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Algunas respuestas se encuentran en las profundidades del hielo, esperando ser descubiertas.
Realizar investigaciones de química ambiental me ha llevado a los lugares más remotos de la Tierra. En mis estudios de doctorado, tuve la suerte de manejar muestras del Polo Sur y realizar mi propia investigación en Groenlandia, y luego en la Antártida para mis estudios de posdoctorado. ¿Qué estábamos buscando, que nos llevó al medio de la nada?
Las erupciones volcánicas son bastante impredecibles. Entre los volcanes más activos y estéticos con coladas de lava se encuentran el Monte Etna en Catania (Italia), el Kilauea en la gran isla de Hawái (EE.UU.) y más recientemente Monte Fagradalsfjall en Islandia Cuando ocurren eventos más pequeños, la gente viaja de todas partes para ver esta maravilla natural. Sin embargo, no todas las erupciones son iguales…
Dependiendo de una serie de factores, incluida la altura de la columna de la erupción y la composición de las emisiones, los eventos volcánicos pueden tener un efecto bastante significativo en el clima global. los Índice de Explosividad Volcánica (VEI) es una escala logarítmica utilizada para medir el valor de explosividad de las erupciones volcánicas y categorizarlas de 0 (efusiva) a 8 (megacolosal). El mayor de estos eventos en el siglo pasado fue la erupción del Pinatubo en Filipinas en 1991 (VEI 6, colosal). La columna de nubes llegó a lo alto de la estratosfera, expulsando enormes cantidades de aerosoles y gases, incluido el dióxido de azufre (SO2) que dispersan y absorben la luz solar. Esto condujo a una medición efecto de enfriamiento global durante casi dos años después de que terminó la erupción. Las imágenes de días sin nubes al mediodía durante este tiempo mostraron un cielo brumoso blanco plano, indicativo del efecto de dispersión de los aerosoles de azufre a gran altitud.
Otras grandes erupciones volcánicas han dado lugar a períodos de hambruna y de iluminación. Se dice que los fantásticos cielos resultantes del Krakatoa en 1883 (VEI 6, colosal) inspiraron a Edvard Munch para pintar su conocida obra maestra El grito. Si estás familiarizado con frankenstein, puedes agradecer a Mary Shelley por escribirlo durante el invernal «año sin verano» de 1816, producto de la erupción del Monte Tambora (VEI 7, supercolosal).
Resolviendo un misterio en los confines de la tierra
Este período frío ha sido estudiado extensamente por varios grupos de investigación y metodologías. De hecho, se descubrió que la década anterior fue anormalmente fría, sin embargo, no hubo ningún registro de otra erupción volcánica inmediatamente aparente. En última instancia, fue el hielo prístino el que contenía la pista que resolvió este misterio y muchos otros.
El dióxido de azufre emitido durante las erupciones volcánicas se oxida a aerosoles de ácido sulfúrico en la atmósfera y, dependiendo de la altura que alcancen, pueden residir durante días o incluso años. La deposición de sulfato volcánico en las capas de hielo polar de la Antártida y Groenlandia conserva un registro de erupciones a través de la acumulación continua de nieve en estas áreas. Por lo tanto, se pueden encontrar registros de actividad volcánica en núcleos de hielo polar midiendo la cantidad de sulfato. Una forma fantástica de determinar el sulfato, junto con otro conjunto de aniones y cationes principales en muestras acuosas, incluso a niveles de trazas, es con cromatografía iónica (CI).
Por supuesto, los gases también se pueden medir a medida que quedan atrapados en los espacios entre los copos de nieve, que luego se compactan y luego se bloquean en la capa de hielo. Sin embargo, la resolución de tiempo para esto no es lo suficientemente fina para tales mediciones volcánicas, ni el volumen de gas es lo suficientemente grande para hacer una estimación precisa del origen volcánico.
Perforar núcleos de hielo para el análisis de iones no es un negocio simple. La logística es asombrosa: llevar el equipo de campo y el personal debidamente capacitado al centro de la capa de hielo requiere una red de transporte sofisticada y no puede seguir un cronograma estricto porque la Madre Naturaleza sigue sus propias reglas.
Es necesario un chequeo médico completo de arriba a abajo, ya que las instalaciones médicas pueden ser rudimentarias en el mejor de los casos. Esto incluye análisis de sangre, control cardíaco, radiografías dentales completas y más (según su edad y sexo). Puede llevar varios días evacuar a una persona herida o enferma a un hospital adecuado y, por lo tanto, gozar de buena salud con un registro médico actualizado es parte de estar preparado para este tipo de trabajo remoto.
El equipo debe enviarse al sitio con semanas o meses de anticipación, a menudo dejado a merced de los elementos antes de volver a ensamblarse. Con suerte, todo funciona. Si no, debe ser muy ingenioso porque no hay envíos regulares y las piezas de repuesto son difíciles de conseguir.
Los núcleos de hielo obtenidos de áreas polares y otros lugares remotos se han utilizado durante décadas para analizar y reconstruir eventos pasados. Se deben hacer muchas consideraciones con respecto a dónde perforar, qué tan profundo ir, etc. La ubicación geográfica es de vital importancia por varias razones, entre ellas evitar la contaminación por emisiones antropogénicas, pero también por su tasa anual de acumulación de nieve, la proximidad a volcanes e incluso a otros seres vivos (como las colonias de pingüinos, en la Antártida).
