Cambios en la química y en la dinámica de la estratosfera por la erupción masiva de 2022 del volcán Hunga Tonga

La poderosa explosión, también cambió la química y la dinámica de la estratosfera en el año siguiente a la erupción , lo que provocó pérdidas sin precedentes en la capa de ozono de hasta el 7% en grandes áreas del hemisferio sur, según un estudio reciente publicado en Proceedings of the National Academia de Ciencias de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard y la Universidad de Maryland.

Cambios en la estratosfera debido a la gran explosión submarina

Según la investigación, lo que impulsa esos cambios atmosféricos fue la gran cantidad de vapor de agua inyectada en la estratosfera por el volcán submarino. La ubicación de la estratosfera es aproximadamente de 13 a 48 km sobre la superficie de la Tierra y es donde reside la capa protectora de ozono .

"La erupción de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai fue realmente extraordinaria porque inyectó alrededor de 146.000 millones de litros de vapor de agua en la estratosfera normalmente seca, lo que es simplemente una cantidad absolutamente increíble de agua de un solo evento", dijo David Wilmouth, un proyecto Científico de SEAS y primer autor del artículo.

"Esta erupción nos colocó en un territorio inexplorado", dijo Ross Salawitch, profesor del Centro Interdisciplinario de Ciencias del Sistema Terrestre de la Universidad de Maryland y coautor del estudio. "Nunca hemos visto, en la historia de los registros satelitales, tanto vapor de agua inyectado en la atmósfera y nuestro artículo es el primero que analiza las consecuencias aguas abajo en amplias regiones de ambos hemisferios en los meses posteriores a la erupción utilizando datos satelitales y un modelo global."

La erupción arrojó aerosoles y gases a las profundidades de la estratosfera. Parte del material alcanzó la mesosfera inferior, a más de 48 km sobre la superficie de la Tierra, altitudes nunca registradas en una erupción volcánica. Estudios anteriores encontraron que la erupción aumentó el vapor de agua en la estratosfera en un 10% en todo el mundo, con concentraciones aún mayores en algunas áreas del hemisferio sur.

Wilmouth, Salawitch y el resto del equipo de investigación utilizaron datos del Microwave Limb Sounder (MLS) a bordo del satélite Aura de la NASA, para rastrear no sólo cómo se movía el vapor de agua por todo el mundo, sino también monitorear la temperatura y los niveles de monóxido de cloro (ClO) , ozono (O3 ), ácido nítrico (HNO3 ) y cloruro de hidrógeno (HCl) en la estratosfera durante el año siguiente a la erupción. Luego compararon esas mediciones con los datos recopilados por MLS de 2005 a 2021 antes de la erupción.

Resultados del estudio

El equipo descubrió que la inyección de vapor de agua y dióxido de azufre (SO2 ) cambió tanto la química como la dinámica de la estratosfera. En términos de química, el SO2 provocó un aumento de los aerosoles de sulfato, que proporcionaron nuevas superficies para que ocurrieran reacciones químicas.

"Ciertas reacciones que tal vez no ocurran en absoluto o que ocurran lentamente pueden ocurrir más rápido si hay aerosoles disponibles en los que puedan tener lugar esas reacciones", dijo Wilmouth. "La inyección de SO2 del volcán permitió la formación de aerosoles de sulfato y la presencia de vapor de agua provocó la producción adicional de aerosoles de sulfato".

El aumento de los aerosoles de sulfato y el vapor de agua desencadenó una cadena de acontecimientos en la compleja química atmosférica que condujo a cambios generalizados en las concentraciones de varios compuestos, incluido el ozono.

El vapor de agua adicional también tuvo un efecto de enfriamiento en la estratosfera, lo que provocó un cambio en la circulación, lo que provocó disminuciones del ozono en el hemisferio sur y un aumento del ozono en los trópicos.

Los investigadores descubrieron que la máxima disminución del ozono se produjo en octubre, nueve meses después de la erupción.

"Tuvimos este enorme aumento en el vapor de agua en la estratosfera con aumentos modestos en el sulfato que desencadenaron una serie de eventos que llevaron a cambios significativos en la temperatura y la circulación, ClO, HNO3, HCl, O3 y otros gases ", Wilmouth dicho.

A continuación, los investigadores esperan continuar el estudio siguiendo el impacto del volcán hasta 2023 y más allá, a medida que el vapor de agua se desplaza desde los trópicos y las latitudes medias hasta el polo del hemisferio sur, donde tiene el potencial de amplificar las pérdidas de ozono en la Antártida. Se espera que el vapor de agua permanezca elevado en la estratosfera durante varios años.

Referencia

David M. Wilmouth et al, Impact of the Hunga Tonga volcanic eruption on stratospheric composition, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2301994120