¿Qué es el cambio climático y cómo ayudan la ciencia y la tecnología nucleares a medirlo y monitorizarlo?

Desde el deshielo de los glaciares y la menguante superficie de los lagos hasta la destrucción de cosechas y el aumento de los riesgos sanitarios: los efectos del cambio climático son visibles y tangibles. El clima de un lugar determinado se define a partir de las condiciones meteorológicas medias registradas durante un período considerable, mientras que por cambio climático se entienden las variaciones de esas pautas meteorológicas. El aumento de las temperaturas modifica las pautas meteorológicas y distorsiona el equilibrio de la naturaleza y nuestra vida diaria.

Las temperaturas han aumentado alrededor de 1,1 grados Celsius a nivel mundial con respecto a los niveles preindustriales y, según la Organización Meteorológica Mundial (OMM), los últimos siete años han sido los más cálidos registrados hasta el momento. No obstante, el aumento de las temperaturas es solo el principio de la cuestión.

“El cambio climático está cambiando la faz de nuestro mundo —afirma Oksana Tarasova, Funcionaria Científica Superior de la OMM—. Afecta nuestra vida y nuestros bienes, con unas temperaturas cada vez mayores, la subida del nivel del mar y la creciente intensidad de los fenómenos extremos”.

Si bien factores naturales como las erupciones volcánicas y la descomposición de las plantas repercuten en el clima, los científicos coinciden en que la actividad humana es el principal motor del cambio climático. La quema de combustibles fósiles —a saber, carbón, petróleo y gas— y el aclareo de tierras de cultivo y de bosques generan emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), como el dióxido de carbono (CO₂) y el metano, que atrapan el calor y producen un aumento de las temperaturas.

En el último informe de la OMM se confirmó que las concentraciones de gases de efecto invernadero habían alcanzado un máximo histórico en 2021. La concentración de dióxido de carbono fue de 415,7 partes por millón (ppm) en todo el mundo, aproximadamente un 50 % por encima de los niveles preindustriales.

“Para reducir el impacto de la actividad humana en el clima es necesario combatir las emisiones de gases de efecto invernadero —señala la Sra. Tarasova—. La pregunta es: ¿cómo podemos hacerlo de la forma más eficiente?”.

La respuesta está en el aire y nos la revelan los isótopos estables.

Isótopos estables

Los isótopos estables son formas no radiactivas de los átomos. Para medir la cantidad y la proporción de isótopos en la materia se emplean técnicas nucleares, y esta información, llamada firma isotópica, se puede utilizar para determinar su origen.

A fin de hacer frente al cambio climático, los científicos analizan muestras de aire y se sirven de técnicas nucleares para determinar la fuente del problema. “Es necesario comprender las fuentes, los sumideros —es decir, todo aquello que absorbe más carbono de la atmósfera que el que libera— y la composición isotópica, o firma isotópica, del dióxido de carbono —declara Manfred Gröning, Director del Laboratorio de Radioquímica del Medio Ambiente Terrestre del OIEA—. La composición isotópica del dióxido de carbono en una muestra de aire es como un documento de identidad que revela si el dióxido de carbono proviene de un proceso natural o industrial”.

Al determinarse la fuente de las emisiones es posible aplicar medidas más eficaces y eficientes para hacer frente a los contaminantes y reducir los GEI en la atmósfera. “En una zona podría haber un incendio forestal; en otra, actividades agropecuarias y un deterioro de las plantas; si a todo lo anterior sumamos la quema de combustibles fósiles, no es de extrañar que el cambio climático sea una cuestión compleja —dice el Sr. Gröning—. Queremos determinar científicamente esas fuentes de emisiones”.

Materiales de referencia

El cambio climático no conoce fronteras y afecta a todas las regiones del planeta. Un enfoque unificado para la vigilancia a nivel mundial depende de unas mediciones isotópicas normalizadas, y es ahí donde el OIEA desempeña un papel importante.

“El OIEA cuenta con expertos no solo en análisis isotópico sino también en el desarrollo de materiales de referencia”, afirma Federica Camin, Especialista en Materiales de Referencia en el OIEA. Los materiales de referencia son normas físicas que se utilizan para calibrar el equipo de laboratorio. Desde la década de 1960, el OIEA elabora materiales de referencia y los pone a disposición de los laboratorios para ayudarlos a garantizar la calidad de los resultados obtenidos mediante técnicas analíticas nucleares.

“El kilogramo es la unidad estándar para medir la masa. En el caso de los GEI, son los materiales de referencia los que establecen ese estándar para que los laboratorios utilicen la misma escala de medida, independientemente de su ubicación. Eso es lo que se necesita para tener un sistema de monitorización a escala mundial”, señala la Sra. Camin. El OIEA ha desarrollado un estándar de carbonato en forma de polvo blanco envasado en una pequeña ampolla. “A partir de este carbonato sólido en polvo los laboratorios pueden producir gas de dióxido de carbono para calibrar sus instrumentos analíticos”, agrega la Sra. Camin.

Con el fin de mejorar el acceso de los usuarios a los materiales de referencia de CO₂, el OIEA está produciendo materiales de referencia gaseosos que los laboratorios podrán utilizar de manera más sencilla. “Unos 40 laboratorios de todo el mundo encabezan la medición de isótopos estables en gases de efecto invernadero en la atmósfera, y para ello necesitan estándares— señala la Sra. Camin—. Estamos desarrollando tres nuevos materiales de referencia de gas CO₂ , con el objetivo de que puedan utilizarlos más laboratorios y, de ese modo, contribuyan a un conjunto mundial de datos de gran calidad sobre gases de efecto invernadero”. Se prevé distribuir los nuevos materiales de referencia en 2024.

Apoyo a los laboratorios

Según el Sr. Gröning, la medición exacta de las concentraciones de GEI en la atmósfera y de sus relaciones isotópicas es extremadamente complicada. Para estas mediciones se necesitan suficientes equipos de laboratorio, protocolos y recursos humanos para garantizar que los datos sean comparables. Solo un puñado de instituciones están capacitadas para medir isótopos con el fin de rastrear y localizar las fuentes exactas de las emisiones de GEI. En 2021, con el objetivo de colmar lagunas en las mediciones mundiales, el OIEA y la OMM pusieron en marcha su primer proyecto de cooperación técnica conjunto para ayudar a crear capacidad en relación con las mediciones isotópicas, en particular por lo que respecta a las emisiones de metano en toda África, América Latina y el Caribe, Asia y el Pacífico, y Europa.

“En las próximas décadas se liberará más metano a la atmósfera proveniente del deshielo del permafrost”, advierte el Sr. Gröning. A nivel global, comprender cómo podría evolucionar la liberación del metano, y cómo este se transfiere, desintegra o destruye, ayudará a informar a los científicos acerca de los procesos y medidas necesarios para mitigar el cambio climático. El OIEA está desarrollando materiales de referencia del gas metano.

Con el desarrollo de capacidades para utilizar técnicas isotópicas a fin de monitorizar las mediciones, se podrán recopilar más datos y agregarlos a la Vigilancia de la Atmósfera Global, de la OMM. Ese programa se utiliza para dar seguimiento a las tendencias de los GEI en la atmósfera terrestre. “Necesitamos más mediciones y datos de mayor calidad para comprender qué nos depararán los años y décadas venideros —agrega el Sr. Gröning—. Hace falta tiempo, pero hay grandes posibilidades de obtener resultados”.