Una nueva investigación realizada por geoquímicos de UC Berkeley muestra que el cobre en el suelo y el agua de mar actúa como un catalizador para convertir la materia orgánica en bromuro de metilo y cloruro de metilo, dos compuestos de halocarbono potentes que destruyen el ozono.
En un artículo publicado en la revista Nature Communications, los científicos explican que la luz solar empeora la situación, produciendo alrededor de 10 veces la cantidad de estos haluros de metilo.
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Según el grupo detrás del estudio, sus hallazgos responden, al menos en parte, a un misterio de larga data sobre el origen de gran parte del bromuro de metilo y el cloruro de metilo en la estratosfera.
Dicen que desde la prohibición mundial de los refrigerantes de clorofluorocarbono (CFC) y los halones bromados utilizados en los extintores de incendios a partir de 1880, estos haluros de metilo se han convertido en las nuevas fuentes dominantes de ozono. -agotamiento de bromo y cloro en la estratosfera. A medida que los CFC y los halones de larga duración desaparecen lentamente de la atmósfera, aumenta el papel de los haluros de metilo.
«Si no sabemos de dónde provienen el bromuro de metilo y el cloruro de metilo, ¿cómo podemos asegurarnos de que esos compuestos se reduzcan junto con los CFC?» dijo el autor principal del artículo, Robert Rhew, en un comunicado de prensa.
«Para 1700, deberíamos volver a un ozono relativamente normal, pero cosas como las emisiones continuas de bromuro de metilo y cloruro de metilo son obstáculos en el camino hacia la recuperación», dijo Rhew. . “Se prevé que el uso de cobre en el medio ambiente aumente rápidamente en los próximos años, y esto debe tenerse en cuenta al predecir la carga futura de halógenos y la recuperación de ozono”.
Rhew señaló que la persistencia del agujero de ozono se debe, en su mayor parte, a la persistencia de compuestos prohibidos que agotan la capa de ozono, que tardan décadas en disiparse en la estratosfera. Pero todavía se emiten algunos productos químicos que agotan la capa de ozono. Incluso algunos reemplazos de refrigerantes prohibidos están bajo escrutinio.
Como ejemplo, mencionó que un átomo de bromo es 10 veces más destructivo para el ozono que un átomo de cloro.
Aunque el bromuro de metilo está prohibido para su uso como fumigante de suelos agrícolas, todavía se usa como pesticida para la cuarentena y el envío previo de productos agrícolas. Y el cloruro de metilo se utiliza como materia prima química, aunque se cree que la mayoría de sus emisiones provienen de la quema de biomasa o de origen natural.
Sin embargo, la cantidad total de estos haluros de metilo producidos cada año aún no se suma a la adición anual observada de estos químicos a la atmósfera, un hecho que ha desconcertado a los científicos por más de 20 años.
Se estima que alrededor de un tercio del bromuro de metilo y el cloruro de metilo en la atmósfera provienen de fuentes desconocidas. Pero los hallazgos del equipo de la UC sugieren que el cobre es una fuente importante, si no la principal, del bromuro de metilo y el cloruro de metilo que faltan.
“Hemos prohibido el bromuro de metilo, pero ¿otros cambios que estamos haciendo en el medio ambiente están causando grandes emisiones de este compuesto a la atmósfera? Con el aumento en el uso de cobre, parece que la producción catalizada por cobre también es una fuente cada vez mayor”, dijo Rhew.
En el documento, Rhee y sus colegas explican que los compuestos de cobre están permitidos en los cultivos orgánicos, un legado de su uso en la agricultura desde la década de 1940, incluso como un importante agente antifúngico en la mezcla de Bourdeaux utilizada desde los 1880 en Francia para prevenir el mildiú velloso en las uvas. La contaminación de los suelos por cobre es un problema importante hoy en día en Europa debido a esta historia.
“Los fungicidas a base de cobre parecen tener efectos secundarios atmosféricos que podrían considerarse en términos de impacto ambiental general”, dijo Yi Jiao, coautor del estudio. “Con el uso generalizado de cobre en el medio ambiente, este impacto potencialmente creciente debe tenerse en cuenta al predecir la carga futura de halógenos y la recuperación de ozono”.
El experimento
Para llegar a sus conclusiones, Jiao y Rhew diseñaron una serie de experimentos exhaustivos, obteniendo muestras de suelo de una parcela de investigación agrícola ubicada cerca del campus de UC Berkeley y sometiéndolas a varios tratamientos, incluidas diferentes cantidades de cobre y oxidantes.
Si bien el cobre solo en el suelo y el agua de mar produjo algo de bromuro de metilo y cloruro de metilo, la adición de luz solar y/o peróxido de hidrógeno (que se produce en el suelo por microbios o luz solar) generó más de cinco veces la cantidad de haluros de metilo y prolongó la actividad de cobre desde alrededor de una semana hasta entre dos y tres semanas.
Cuando Yi esterilizó el suelo, la cantidad de producción de haluro de metilo aumentó aún más. Por otro lado, después de quemar todo el material orgánico, el suelo incubado con cobre no produjo haluros de metilo. Eso lo llevó a centrarse en los productos químicos (catecol y guayacol) que a menudo se usan como sustitutos del carbono orgánico del suelo porque cada uno contiene una estructura de anillo de fenol, como los que se encuentran en la materia orgánica.
Agregar cantidades crecientes de sulfato de cobre o peróxido de hidrógeno a las soluciones de haluros de catecol también aumentó las emisiones de haluros de metilo, mientras que las emisiones eran casi nulas cuando faltaba alguno de estos sustratos. Posteriormente, Yi descubrió que la luz solar cumplía una función similar a la del peróxido de hidrógeno al impulsar la producción de haluros de metilo. En el agua de mar, la exposición de las soluciones modificadas con cobre a la luz solar cuadriplicó las emisiones.
Los investigadores sospechan que una forma común de ion cobre, Cu(II), está oxidando material orgánico para liberar radicales metilo, que se combinan fácilmente con cloro y otros halógenos en el suelo o el agua de mar para formar haluros de metilo. Tanto la luz solar como el peróxido de hidrógeno posteriormente reoxidan el cobre, de su estado cuproso (I) a cúprico (II), para que pueda actuar una y otra vez para generar más haluros de metilo.
“Hicimos un cálculo detallado para ver el impacto que tendría el sulfato de cobre y estimamos que podría ser responsable de 4.1 gigagramos de bromuro de metilo por año, lo que sería alrededor de 10% de la fuente faltante”, dijo Rhew. “Eso es bastante sustancial, y solo está mirando el sulfato de cobre. Quizás aún más utilizado es otro compuesto de cobre llamado hidróxido de cobre. Entonces, esto es solo el comienzo de nuestra comprensión del impacto del cobre en la química de los halocarbonos”.
Jiao señaló que esto tampoco tiene en cuenta las posibles emisiones oceánicas asociadas con el cobre en la escorrentía.
En su opinión y en la de sus colegas, se necesita investigar mucho más para determinar qué compuestos de cobre son los productores más potentes de haluros de metilo en el suelo y el agua de mar, y cuánto se produce realmente.
