Los secretos del humo: Cómo se eleva

El color ofrece pistas sobre la quema del material, y la forma de la pluma dice algo acerca de la intensidad del fuego.

El petróleo y los incendios domésticos, por ejemplo, producen humo negro porque estos incendios de alta temperatura liberan una gran cantidad de hollín y carbono negro. En contraste, el humo de los incendios forestales suele ser gris porque estas llamas a temperaturas más bajas liberan materia orgánica de color más claro y carbono marrón (madera y vegetación).

La forma de una columna de humo también puede decirle algo sobre el fuego que lo produjo. Los penachos de los incendios más intensos se agitan en nubes similares a las tormentas: pirocúmulos. En incendios menos intensos, el humo permanece en las capas cercanas a la superficie.

Los secretos del humo

Pero el humo tiene muchos secretos que son opacos para los ojos humanos. ¿A qué altura y hasta dónde llegará el humo? ¿Cómo cambia a medida que viaja? ¿Cuáles son las propiedades de las pequeñas partículas que se encuentran dentro del humo?

Estas preguntas se han vuelto cada vez más urgentes a medida que las temporadas de incendios forestales se han vuelto más largas y más intensas debido al cambio climático. Tales preguntas se sintieron particularmente apremiantes en 2018, cuando los grandes incendios trajeron la devastación a California y se generaron focos de humos que se prolongaron durante días.

El sensor MISR

Uno de los satélites de observación de la Tierra de la NASA, Terra, lleva el Espectrómetro Automático de Imágenes de Ángulos Múltiples (MISR), que es particularmente útil para descifrar los secretos del humo.

MISR contiene nueve cámaras que están orientadas estratégicamente para ver la Tierra desde diferentes ángulos. Uno apunta hacia abajo, mientras que el resto está orientado en ángulos que van desde 26 a 70 grados hacia la parte frontal y posterior del satélite. Esto significa que MISR toma imágenes de la misma columna de humo nueve veces diferentes a medida que pasa. Combinado con otras observaciones y modelos atmosféricos, el instrumento está ayudando a los científicos a dibujar una imagen rica de lo que sucede después de que comienza la quema.

"Al tomar datos en todos estos ángulos, podemos utilizar el paralaje para estimar la altura de las plumas de los incendios", explicó Ralph Kahn, un científico atmosférico del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. "Al mirar de lado a lo largo de múltiples caminos a través del humo y la bruma en la atmósfera, también reunimos detalles importantes sobre cómo las partículas reflejan o absorben la luz, lo cual es clave para comprender la cantidad, tamaño, forma, reflectividad y otras propiedades de las partículas".

Cuando el incendio Camp Fire estalló en el norte de California el 9 de noviembre de 2018, el satélite Terra pasó por alto y reunió una amplia gama de datos sobre la columna de humo. Mientras que el sensor MODIS mostró una gran nube de humo que se desprendía del fuego (imagen superior izquierda), las cámaras de MISR mostraron que el penacho se elevaba de 2 a 3 kilómetros de altitud (imagen superior derecha) sobre algunas áreas, lo suficiente para que el humo se extendiera en la troposfera libre, donde puede extenderse ampliamente.

El penacho descendió a aproximadamente 1 kilómetro a medida que avanzaba hacia el sur y el oeste y se acercaba al océano. La siguiente tabla muestra la altura de varias características de humo medidas por MISR a diferentes distancias de la fuente del incendio.

Las nueve cámaras MISR detectaron una mezcla de partículas inusualmente grandes y no esféricas en el penacho justo cerca de Paradise, California, probablemente debido a los miles de edificios que se queman en la ciudad. Los incendios forestales, como los que se queman en el área circundante, tienden a producir partículas más pequeñas y redondas.

Algunos de los mayores avances científicos provienen no del análisis de una sola imagen o evento, sino de la agregación de datos a través de cientos o incluso miles de columnas de humo generadas por un sensor como MISR.

Los miembros del grupo de investigación de Kahn, con la ayuda de estudiantes graduados en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, la Universidad de Maryland y otros lugares, han estado trabajando durante años para compilar una base de datos completa de observaciones de altura de la pluma de MISR.

En 2010, Maria Val Martin y sus colegas publicaron datos sobre cinco años de observaciones de MISR en América del Norte; más recientemente, el grupo amplió el análisis para incluir tres años de incendios en todo el mundo.

Descubrieron que una pequeña fracción de los incendios de América del Norte (4 a 12 por ciento) arrojaban humo sobre la capa límite planetaria hacia la troposfera libre. En América del Norte, tales incendios se encontraban entre los más grandes, y ocurrieron principalmente en los bosques boreales de Canadá y Alaska en el verano. Los incendios de cultivos y pastos, que se encuentran con mayor frecuencia en los 48 estados más bajos de los Estados Unidos, tienden a producir penachos más pequeños y más cortos.

"La altitud a la que se inyecta el humo es crítica", dijo Val Martin, ahora un científico atmosférico en la Universidad de Sheffield. “Determina la vida útil de un contaminante, su trayectoria a favor del viento y la magnitud de su impacto ambiental. Este es el tipo de información que es clave para advertir a las personas sobre los eventos de humo y la protección de la salud pública ".

Los investigadores también están trabajando para incluir información clave del MISR en modelos atmosféricos, muchos de los cuales carecen de información precisa sobre las alturas de la columna de humo. "Restringir los modelos para que sean lo más significativos posible es una cosa clave que hacemos con los datos de MISR", dijo Kahn. "Si nuestros modelos atmosféricos asimilan datos del mundo real, existe una mayor probabilidad de que obtengamos información precisa sobre cosas como a dónde se dirigen las columnas de humo y hacia dónde el humo afectará la calidad del aire y las personas".

Imágenes de NASA Earth Observatory por Joshua Stevens, usando datos de MISR cortesía de Ralph Kahn y Verity Flower / NASA GSFC, y datos de MODIS de la NASA EOSDIS / LANCE y GIBS / Worldview. Historia de Adam Voiland.

NASA Earth Observatory