Grupo de Química Atmosférica y Clima
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El interés en el impacto de las especies químicas halogenadas reactivas en la Troposfera se ha incrementado en las dos últimas décadas, a partir de la observación de los radicales óxido de bromo y yodo (BrO e IO) en diversas localizaciones alrededor del mundo (véase Saiz-Lopez et al. 2011). Los halógenos modifican la capacidad oxidativa de la atmósfera de varias formas: destruyendo ozono, modificando la química de radicales de los óxidos de hidrógeno (OH y HO2) y de nitrógeno (NO y NO2) y, en el caso de los radicales clorados y bromados, oxidando directamente especies como el sulfuro de dimetilo (DMS). Por otra parte, los óxidos de yodo complejos condensan espontáneamente para formar partículas ultrafinas, y por ello se cree que pueden están implicados en la formación de núcleos de condensación de nubes (CCN) [O'Dowd et al., 2002; Saunders and Plane, 2005].

AC2 está involucrado en numerosos estudios de campo diseñados para mejorar nuestro entendimiento de la composición química de la Atmósfera. La mayoría de nuestras actividades de campo se centran en las medidas de especies halogenadas como los óxidos de bromo (BrO) y yodo (IO), ozono (O3), óxidos de nitrógeno (NOx), formaldehído (HCHO) y glioxal ((CHO)2). Esta página describe brevemente algunos de los proyectos en los que hemos trabajado recientemente:

 

GREENDOAS
greendoas

La detección y la medida de las concentraciones de compuestos halogenados (IO, BrO) son muy importantes en la química atmosférica debido a que estos gases modifican la capacidad oxidativa de la atmósfera. Las bajas temperaturas de las regiones polares contribuyen a aumentar las concentraciones de estos gases traza. Este aumento causa una disminución del ozono estratosférico debido a la reacción entre el ozono y estos óxidos de halógenos. Estudios recientes concluyen que es de vital importancia aumentar el conocimiento del comportamiento de estos gases en ambientes polares.

En este contexto se firmó un acuerdo –GREENDOAS– entre el Grupo de Química Atmosférica y Clima AC2 del CSIC, y el Department of Environmental Science de la Universidad de Aarhus (Dinamarca), para dotar el equipamiento permanente de la Villum Research Station (Latitud: 81º 36’ Norte) con un instrumento tipo MAX-DOAS (Multi AXis - Differential Optical Absorption Spectroscopy). La Villum Research Station es propiedad del Gobierno de Groenlandia (bajo Corona Danesa) y es operada por la Aarhus University en colaboración con el Ejercito Danés (the Arctic Command). La estación se inauguró en 2014 gracias a los medios proporcionados por el fondo privado danés Villum Foundation.

 
Green DOAS team

Consecuencia del citado acuerdo, se ha desarrollado un instrumento MAX-DOAS, totalmente diseñado y construido en el Grupo de Química Atmosférica y Clima (AC2) del CSIC, específico para el ambiente ártico. La construcción del instrumento finalizó en 2016 y tras un periodo de calibrados y pruebas en Madrid, fue enviado a Station Nord en noviembre de 2016.

La segunda quincena del mes de abril de 2017, dos miembros del grupo AC2 se han desplazo hasta la estación para proceder a la instalación, puesta a punto y primeras pruebas del instrumento en el Ártico. Del análisis de los primeros datos suministrados por el instrumento, se deduce que se han detectado los gases traza BrO y IO y se han medido sus concentraciones. A partir de mayo de 2017 el instrumento es parte del equipamiento de la Villum Research Station y suministrará datos sobre estos, y otros, gases de forma ininterrumpida durante los meses de luz. Es, por tanto, el primer instrumento de estas características instalado de forma permanente para contribuir al conocimiento de la química atmosférica de las regiones polares, y en particular del Ártico.  

Campaña en los pirineos
Pic du Midi de Bigorre Observatory

Durante Septiembre de 2013 AC2 participará en una campaña de medida en el Observatorio Pic du Midi en los Pirineos franceses, en colaboración con el laboratorio Géosciences Environnement Toulouse (GET) francés.

