Tico Sonda: el proyecto NASA-UCR que mide gases atmosféricos desde Costa Rica
Desde hace 17 años y con más de 500 lanzamientos realizados, científicos costarricenses colaboran con la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos (NASA, por sus siglas en inglés) en la medición de ozono y vapor de agua a nivel atmosférico.
Lo hacen desde las instalaciones del Gas Lab, el cual pertenece al Centro de Investigación en Ciencias Atómicas, Nucleares y Moleculares de la Universidad de Costa Rica (Cicanum). Desde allí, los investigadores lanzan los globos meteorológicos que llevan consigo las sondas que hacen las mediciones.
El objetivo del proyecto Tico Sonda es medir la concentración del ozono y vapor de agua en puntos específicos. Hacerlo desde Costa Rica permite contar con información valiosa obtenida en los trópicos.
Esas mediciones que se realizan in situ se comparan con los datos recolectados por varios satélites con dos propósitos: por un lado, se utiliza para robustecer la información científica y así tener un panorama más amplio de la composición gaseosa de la atmósfera; pero, también, esa información permite mejorar cada vez más la tecnología satelital.
Para que la información sea útil para ajustar los instrumentos en los satélites, la toma de los datos entre estos y los globos meteorológicos debe ser menor a 24 horas. Por ello, se debe calcular el momento exacto en que los satélites pasarán cerca de Costa Rica.
“Cada toma de datos se realiza de forma independiente y luego los investigadores la comparan y analizan cuáles fueron las mediciones en cierto rango de tiempo. Luego, esa información se pasa a los encargados del análisis de datos de los satélites y ellos realizan la correlación para ver qué tipo de eventos pudieron haber pasado en ese lapso. Si ese lapso se pasa de las 24 horas, ya esos datos no se pueden relacionar”, explicó Ernesto Corrales, investigador y coordinador del Gas Lab.
Ozono y vapor de agua
Jorge Andrés Díaz ha estado a cargo de Tico Sonda desde sus inicios, cuando la misión científica CR-AVE (por las siglas de Aura Validation Experiment) vino al país en el 2004. Esta contaba con una serie de instrumentos para la medición de gases atmosféricos, los cuales requerían calibración. Por ello, se lanzaron radiosondas para medir parámetros físicos como temperatura, presión atmosférica, humedad relativa y viento.
“Con eso, se realiza un perfil vertical de la atmósfera, el cual es útil para las personas que modelan la atmósfera, ya que les sirven como puntos de entrada de datos para ver cómo se va comportar la atmósfera”, explicó Díaz.
Si a las sondas se les agrega otro tipo de sensores, se pueden hacer perfiles de composición química. Precisamente, eso fue lo que se comenzó a hacer en el 2005, cuando se empezaron a lanzar ozono-sondas.
Una ozono-sonda cuenta con celdas que reaccionan químicamente a este gas y producen una corriente eléctrica, la cual permite medir la cantidad del gas en la atmósfera conforme el globo se eleva.
El instrumento científico está constantemente aspirando el aire, midiendo el gas y luego lo desecha. Por esa razón, no se guardan los datos directamente en la sonda sino que apenas recibe la señal eléctrica y la concentración del gas se envían directamente al Gas Lab para ser procesados.
El otro tipo de sonda que utiliza Tico Sonda es la que mide el vapor de agua y se le conoce como Cryogenic Frost Point Hygrometer (CFH). “Mide el vapor de agua de una manera muy precisa, sobre todo en las partes altas de la troposfera”, resaltó Corrales.
En los trópicos, mediciones similares se están haciendo en Hawái (Estados Unidos), el archipiélago de Galápagos (Ecuador) e isla Ascensión (que pertenece a Reino Unido y se encuentra a mitad del océano Atlántico). Sin embargo, Costa Rica es uno de los pocos lugares donde se han tomado datos de manera constante por más de 15 años.
“Es uno de los únicos sitios, a nivel de los trópicos, donde se hace la caracterización de la atmósfera de estos perfiles verticales, la cual es muy diferente a la de latitudes medias o altas”, manifestó Díaz.
Esa constancia y profesionalismo es visto por la NASA. Esta agencia espacial sumó a los ticos al proyecto del sensor SAGE III (por Stratospheric Aerosol and Gas Experiment) para la Estación Espacial Internacional (EEI).
“Lo que hace SAGE III es medir varios gases en la atmósfera desde la EEI para entender un poco más el cambio climático. Lo que Tico Sonda provee al proyecto es la información del vapor de agua. Los investigadores de NASA están tomando la información de Tico Sonda como la verdadera, así que utilizan estos datos y los comparan con sus mediciones indirectas con el SAGE III y de esta forma analizan su precisión”, explicó Díaz.
“Los datos de Tico Sonda se han vuelto importantes a nivel internacional, ya que pocos sitios hacen estas mediciones en los trópicos y tienen la flexibilidad para mover los lanzamientos a las fechas en las que la EEI pasa cerca de Costa Rica (no todos los puntos de medición pueden hacer esto). Tico Sonda provee esta información y la NASA, a su vez, provee retroalimentación sobre la técnica”, continuó el investigador.
