Copos de nieve: ¿solución al O3 troposférico?

Cuando comenzaron a estudiar los fundamentos de la estructura de los copos de nieve, nadie  dijo a los químicos analíticos de la Universidad Purdue que en realidad estaban profundizando en uno de los métodos naturales más eficaces que intervienen en la reducción del ozono troposférico. Vayamos por partes.

Paul Shepson y Knepp, responsables del estudio, sabían ya que muchos procesos químicos tienen lugar en la superficie del hielo. Su trabajo consistía en estudiar qué reacciones tenían lugar durante los cambios de forma que puede experimentar un copo de nieve, y por qué se dan  transiciones tan dispares en su forma a medida que varía la temperatura. Hicieron crecer copos de nieve durante todo un año en una cámara no más grande que un refrigerador pequeño, variando la temperatura desde los -40ºC hasta 40ºC, así como las condiciones de humedad. Las diferencias que observaron no sólo explicaban que dos copos de nieve nunca sean idénticos, sino que revelaron ser de gran utilidad a la hora de investigar la capa de ozono sobre el Océano Ártico.

Todo bloque de hielo, sea cual sea su tamaño, posee una finísima capa superficial de agua líquida. Aún bastante por debajo del punto de congelación del agua el hielo no pierde esa capa delgada de agua en estado líquido. En los critales de los copos de nieve, esa capa aparece en la parte superior y en los laterales. Lo que provoca que el cristal tome formas diferentes no es el cristal en sí, sino las variaciones que experimenta esa capa superficial a medida que se modifica su temperatura y humedad. Los cristales de los copos varían sus formas y a veces vuelven a la original, cuando se producen estos cambios. De aquí la deducción es lógica: es el espesor de esa capa de agua lo que determina la forma general que asume el cristal del copo de nieve
Lo importante es que el espesor de esta capa delgada de agua es lo que dicta la forma general que asume el cristal del copo de nieve.
Este conocimiento tiene utilidad práctica para los trabajos de Knepp y sus colegas sobre el ozono atmosférico, que abarca también al ozono presente a poca altura. El O3 troposférico poco tiene que ver con su hermano estratosférico. A mayor altura, los rayos de onda corta (UV) solares producen la fotólisis de la molécula de ozono:  O3 → O2 + O; los átomos de O liberados vuelven a combinarse con otra molécula de O2 de forma que se obtiene otra molécula de O3 que volverá a apantallar los UV empleando su energía en la reacción de rotura.

Sin embargo, a menor altitud, el ozono goza de otro tipo de “compañías químicas”. En condiciones normales:

NO2 → (en presencia de luz) NO + O

O + O2 → O3

NO + O3 → NO2 + O2

Es decir, al final se establece un equilibrio en las concentraciones de NO2. Sin embargo, con la presencia de hidrocarburos derivados de los contaminantes primarios, la tercera reacción no tiene lugar, no se recuperan los niveles de NO2 y se acumula el NO y el O3. Es decir, el O3 troposférico adquiere una alta toxicidad tanto para animales como para vegetación: la presencia de contaminantes primarios y secundarios altera su intervención en las reacciones químicas, resultando en una rotura del equilibrio.

¿Todo esto para qué? Para comprender la importancia del descubrimiento de los distintos grosores de la capa de agua superficial de los copos de nieve. En presencia de agua pueden tener lugar todo tipo de reacciones químicas complejas. Estas reacciones, en las que interviene la capa de agua líquida de la superficie de los cristales de nieve, causa la liberación de ciertos compuestos químicos que reducen el nivel de O3 a poca altura. Aunque el ritmo de estas reacciones se ve limitado parcialmente por el tamaño de los copos de nieve, lo cierto es que ofrecen la consistencia necesaria para actuar como soporte de una reacción química con agua. Por determinar queda descubrir qué papel cumplen exactamente, perfilándose como una atractiva forma de combatir la contaminación industrial actual.

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