La pluja, una química invisible que serveix per transformar els ecosistemes
Durant dècades, quan s’ha parlat de la química de la pluja, el debat científic s’ha centrat sobretot en la contaminació atmosfèrica i en els compostos inorgànics responsables de la coneguda pluja àcida. Sulfats, nitrats i amoni han estat els principals protagonistes dels estudis i de les normatives destinades a reduir els efectes de la contaminació. Però l’aigua que cau dels niguls amaga una composició molt més complexa. Entre les gotes també hi viatja una barreja de molècules orgàniques que, malgrat trobar-s’hi en concentracions petites, poden tenir una influència considerable sobre els ecosistemes.
Aquesta és una de les principals conclusions de la investigació que lidera Ana M. Yáñez-Serrano, científica de l’Institut de Diagnòstic Ambiental i Estudis de l’Aigua (IDAEA-CSIC), que acaba de publicar la revisió bibliogràfica més extensa feta fins ara sobre la presència de compostos orgànics volàtils (COV) a l’aigua de pluja. El treball obre una nova perspectiva sobre la manera com s’interrelacionen l’atmosfera, el sòl i els organismes vius, i planteja la necessitat d’incorporar aquesta química fins ara poc coneguda als models ambientals i climàtics.
«La pluja no només neteja l’aire, sinó que duu una química oculta capaç de transformar els ecosistemes», explica la investigadora. Una afirmació que qüestiona una de les idees que durant molt de temps han condicionat l’estudi de la precipitació: que les substàncies volàtils, pel fet d’evaporar-se amb facilitat, difícilment poden acabar dissoltes dins l’aigua.
Una composició molt més complexa del que es pensava
Els compostos orgànics volàtils són molècules basades en carboni que passen fàcilment a l’estat gasós. Poden tenir un origen natural, com les emissions de les plantes i els microorganismes, però també provenir de l’activitat humana, especialment del trànsit, la indústria i els incendis.
Fins ara, el seu estudi s’havia centrat principalment en la presència a l’atmosfera i en les emissions dels diferents focus contaminants. La possibilitat que una part d’aquestes substàncies fos arrossegada per la pluja i retornàs a la superfície terrestre havia rebut molta menys atenció.
La revisió científica dirigida per Yáñez-Serrano posa de manifest que aquest transport és més habitual del que es creia. De fet, prop del 50 % de la matèria orgànica dissolta a l’aigua de pluja encara no està caracteritzada. Els investigadors sospiten que una part important d’aquesta fracció desconeguda correspon a compostos orgànics volàtils i als seus productes de transformació.
La troballa és especialment significativa perquè, a diferència dels contaminants inorgànics, molts d’aquests compostos tenen una elevada reactivitat química i poden ser assimilats amb facilitat pels organismes vius.
La pluja, per tant, no es limita a arrossegar substàncies presents a l’atmosfera. També les retorna als ecosistemes, on poden experimentar noves transformacions i intervenir en processos biològics. «El cicle es tanca: els COV tornen a la terra i es transformen químicament», assenyala la investigadora.
De l’atmosfera al sòl: un viatge de retorn
La presència d’aquestes molècules a l’aigua representa un canvi important en la comprensió dels cicles biogeoquímics. La idea tradicional era que, a causa de la seva volatilitat, els COV tendien a romandre en fase gasosa i es desplaçaven per l’atmosfera des del lloc on s’havien emès.
Tanmateix, la pluja no és aigua químicament pura. Conté partícules, metalls i altres elements que poden modificar la solubilitat dels gasos i facilitar que substàncies aparentment poc solubles siguin incorporades a les gotes. D’aquesta manera, els compostos orgànics poden acabar dipositats sobre la vegetació, els sòls i les masses d’aigua.
Encara que les estimacions apunten que la precipitació només retira un 13,3 % dels COV emesos a l’atmosfera, aquesta proporció pot tenir una transcendència ecològica notable. Els microorganismes del sòl, per exemple, poden aprofitar aquests compostos com a font de carboni i aliment.
La influència també arriba a les plantes. Els COV poden actuar com a factors d’estrès o com a reguladors de la química de les fulles, i modificar així les interaccions entre la vegetació i l’atmosfera. A més, poden alterar l’acidesa de les precipitacions i afectar la capacitat dels sòls per esmorteir els canvis químics, així com la manera com es transporten i s’eliminen altres contaminants.
Un dels exemples que il·lustren aquesta relació prové de l’Amazònia, on estudis anteriors varen identificar els àcids acètic i fòrmic, emesos per la vegetació, com els principals responsables de l’acidesa de la pluja. És una mostra de fins a quin punt els mateixos ecosistemes poden intervenir en la composició química de l’aigua que després els retorna.