Lo aprendido
El vapor de agua es un gas importante en la dinámica atmosférica. De hecho, es uno de los gases de efecto invernadero (GEI) relacionados al incremento de la temperatura promedio del planeta.
Debido a su relación con el calentamiento global y el cambio climático, el conocer cómo se comporta el vapor de agua en los trópicos, como pasa de una capa atmosférica a otra (de la troposfera a la estratosfera) y se queda allí, es de gran interés para la comunidad científica. “En estos 17 años hemos podido ver cómo se comporta. Eso era algo que no se entendía, se creía que esa parte de la atmósfera (estratosfera) era muy seca y que casi no había vapor de agua, ahora podemos ver que hay intrusiones de vapor de agua en esa parte y se mantiene ahí por un tiempo y luego seca”, comentó Díaz.
“Entonces, entender eso ayuda a comprender la química que hay detrás, ya que el agua se vuelve un facilitador de cierta química y esos son datos que no se sabían y que los satélites no podían ver. Solamente ha sido posible a través de las sondas”, continuó el investigador fundador de Tico Sonda.
El otro aporte del proyecto yace en el entendimiento sobre la estabilidad de la capa de ozono en esta parte del mundo. “Lo que hemos podido ver es que es bastante constante, no hay un decaimiento grande de la capa de ozono a nivel de la parte tropical”, señaló Díaz.
“Hay una inyección de vapor de agua en la estratosfera que es importante y hay que caracterizarla más, por lo que hay que seguir tomando datos, pero los datos que se han tomado dan una buena idea de la dinámica y cómo se pueden modelar mejor las interacciones químicas que suceden en esa zona que es muy poco conocida y está más allá de los 20 kilómetros. En ese punto, la temperatura cambia y se vuelve muy fría, ahí es donde se mantiene la capa de ozono, que usualmente el vapor de agua no penetra, pero hay ciertas penetraciones del vapor de agua que son interesantes”, agregó el científico.
Los datos de Tico Sonda son abiertos y pueden ser utilizados por investigadores en Costa Rica para robustecer sus estudios sobre la atmósfera. “Pueden acceder a los datos para estudiar un problema local del comportamiento del clima. O alguien pudiera estar interesado en ver cómo ha cambiado la temperatura promedio en la atmósfera y, con estos datos, pudiera obtener una respuesta”, dijo Díaz.
La constancia a lo largo de 17 años, la ubicación geográfica (zona tropical) y la precisión de los datos conforman el valor que ofrece el proyecto para observar cambios a través del tiempo y, con ello, sustentar la toma de decisiones en pro del bienestar de las personas. Por ello, y según Díaz, es relevante mantener el proyecto por muchos años más.
“Estamos haciendo cosas cuyo impacto se va conocer en la medida que generemos más datos, así que hay que luchar en contra de la mentalidad cortoplacista y dar a conocer que no estamos resolviendo problemas que se resuelven en dos, tres o cinco años, sino que estamos tratando de entender dinámicas que afectan nuestro futuro como humanidad”, destacó el científico.
Según el investigador, no ha sido fácil mantener el proyecto activo durante 17 años. El helio, por ejemplo, se ha encarecido; por lo que están analizando si sustituirlo por hidrógeno, aunque esto no deja de tener su riesgo.
La buena noticia es que el contrato con NASA se renovó hasta 2024. Asimismo, y según Díaz, ya fueron contactados por la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA, por sus siglas en inglés) para sumarse a un proyecto con fecha a 2028.
Con NOAA, se pretende medir entre cuatro a cinco “especies químicas” —como las definió Díaz—, siendo estas: dióxido de carbono, metano, monóxido de carbono, óxido de nitrógeno y halógenos. “Se medirán mediante una sonda que va a capturar los gases y después se debe recuperar para traerla al laboratorio y hacer los análisis”, explicó.
El Gas Lab no quiere quedarse ahí y aspira a seguir creciendo. “A futuro, espero podamos seguirnos desarrollando como un laboratorio donde se midan muchos más parámetros de los que ya se están midiendo, para que nuestra información sobre la atmósfera tropical sea más completa y así podamos entender mejor el comportamiento de esta y cómo se impacta el clima”, resaltó Díaz.
Una de las particularidades del Gas Lab, sitio desde donde se realizan los lanzamientos del globo meteorológico, es que se ubica en la ruta que siguen los gases que emanan del volcán Turrialba. Debido a ello, algunas veces el globo pasa a través de estos gases y, en ese momento, se deja detectar el ozono, ya que lo que empieza a detectar es lo que está emanando el volcán.
“Esto es algo que no sucede en otros lugares del mundo donde se está llevando a cabo el proyecto”, comentó Ernesto Corrales, investigador y coordinador del Gas Lab.
