Estimación espaciotemporal del Black Carbon en la cuenca nival Estero Juncalillo: análisis retrospectivo y proyecciones futuras

Abstract

El Carbono Negro (BC, Black Carbon) es uno de los principales contaminantes atmosféricos proveniente de la combustión incompleta de combustibles fósiles. Sobre superficies nivales, tiene la capacidad de reducir su habilidad de reflejar la radiación solar (albedo) en el rango visible, absorbiendo más calor, acelerando su ablación y reduciendo su duración. Esta reducción es especialmente importante cuando la distancia a la fuente de emisión de contaminantes atmosférico es variable, produciendo distintas concentraciones de impurezas depositadas sobre el manto nival. Por lo tanto, resulta de alto interés estudiar los cambios espaciotemporales producidos por las emisiones de BC atmosférico para comprender los efectos que estos generan sobre la criósfera. Esta investigación busca reconstruir (respecto al período 2006-2022) y generar predicciones (hacia los años 2023-2035) el BC atmosférico de manera espaciotemporal entre los meses de junio a octubre en la cuenca Estero Juncalillo, situada en los Andes Centrales de Chile, donde se ubica la carretera CH-60, la cual presenta el mayor tráfico vehicular entre Chile y Argentina. Para lograrlo, en primer lugar, se evaluarán estimaciones espaciotemporales de las concentraciones de BC en la nieve (CBCS, Concentration of Black Carbon in Snow) mediante un modelo simplificado de transferencia radiativo asintótico (modelo ART, asymptotic radiative transfer model); empleando 17 años (2006-2022) de distintos productos de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). En segundo lugar, se desarrolló un modelo estadístico para determinar el BC atmosférico a partir de las CBCS del modelo ART obtenidas y mediante formulaciones empíricas de la velocidad de depositación seca de partículas y densidad superficial de la nieve. En último lugar, se proyectaron dos escenarios de BC atmosférico (2023-2035) mediante dos escenarios: 1) Proyecciones de cambio climático empleando Modelos Climáticos Globales (GCMs, Global Climate Models) del Coupled Model Intercomparison Project 5 (CMIP5) con métodos de downscaling estadístico (SDMs, Statistical Downscaling Methods) y 2) Incremento del tráfico vehicular de la carretera CH-60 mediante relaciones estadísticas. Los principales resultados revelaron: (1) Las CBCS promedios a nivel mensual variaron entre [160, 520] ng g-1, encontrándose que en zonas cercanas a la carretera ( < 1 km) fueron entre [11, 20] % mayores respecto zonas alejadas ( ≥ 1 km). (2) En zonas bajas de la cuenca (2200-3000 msnm), el BC atmosférico retrospectivo (2006-2022) y la distancia más cercana a la carretera varió entre [0.11, 0.24] μg m-3 y [0.01, 6.17] km, mientras que en las zonas altas (4000-4700 msnm) mostró una variación [0.08, 0.17] μg m-3 y [1.13, 11.26] km. Esto estaría indicando que el BC atmosférico aumentó a menores altitudes de la cuenca y a menor distancia con la carretera. El BC atmosférico del escenario retrospectivo, a nivel de cuenca, revela un valor promedio de 0.12 μg m-3 y una tendencia positiva no significativa de 2.9 ng m-3 year-1. (3) El escenario futuro (2023-2035) del BC atmosférico asociado a las proyecciones de cambio climático es mejor representado por el GCM IPSL-CM5A-MR y el SDM asociado a Quantile Delta Mapping. A nivel de cuenca, este presentó un valor promedio de 0.10 μg m-3 y una tendencia negativa significativa de 1.2 ng m-3 year-1. El escenario futuro asociado al tráfico tuvo un incremento de 0.69 a 1.41 millones de vehículos en la carretera. A nivel de cuenca, este presentó un valor promedio de 0.21 μg m-3 y una tendencia positiva significativa de 12.0 ng m-3 year-1. Estos resultados respaldan la noción de que los impactos del BC atmosféricos necesitan ser apropiadamente considerados para estudios regionales, sobre todo en proyecciones futuras de cambio climático y, particularmente en zonas de la criósfera cercanas a emisión de contaminantes, como lo es la cuenca Estero Juncalillo, la cual presenta un régimen nival y el paso fronterizo con un alto flujo vehicular durante todo el año.