Els primers mil·límetres de pluja, els més carregats
Les implicacions d’aquesta descoberta no es limiten als espais naturals. També poden ser importants per a les ciutats i per a la gestió dels recursos hídrics, especialment en un context en què la qualitat de l’aigua és una preocupació creixent.
Un dels fenòmens que cal tenir en compte és el conegut com a first-flush o primer rentatge de la precipitació. Es tracta de la primera fase d’una tempesta, quan l’aigua arrossega una part important dels compostos químics acumulats a l’atmosfera i sobre les superfícies urbanes.
Segons les dades recollides en la investigació, els dos primers mil·límetres de pluja poden concentrar entre el 40 % i el 80 % de la càrrega química total de l’episodi. Això significa que l’aigua que cau al començament d’una tempesta pot presentar una composició molt diferent de la que arriba posteriorment.
Aquesta concentració de substàncies pot tenir conseqüències per als sistemes d’abastiment d’aigua potable, el reg agrícola i els cultius hidropònics. Els compostos químics associats a les partícules i a la matèria orgànica poden comprometre la qualitat de l’aigua i obliguen a prestar més atenció a la composició de les primeres aigües de precipitació.
La qüestió també obre noves línies de treball en la planificació urbana, especialment en relació amb la recollida i l’aprofitament de l’aigua de pluja. No basta conèixer-ne el volum: també és necessari entendre quines substàncies transporta i com poden evolucionar després del contacte amb el sòl o amb les infraestructures urbanes.
Una nova peça per entendre el canvi climàtic
Un altre dels camps que podria veure’s afectat per aquesta nova perspectiva és la modelització del canvi climàtic. Els COV constitueixen una peça del cicle del carboni que fins ara no s’havia incorporat de manera adequada als models ambientals.
El carboni dissolt en aquests compostos pot passar de l’atmosfera als ecosistemes terrestres i aquàtics, on és incorporat per bacteris i altres microorganismes. Aquest intercanvi pot influir en els processos de transformació de la matèria orgànica i en les relacions entre l’atmosfera, la vegetació i els sòls.
Per això, la investigadora considera que els compostos orgànics volàtils presents a la pluja podrien representar «l’esglaó perdut del cicle del carboni». Incorporar-los als models permetria obtenir una visió més completa dels fluxos de carboni i de les interaccions entre els diferents components dels ecosistemes.
Malgrat la importància potencial del fenomen, encara són molt pocs els grups científics que s’hi dediquen. Segons Yáñez-Serrano, només hi ha dos o tres equips de recerca al món que treballen específicament en aquest àmbit. A més, bona part dels estudis existents s’han limitat a mesurar un únic compost, mentre que el seu equip vol analitzar la barreja completa de COV i els productes químics que se’n deriven.
L’objectiu és entendre com interactuen, durant un episodi de precipitació, els compostos orgànics, els metalls, les partícules i els microorganismes. Una aproximació que permetria estudiar la pluja com un sistema químic dinàmic, i no simplement com una mostra d’aigua amb una determinada concentració de substàncies.
Un mostrejador per capturar la química de la pluja
Per avançar en aquesta línia de recerca, l’equip s’enfronta també a un obstacle tècnic important: els instruments convencionals de recollida d’aigua de pluja no estan preparats per preservar els compostos orgànics volàtils.
Alguns dels mostrejadors tradicionals estan fabricats amb plàstics que poden contaminar les mostres, mentre que altres no permeten evitar que els microorganismes alterin la composició química de l’aigua abans que pugui ser analitzada al laboratori. En un camp en què les concentracions són petites i les molècules poden transformar-se ràpidament, aquests problemes poden comprometre els resultats.
Per solucionar-ho, l’equip està desenvolupant un prototip de mostrejador automàtic seqüencial fabricat amb materials inerts, com el vidre, el tefló i l’acer inoxidable. L’aparell dividirà cada episodi de pluja en mostres individuals, recollides cada 50 o 100 mil·lilitres, per poder seguir l’evolució de la composició química al llarg de la tempesta.
El dispositiu incorporarà, a més, un sistema de congelació ràpida per aturar immediatament l’activitat bacteriana i preservar les característiques de cada mostra fins al moment de l’anàlisi.
La posada en funcionament d’aquesta tecnologia hauria de permetre obtenir informació molt més precisa sobre la composició de la precipitació i les transformacions que experimenta. També ajudarà a determinar quins compostos arriben efectivament al sòl, quins són assimilats pels organismes i quins efectes tenen sobre els ecosistemes.
La pluja, que durant molt de temps s’ha estudiat principalment com un fenomen meteorològic i com un vehicle de dispersió de contaminants, es revela així com un actor químic i biològic molt més actiu del que es pensava. Cada tempesta posa en moviment una barreja de substàncies que connecta l’atmosfera amb la terra i els éssers vius. Una química invisible que, gota a gota, pot contribuir a transformar els ecosistemes i que la ciència tot just comença a desxifrar.