Científicos descubren mecanismo que explica la variabilidad climática en la mesosfera terrestre

Investigadores han identificado un mecanismo fundamental que explica la variabilidad climática en la mesosfera superior, la región de transición entre la atmósfera terrestre y el espacio, según revela un estudio publicado en la revista Atmospheric Chemistry and Physics.

La investigación, basada en datos de satélites MLS, SABER y SOFIE, demuestra que el ascenso polar durante los meses de solsticio actúa como el principal impulsor de un patrón de variabilidad en fase opuesta entre los hemisferios norte y sur, afectando la distribución de vapor de agua, hidrógeno atómico, ozono, oxígeno atómico y temperatura.

"Utilizando datos de satélite, exploramos la variabilidad interanual impulsada por el ascenso polar de las temperaturas cerca de los 90 km y los componentes atmosféricos durante los meses de solsticio, revelando un mecanismo de control ascendente de 'ascenso-H₂O(H)-O₃(O)-T90' en los dos hemisferios", señalan los autores del estudio.

El mecanismo descubierto funciona a través de una cadena de procesos interconectados. Primero, el ascenso polar de verano transporta vapor de agua hacia arriba, que luego es transportado hacia el hemisferio de invierno por vientos meridionales. Esta hidratación aumenta el hidrógeno atómico mediante fotólisis y agota el ozono en el hemisferio de invierno a través de la pérdida catalítica impulsada por el hidrógeno.

Simultáneamente, el enfriamiento inducido por el ascenso promueve la formación de nubes mesosféricas polares (PMC), cuyo crecimiento de partículas de hielo bloquea el transporte de vapor de agua y deshidrata las alturas por encima de estas nubes. Esta deshidratación reduce la abundancia de hidrógeno, disminuyendo así la pérdida de ozono impulsada por este elemento.

Las temperaturas más frías también aumentan directamente el ozono a través de la cinética del ozono. El ozono mejorado, junto con el oxígeno acoplado, aumentan colectivamente las temperaturas polares de verano por encima de los 90 km.

"Esta variabilidad interanual en fase opuesta entre hemisferios, mediada por la microfísica de las PMC y la química H₂O-O₃, establece el ascenso polar de verano como un impulsor fundamental del clima mesosférico y destaca la importancia del acoplamiento dinámico-químico en la mesosfera superior", explican los investigadores.

La mesosfera superior de verano es la región más fría de la atmósfera terrestre, con temperaturas tan bajas como 130 K debido al enfriamiento adiabático del ascenso impulsado por ondas de gravedad, según señala el estudio. Durante los meses de solsticio, los vientos zonales son hacia el oeste por debajo de aproximadamente 90 km y hacia el este por encima, mientras que los vientos meridionales fluyen desde el hemisferio de verano hacia el de invierno.

Los investigadores utilizaron mediciones de tres instrumentos satelitales para investigar la variabilidad climática de la mesosfera superior. El Microwave Limb Sounder (MLS) a bordo del satélite Aura de la NASA, lanzado en julio de 2004, proporciona mediciones atmosféricas globales entre 82° N y 82° S. El instrumento Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry (SABER) a bordo del satélite TIMED, lanzado en diciembre de 2001, y el experimento Solar Occultation for Ice (SOFIE) a bordo del satélite AIM, lanzado en abril de 2007.

El estudio revela patrones climáticos distintos durante diciembre, con respuestas opuestas de vapor de agua entre hemisferios: deshidratación en la mesopausa polar de verano (75-82° S) y hidratación en latitudes bajas (15-20° N) en el hemisferio norte. Estos patrones de vapor de agua impulsan variaciones correspondientes de ozono a través de interacción química.

Las respuestas de temperatura muestran una clara antisimetría hemisférica, con correlaciones negativas en el hemisferio sur y correlaciones positivas en el hemisferio norte con respecto a la temperatura a 80 km en el polo sur, utilizada como indicador del ascenso polar.

Los investigadores señalan que las desviaciones estándar de estas variables superan significativamente sus tendencias lineales, lo que potencialmente enmascara señales a largo plazo. El transporte meridional extiende la firma de deshidratación hasta 35° S (más allá de la cobertura de las PMC) y la hidratación hasta 35° N.

Este descubrimiento proporciona nuevas perspectivas sobre los procesos que controlan el clima de la mesosfera y podría tener implicaciones para la comprensión de la variabilidad climática a largo plazo en esta región crítica de la atmósfera terrestre.