Los objetivos de esta campaña con la detección de compuestos halogenados (IO, BrO y I2), compuestos orgánicos volátiles (HCHO y CHOCHO), NOx (NO2 y NO3) y ozono para obtener su concentración en la troposfera libre, estudiar su distribución vertical, determinar sus fuentes, sumideros y caminos de reacción, y valorar su impacto en la capacidad oxidativa de la atmósfera.

Para realizar estas medidas se utilizarán los instrumentos LP-DOAS y MAX-DOAS en el observatorio Pic du Midi a 2877m the altitud.

AMISOC
 MG 4397 small

AMISOC (Atmospheric Minor Species relevant to the Ozone Chemistry at both sides of the jet) es una campaña organizada por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) http://www.amisoc.es/

AC2 participa en esta campaña durante julio y agosto de 2013 midiendo BrO, IO, NO2, HCHO y CHOCHO en el pico del Teide de las Islas Canarias, utilizando los instrumentos LP-DOAS y MAX-DOAS. AC2 también está involucrado en el modelado de los resultdos de gases traza y particulas para su interpretación.

Climate and HAlogen Reactivity tropicaL EXperiment (CHARLEX)
CHARLEX

El papel que juegan los radicales halogenados en la capa límite atmosférica remota sigue sin estar completamente claro, existiendo escasos estudios de campo previos [Allan et al., 2000; Read et al., 2008]. En particular, no se han realizado hasta la fecha observaciones in situ en el Océano Pacífico tropical y ecuatorial, existiendo tan solo medidas desde satélite que indican elevados niveles de IO [Schönhardt et al., 2007]. Por otro lado, en el Hemisferio Sur ecuatorial se ha observando que la concentración de ozono a menudo cae por debajo de las 5 partes por billón en volumen (ppbv) [e.g. Johnson et al., 1990], particularmente al final del invierno austral, hecho que no puede ser explicado invocando únicamente pérdidas por deposición superficial, fotólisis o vapor de agua.

El estudio de campo CHARLEX en las Islas Galápagos (Ecuador) tiene los siguientes objetivos: (a) validar las observaciones satelitales de IO sobre el Pacífico, (b) caracterizar el papel de las especies halogenadas en la capa límite atmosférica remota del Pacífico, (c) tratar de explicar los bajos niveles de ozono superficial observados en el pasado y (d) determinar si los niveles de IO observados pueden desencadenar la nucleación de partículas y si llegar a formar CCN.

AC2 ha liderado una campaña de un año de duración en la Isla Isabela, con medidas continuas de IO, BrO, OIO, I2, NO2, O3, partículas ultrafinas y datos meteorológicos. Estas medidas se han realizado en colaboración con la universidad de Leeds y el Instituto de Técnica Aeroespacial (INTA). Así mismo, la Universidad de East Anglia la colaborado con medidas in situ de halocarbonos precursores y la Universidad de Manitoba (Canadá) ha realizado un estudio sobre mercurio gaseoso y particulado.

Malaspina 2010-11
Malaspina 2010

Liderada por el MICINN y el CSIC, esta expedición de circunnavegación ha permitido estudiar de forma global la oceanografía física, la biogeoquímica y la biodiversidad microbiológica del océano y el intercambio de gases y contaminantes entre el océano y la atmósfera (http://www.expedicionmalaspina.es). Desde un enfoque interdisciplinar, Malaspina tiene como principal objetivo evaluar el impacto del cambio global en el océano.

AC2 ha participado en esta expedición aportando un dispositivo MAX-DOAS y un monitor de ozono, con los que se ha recogido una extensa base de datos de alta resolución que nos permitirá inferir la distribución espacio-temporal de gases traza atmosféricos como IO, BrO, HCHO y (CHO)2 a lo largo de las distintas etapas. Con ello podremos mejorar nuestro conocimiento sobre la interacción océano-atmósfera, así como su relación con el clima.

