La calidad del aire es sinónimo de calidad de vida, debido a su profunda relación con el estado de salud de la sociedad. Cada día respiramos aproximadamente 10 mil litros de aire, mucho más que los tres litros de agua diarios que requerimos beber para vivir. De hecho, mientras podemos permanecer varios días sin tomar agua –siendo tres días la cifra estándar y hasta 18 días la de casos extremos–, para la mayoría de nosotros es imposible aguantar la respiración por más de tres minutos. Entre los constituyentes del aire, requerimos de una mezcla precisa de oxígeno y nitrógeno para poder vivir. Junto a estos gases vitales, existen otros, como el ozono, los óxidos de nitrógeno y azufre, y el monóxido de carbono, que tienen efectos negativos en nuestra salud.

Otros gases, como el dióxido de carbono y el metano –conocidos por su papel como gases de efecto invernadero–, también nos afectan debido a su asociación con el calentamiento actual del planeta. Además de los gases, en la atmósfera abundan los aerosoles, partículas en suspensión cuyo tamaño va desde algunas muy diminutas hasta grandes granos de arena, clasificándose habitualmente en partículas menores a 2.5 y 10 micrómetros (PM2.5 y PM10, respectivamente. Un micrómetro = 0.001 mm). Tanto los gases como los aerosoles pueden ser producidos por fuentes naturales (erupciones volcánicas) o antropogénicas (quema de combustibles fósiles). En conjunto, un coctel de gases y aerosoles circulan por nuestro sistema respiratorio diariamente, pudiendo generar afectaciones a nuestra salud.

Para hacerlo aun más interesante, hoy por hoy, la contaminación del aire es el segundo factor de riesgo de muerte en el mundo. Por esta razón, en México y en varios países del mundo, existen normas claras sobre los rangos de concentración de los contaminantes atmosféricos, las cuales usualmente se presentan a manera de índices de calidad del aire. Así como un valor de pH nos indica la acidez de una sustancia que vamos a ingerir, estos índices de calidad del aire nos indican qué tan bueno es el aire que vamos a respirar. En México, la Norma Oficial Mexicana número 172 de la Semarnat del 2023 especifica los lineamientos de cómo en cada estado de la república se monitoree la calidad del aire y se emitan las alertas atmosféricas correspondientes en caso de contingencias ambientales por riesgo a nuestra salud.

Pero, ¿cómo se relaciona el estudio de la calidad del aire con el estudio del océano? A pesar de que la relación puede no ser evidente a primera vista, ambos comparten un común denominador: la atmósfera. Es bien conocido que la atmósfera modula los movimientos superficiales del océano y, a su vez, el océano modula los movimientos atmosféricos. Esta retroalimentación no solo ocurre en términos de intercambio de energía, sino también de intercambios químicos y biológicos. Los gases más abundantes en la atmósfera también lo son en el océano, debido al equilibrio fisicoquímico que se establece entre ambos. Este equilibrio se da en la interfase océano-atmósfera, promoviendo niveles de oxígeno y nitrógeno esenciales para la respiración de organismos marinos que van desde diminutos peces hasta el gran tiburón ballena.

También los microbios marinos utilizan el oxígeno disuelto para transformar la materia orgánica en nutrientes, los cuales son aprovechados por las macro y microalgas para florecer. De manera recíproca, el oxígeno consumido es renovado por las microalgas a través de la fotosíntesis, de igual manera que ocurre en los grandes bosques del sistema terrestre. De hecho, al igual que ocurre con las plantas terrestres, las microalgas marinas consumen dióxido de carbono, ayudando al secuestro de carbono atmosférico en las profundidades oceánicas y con ello al enfriamiento del planeta.

Otro componente atmosférico importante para el océano, aunque sea difícil de creer, son los aerosoles, y es en lo que nos enfocaremos para establecer la aplicación del estudio de la calidad del aire en la oceanografía. Todos los días, por efecto del viento, las micro y macro perturbaciones en la superficie del océano generan aerosoles marinos. El ejemplo más evidente es la brisa que sentimos al estar en la playa mientras observamos cómo rompen las olas. Los aerosoles marinos se componen de gotas microscópicas de agua, sales, materia orgánica, microalgas marinas y cualquier componente capaz de ser suspendido por la energía del oleaje.

Estos aerosoles son transportados hacia la zona costera por el viento, muchas veces percibido por los habitantes como una sensación agradable de aire fresco, húmedo y un poco salado. Sin embargo, cuando en el océano existen condiciones idóneas para el desarrollo de las denominadas “mareas rojas” –florecimientos masivos de microalgas marinas con pigmentos que suelen dar un color rojizo al agua– los aerosoles marinos que se producen presentan componentes químicos que pueden afectar la salud de la población. Por ejemplo, se ha reportado que mareas rojas en las costas del sur de California ocasionadas por el dinoflagelado Lingulaulax polyedra –una especie fitoplanctónica que produce yessotoxinas– son capaces de elevar las concentraciones de toxinas en el aire, ocasionando malestares en la población.

Por otro lado, en el Golfo de México, los florecimientos masivos de la microalga Karenia brevis suelen incrementar los niveles de brevetoxinas en los aerosoles, ocasionando problemas respiratorios en la población. Actualmente, no existen sensores capaces de detectar la presencia de estas toxinas en el aire, por lo que los oceanógrafos colectan muestras de aerosoles en la costa y realizan análisis químicos especializados para su detección. A pesar de que no hay muchos trabajos que reporten el impacto que tienen este tipo de toxinas en los habitantes del litoral mexicano, es una línea de investigación que debe fortalecerse, sobre todo considerando el creciente desplazamiento de la población mexicana hacia zonas costeras, los cambios en las temperaturas del océano hacia condiciones más cálidas y el incremento en la frecuencia y duración de las mareas rojas.

