Las emisiones de dióxido de carbono procedentes de la combustión de combustibles fósiles producirán una reducción del 3% en la densidad de la capa más alta de la atmósfera o termosfera de aquí a 2017, señala un equipo de científicos del National Center for Atmospheric Research (NCAR en Colorado y de la Pennsylvania State University en un comunicado del NCAR.
Esta investigación, cuyos resultados han sido publicados por la revista Geophysical Research Letters, revela que el cambio climático se está manifestando en todas las capas atmosféricas, señala uno de los autores del estudio, el científico del NCAR Stan Solomon.
Observaciones recientes realizadas por estos científicos de rastreo de las órbitas de los satélites han demostrado que la densidad de la termosfera, situada a 100 kilómetros sobre la Tierra, se está reduciendo. Estos cálculos confirman una predicción realizada por el NCAR en 1989 que señalaba que la termosfera se enfriaría y contraería como consecuencia del aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera.
Una baja densidad en la termosfera reduce la atracción que ejerce sobre los satélites de órbita baja, provocando que éstos permanezcan más tiempo en el espacio. Las predicciones sobre los niveles de la densidad del aire en esta capa atmosférica permitirán a la NASA y otras agencias planear las necesidades de combustible y los tiempos de lanzamiento de los satélites de manera más precisa, ahorrando potencialmente millones de dólares.
El presente estudio es el primero que analiza si el cambio observado en la densidad de la termosfera aumentará en la próxima década. Stan Solomon y sus colaboradores han medido con precisión las trayectorias de una serie de satélites privados, militares y de la NASA con el fin de conocer a fondo el efecto de los gases invernadero sobre ellas.
Enfriamiento por contaminación
El dióxido de carbono enfría la termosfera, incluso a pesar de que caliente la troposfera, capa de la atmósfera cercana a la superficie terrestre. Esta paradoja sucede porque la atmósfera se hace más fina con la altura.
Por debajo de los 100 kilómetros de altitud, en la llamada mesosfera (capa de la atmósfera situada entre la termosfera y la troposfera), el aumento de los gases de efecto invernadero potencia la absorción de rayos infrarrojos, provocando el aumento de la temperatura del aire. En cambio, en la termosfera, el aumento de la cantidad de gas carbónico produce el efecto contrario: disminuye la temperatura y la densidad del aire.
Cerca de la superficie terrestre, el dióxido de carbono absorbe las radiaciones procedentes de la Tierra, pero antes de que las moléculas gaseosas irradien esta energía al espacio, las frecuentes colisiones con otras moléculas de la densa atmósfera inferior hacen que el CO2 libere esta energía en forma de calor, lo que aumenta la temperatura del aire.
En la termosfera, mucho más fina que la troposfera, una molécula de dióxido de carbono absorbe energía cuando choca con una molécula de oxígeno, pero hay tiempo suficiente para irradiar dicha energía al espacio antes de que ocurra otra colisión.
El resultado es un enfriamiento. Según se enfría, la termosfera se estabiliza, y su densidad se reduce.
El efecto solar
La termosfera también se está viendo afectada por un ciclo de 11 años de actividad solar. Durante la fase activa de este ciclo, la luz ultravioleta y las partículas energéticas procedentes del sol aumentan, produciendo un calentamiento y una expansión en las capas más altas de la atmósfera. Cuando la actividad solar se reduce, la termosfera se estabiliza y se enfría.
Con el fin de analizar los ciclos solares recientes para prever el futuro, el equipo del NCAR y de la universidad de Pennsylvania, usaron un modelo informático de la termosfera que incorpora tanto los ciclos solares como el incremento gradual de dióxido de carbono atmosférico derivado de las actividades humanas.
El equipo también utilizó una predicción para el próximo ciclo solar, publicada por el científico del NCAR Mausumi Dikpati y sus colegas, que señalaba que habrá un ciclo solar más fuerte de lo normal en la próxima década. Los resultados señalaron que la reducción de la densidad en la termosfera sería de tres a cuatro veces más rápida durante la actividad solar mínima que durante la máxima.
Consecuencias para los satélites
Muchos satélites, incluido el de la Estación Espacial Internacional y el telescopio espacial Hubble, siguen una órbita baja alrededor de la Tierra, de unos 480 kilómetros de altura. Con el tiempo, las capas altas de la atmósfera atraen a los satélites más cerca de la Tierra. La fuerza de dicha atracción depende de la densidad de la termosfera, por lo que es necesario conocer con mayor precisión los cambios que se producen en su interior.
Si la densidad de la termosfera se reduce, se puede ver modificado el tiempo de vida de los satélites. Al no ser atraídos con tanta fuerza hacia las capas más bajas de la atmósfera por la falta de densidad en la termosfera, podría ser que alrededor del planeta orbitara durante mucho más tiempo mayor cantidad de la llamada “chatarra espacial”: satélites obsoletos, globos sonda…
En 45 años, alrededor de 7.500 objetos mayores que una naranja podrían girar alrededor de nuestro planeta a una velocidad de unos 28.000 kilómetros por hora. Desde los inicios de la era espacial se sabía de estos cambios en la densidad de la termosfera, ahora se pueden además definir utilizando los modelos NCAR.