HaloCarbon Air Sea Transect-Pacific (HaloCAST-P)

 

HaloCAST-P

El crucero científico HaloCAST-P (HaloCarbon Air Sea Transect - Pacific) es parte de un esfuerzo internacional para estudiar la variabilidad espacial y temporal del bromoformo (CH3Br) y otros halocarbonos en la superficie oceánica en respuesta a la aplicación del Protocolo de Montreal y sus enmiendas [UNEP, 1995]. Este estudio está relacionado con los objetivos del proyecto SOLAS (Surface Ocean Lower Atmosphere Studies). Los objetivos a largo plazo de este trabajo son entender el origen y el ciclo del CH3Br y otros halocarbonos en los océanos, y desarrollar la capacidad de predecir la forma en que los flujos de gases entre el mar y el aire responderán a los cambios venideros de la química atmosférica y oceánica y el clima. Este proyecto está financiado por la National Science Foundation (ARRA 0927874) de los Estados Unidos y liderado por el departamento de Oceanografía de la Universidad de Texas A&M (http://ocean.tamu.edu/research/research-cruises/687-chile)

AC2 instaló un instrumento MAX-DOAS a bordo del Buque Oceanográfico Thomas Thompson como estudio complementario de la campaña HaloCAST-P en Abril de 2010, con el objetivo de reconstruir la distribución geográfica de IO, BrO, HCHO y (CHO)2 a lo largo del trayecto entre Punta Arenas (Chile) y Seatle (USA). El proyecto ha servido para incrementar nuestro conocimiento sobre la distribución latitudinal de estas especies y de sus posibles fuentes en la atmósfera oceánica.

Laminariae Emissions in Galicia: Observation by fLuorescence and Absorption Spectroscopy (LEGOLAS)

 

Legolas

Las Laminariales, conocidas popularmente como kelp en Inglés, son un género que abarca aproximadamente 30 especies de algas pardas que aparecen generalmente en aguas frías y templadas del Atlántico. En Galicia se encuentran varias especies de kelp: Chorda filum (L.), Laminaria hyperborea (Gunner.) Foslie, Laminaria ochroleuca Pylaie, Laminaria saccharina (L.) Lamour y Saccorhiza polyschides (Light.) Batters. . Los bosques de Laminarias juegan un papel clave en las zonas de entremareas y submarinas como hábitat y lugar de apareamiento, cría y alimentación de una gran variedad de especies de fauna y flora. Así mismo, contribuyen a la estabilización de sedimentos y protección de la línea de costa, a la producción primaria en la forma de carbono orgánico disuelto y al ciclo de nutrientes, siendo una fuente primordial de material detrítico para la cadena trófica en los estuarios. En los últimos años varios estudios han alertado de una reducción de los bosques de Laminarias en varias zonas el planeta, incluyendo Galicia.

Junto a su papel en la ecología costera submarina, las Laminarias tienen un impacto en la composición química de la capa límite atmosférica debido a sus emisiones de compuestos órgano-yodados (CH3I, C2H5I, CH2I2, CH2IBr, etc.) y yodo molecular (I2). Las Laminarias acumulan eficientemente el yodo contenido en el agua marina, hasta el punto de alcanzar más de un 1% de su peso en seco . El yodo se almacena en los tejidos periféricos en la forma de anión yoduro (I-) y se dosifica en el interior para neutralizar especies reactivas oxigenadas como el ozono (O3) o el peróxido de hidrógeno (H2O2). Se cree que I2 es un subproducto de la química que tiene lugar fuera de la membrana celular cuando la planta actúa para contrarrestar los efectos del estrés oxidativo. Una vez liberados en la atmósfera, los gases portadores de yodo producidos en los mecanismos de defensa de las laminarias son fotolizados por la radiación solar con tiempos de vida en la atmósfera que van desde los 10 segundos (I2) hasta varios días (CH3I), generándose átomos de yodo. La oxidación de estos por el ozono atmosférico da lugar a dos fenómenos competitivos: ciclos químicos de destrucción catalítica de ozono, en los cuales se altera la capacidad oxidativa de la atmósfera, y procesos de nucleación de aerosoles ultrafinos. Estos procesos constituyen la puerta de entrada del yodo desde el mar hasta la cadena trófica continental.

El estudio LEGOLAS [Mahajan et al., 2011] fue una campaña de dos semanas de duración en Abril-mayo de 2010 en la costa gallega (O Grove, Ria de Arousa), en la que por primera vez en la Península Ibérica se detectaron y cuantificaron emisiones de compuestos yodados y formación de partículas asociadas a la exposición de algas laminarias en bajamar.

 

 

 

 

 

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