Pero no todo es malo en el tema de los aerosoles, ya que el océano también recibe importantes aportes de partículas desde el continente. Cuando hablamos sobre aportes de aerosoles hacia el océano, hay que pensarlo como el gran viaje que emprenden partículas continentales con distinta composición química y biológica hacia aguas oceánicas. En este caso, el viento es el responsable de la suspensión y transporte de dichas partículas, y la gravedad es la encargada de depositarlas en la superficie del agua.

Aquí existe una historia apasionante para los oceanógrafos que los ha hecho estudiar las masas de aire por encima de las masas de agua: la fertilización oceánica asociada con el aporte atmosférico de aerosoles continentales. Y es que la principal fuente de nutrientes para las microalgas marinas se ubica en la franja costera –una zona provista de una gran cantidad de elementos de origen continental–, en donde se concentra la mayor riqueza y abundancia de especies marinas, y con ello, las principales pesquerías.

Lejos de la costa, las aguas oceánicas carecen de elementos esenciales para la vida, limitando el crecimiento de las microalgas marinas, un eslabón básico para el desarrollo de la cadena trófica. Entre los principales responsables de dicha limitación se encuentra el hierro, elemento indispensable para la vida que abunda en el continente pero que es muy escaso en el océano.

Un método natural que tiene el planeta Tierra para fertilizar estás extensas regiones oceánicas es la emisión de plumas de polvo (PM10 micrómetros) o de mayor tamaño que son transportadas a través de la atmósfera desde los grandes desiertos del planeta. Otro as bajo la manga es la producción de aerosoles por medio de erupciones volcánicas o incendios forestales, generando plumas de cenizas (PM2.5 o menores) que son transportadas a través de grandes extensiones oceánicas.

La manera en que los oceanógrafos estudian los aportes atmosféricos de hierro –y de otros elementos bio-esenciales– hacia el océano va desde el muestreo del aire que se realiza en la cubierta de buques oceanográficos a lo largo de rutas bien definidas, hasta la puesta en marcha de estaciones de medición costeras fijas del tipo “serie tiempo”, las cuales monitorean cambios temporales a lo largo de los años.

La manera en la que se toman las muestras de aerosoles es muy parecida a la de muestreos clásicos con los que se evalúa la calidad del aire, que incluye la instalación de muestreadores de aire de alto volumen que colectan aerosoles en filtros de gran formato. Estos filtros son procesados químicamente y analizados en laboratorios especializados, obteniendo así una gama muy completa de elementos químicos.

Aunado a esto, las imágenes satelitales y modelos de trayectorias de masas de aire, son una herramienta muy importante para detectar aportes, identificar fuentes y evaluar impactos. Es posible, por ejemplo, tener información de la densidad óptica de aerosoles en la atmósfera sobre vastas porciones del océano, así como la trayectoria de masas de aire y aerosoles a través del tiempo. En los últimos años, el uso de sensores de bajo costo, también ha sido de gran utilidad para evaluar los cambios temporales y espaciales de la concentración de aerosoles en la zona costera.

Por ello, estudiar los aportes de aerosoles continentales hacia el océano es de gran relevancia y es una línea de investigación que se está desarrollando en el noroeste de México, una de las regiones más áridas del país, reconocida por sus extensos litorales. De hecho, la producción de polvo en los desiertos del noroeste de México y suroeste de los Estados Unidos es una de las más grandes a nivel global.

Este material constituye un aporte significativo de partículas hacia uno de los mares marginales más ricos del mundo, el Golfo de California, y hacia las productivas aguas del Océano Pacífico.

De manera extraordinaria, durante la temporada de otoño-invierno, la producción de partículas y su transporte hacia el océano se intensifica debido a la ocurrencia de fenómenos meteorológicos conocidos como vientos Santa Ana. Las altas temperaturas, bajas humedades y fuertes vientos que caracterizan a los eventos Santa Ana, son idóneas para que tengan lugar grandes incendios forestales. Como consecuencia, masas de aire ricas en cenizas y polvo continental son transportadas hacia las costas del noroeste de México, impactando la calidad del aire en la región y fertilizando el océano adyacente.

Para estudiar estos fenómenos se ha desplegado una red de estaciones de monitoreo atmosféricos en el noroeste de México, que contempla una estación del tipo serie de tiempo “ICAARO” (Investigación de Calidad del Aire y aportes Atmosféricos Regionales hacia el Océano) en la ciudad de Ensenada, Baja California, cuatro estaciones de monitoreo en regiones costeras urbanizadas de Baja California y una red de sensores ópticos de bajo costo instalados en el noroeste de México. Este tipo de investigación es un claro ejemplo de cómo el estudio de la calidad del aire puede ser aplicado en la oceanografía y cómo, a su vez, los estudios oceanográficos pueden contribuir en el monitoreo de la calidad del aire, contribuyendo a la generación de conocimiento novedoso, así como de información relevante para la salud de la población.

Armando Félix-Bermúdez¹, Francisco Delgadillo-Hinojosa¹,
Eunice Vanessa Torres-Delgado¹, Hiram Rivera-Huerta², Mary Carmen Ruiz-de la Torre²
Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California, Ensenada, México
Facultad de Ciencias Marinas, Universidad Autónoma de Baja California, Ensenada, México
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