan y sus colegas están ayudando a resolver este enigma al continuar su trabajo para definir con mayor precisión el papel que juegan las nubes en el clima. «Podemos aprovechar los millones de muestras de huellas de barcos que tenemos ahora para comenzar a controlar el problema general de interacción aerosol-nube», dice Yuan, «porque las huellas de barcos se pueden usar como mini-laboratorios».
Al analizar los datos de un sistema relativamente simple y bien controlado (vías estrechas de barcos que atraviesan nubes muy limpias), pueden llegar a conclusiones en las que pueden confiar».
Otros equipos de investigación también pueden usar el conjunto de datos y el algoritmo del equipo para llegar a sus propias conclusiones, amplificando el impacto público potencial de este trabajo. Ese espíritu de colaboración ayudará a los científicos y las comunidades a determinar la mejor manera de abordar los desafíos globales como la contaminación y el cambio de temperatura.