Un registro de alta resolución de sulfato de núcleos de hielo perforados en Groenlandia y la Antártida ha llevado al descubrimiento de eventos volcánicos previamente desconocidos. La cromatografía iónica con un sistema de doble canal permite la medición simultánea de cationes y aniones de la misma muestra. Cuando se trata de muestras tan críticas y volúmenes pequeños, este es un gran beneficio para fines de mantenimiento de registros completos. Con la adición de preparación automática de muestras como Ultrafiltración en línea Metrohm o Dilución en línea, el error humano se elimina con un método de análisis sólido que ahorra tiempo.
Aprender más sobre Preparación de muestras en línea de Metrohm (MISP) aquí.
Preparación de muestras inline de Metrohm (MISP)
En las últimas dos décadas, la resolución temporal de los datos del análisis de núcleos de hielo ha aumentado significativamente. La conductividad solía ser la medida elegida para determinar grandes eventos volcánicos en núcleos de hielo, ya que es difícil ver (sin ayuda) los depósitos de tefra de muchas erupciones, al contrario de lo que pueda pensar. La conductividad del ácido sulfúrico es mayor que la del agua, pero la conductividad es un parámetro de suma y no revela exactamente qué componentes hay en la muestra.
Incluso cuando IC comenzó a generar tracción en este espacio, los tamaños de muestra no permitieron a los investigadores determinar variaciones mensuales, sino aproximaciones anuales. Esto significaba que cualquier pico de sulfato más pequeño podría haberse pasado por alto. Los investigadores han tratado de superar esto comparando los registros de los núcleos de hielo de todo el mundo para estimar el tamaño, el origen y el impacto climático de los volcanes del pasado. Desafortunadamente, cuando el sitio de perforación se encuentra cerca de un vulcanismo activo (como es el caso de Groenlandia, a favor del viento desde Islandia), incluso las erupciones más pequeñas pueden parecer tener un efecto de gran tamaño.
La resolución de tiempo mejorada que ahora es posible con una preparación de muestras más sofisticada (es decir, configuraciones de flujo continuo para la fusión de muestras sin contaminación) para la inyección de CI de pequeño volumen permite una datación más precisa de las erupciones volcánicas sin otros registros históricos aparentes.
Dependiendo de la nevada anual en el sitio de perforación y la profundidad del núcleo perforado, puede ser posible determinar en qué mes de un año determinado ocurrió la deposición de sulfato de una erupción volcánica.
Esta información, combinada con otros datos (p. ej., la duración de la deposición) ayuda a identificar la circulación de la columna de la erupción y estimar el impacto global. Aparte de esto, se pueden obtener otros datos midiendo la composición isotópica del sulfato depositado para determinar la altura de la nube de erupción (un método más preciso para confirmar erupciones estratosféricas), pero eso está más allá del alcance de este artículo.
Mediante la cromatografía iónica, es posible incluso en el campo para determinar con precisión la profundidad donde los eventos volcánicos específicos de interés se encuentran en el hielo. Luego se pueden perforar varios núcleos de hielo en el mismo lugar para adquirir un mayor volumen de hielo para realizar análisis más detallados.
Obtenga más información sobre la solidez de la cromatografía iónica Metrohm aquí.
Para resolver este misterio en particular, fue la combinación de hacer coincidir el mismo pico de sulfato medido a través de IC en núcleos de hielo de ambas regiones polares junto con confirmar la naturaleza estratosférica de la erupción lo que condujo al descubrimiento de un evento volcánico no registrado previamente en los trópicos alrededor del año 1809 EC
El período frío se extendió por una segunda erupción volcánica
De hecho, la erupción estratosférica de Tambora en 1815 ya fue precedida por otro evento de gran impacto climático en los trópicos solo unos años antes. Esta combinación condujo a uno de los períodos más fríos de los últimos 500 años. Los datos obtenidos por las mediciones IC de los núcleos de hielo fueron fundamentales en este descubrimiento, y muchos más en los últimos años.
Datos de alto impacto
Se han descubierto otras erupciones volcánicas nuevas en el registro de núcleos de hielo a medida que mejora la tecnología analítica. Sus fechas de erupción también se pueden determinar con mayor precisión, lo que ayuda a explicar cuál de ellos tuvo un impacto climático o no. Esta información ayuda a mejorar la precisión de los modelos climáticos, ya que los aerosoles de sulfato a gran altura resultantes de grandes erupciones reflejan el sol y provocan largos períodos de enfriamiento global. Es por ello que algunos grupos han propuesto una forma de geoingeniería donde se inyectan cantidades controladas de gases de azufre en la atmósfera para imitar los efectos de una erupción estratosférica.
Conclusión
¡Espero que este breve resumen de un nicho de investigación ambiental con cromatografía iónica haya despertado su interés! Tal vez la inspiración de saber que tales roles existen empujará a otros jóvenes científicos a seguir una carrera similar. ¡La educación química no siempre tiene que ocurrir en el interior!
