La evaluación de los cambios climáticos y el estado ambiental de las aguas marinas requiere una determinación precisa de las fuentes por las que la materia orgánica entra en el océano. Esta información también es necesaria para tomar decisiones en caso de desastres naturales o provocados por el hombre.
Científicos de las principales universidades rusas explicaron la importancia y los resultados de la investigación que llevan a cabo en este ámbito.
El análisis de los compuestos orgánicos que llegan hasta los mares epicontinentales árticos a través de los ríos permite estimar con bastante precisión la magnitud del derretimiento del permafrost. La composición de la materia orgánica en el agua marina también se ve influida por sales de metales pesados y contaminantes orgánicos provenientes de aguas residuales domésticas e industriales. Por eso los científicos verifican regularmente la composición cualitativa y cuantitativa del agua marina en las plataformas continentales.
Para evaluar los cambios estacionales y espaciales en la composición de la materia orgánica disuelta, se utilizan varios métodos fisicoquímicos. El método más rápido y barato es la espectroscopía de fluorescencia 3D. El método se basa en el hecho de que las sustancias orgánicas pueden brillar en la luz ultravioleta, y las propiedades de la luz que emiten depende estrictamente de su estructura.
Los científicos irradian las soluciones estudiadas con rayos ultravioleta que tienen diferentes longitudes de onda. Además, cada una de las sustancias disueltas emite un conjunto de frecuencias que no depende de su concentración en la solución. Al mismo tiempo, de la concentración depende la intensidad de la radiación. Justo esta combinación hace posible determinar no solo la sustancia, sino también su concentración en el agua.
En la naturaleza, todo es más complejo que en el laboratorio. El agua marina contiene miles de compuestos orgánicos, y es imposible determinarlos todos a la vez mediante los espectros de fluorescencia. Pero para resolver los problemas científicos y prácticos, no necesitamos la información completa sobre la composición de la solución; es suficiente determinar la concentración de algunos compuestos importantes. Por eso, para analizar el agua marina, se utilizan ampliamente los métodos ópticos.
Timur Labutin, docente del Departamento de Química de Láser de la Facultad de Química de la Universidad Estatal Lomonósov de Moscú, señaló que la cuestión más importante y compleja es encontrar el número mínimo de componentes significativos con los que se puede descifrar el espectro.
«No se puede decir cuántos compuestos participaron en la formación de espectros experimentales, ya que las líneas de los espectros individuales se superponen. Por lo tanto, utilizamos unos métodos matemáticos modernos que permiten descomponer el espectro final en componentes, en particular PARAFAC (análisis factorial paralelo). Este método basado en un criterio estadístico, es perfecto para analizar el espectro», dijo el especialista.
Explicó además que si utilizamos más componentes de los que realmente existen, esto puede provocar un error. Formalmente, la descomposición se completará exitosamente. Sin embargo, el programa producirá una de las infinitas respuestas que son matemáticamente correctas, pero no describen los datos experimentales correctamente.
En la actualidad, para estimar el número correcto de componentes que han formado los espectros resultantes, los investigadores utilizan varios métodos empíricos que les permiten elegir la opción correcta.
Los empleados de la Facultad de Química de la Universidad Estatal de Moscú, bajo la dirección de Timur Labutin, propusieron un algoritmo para elegir el número de componentes que aumentó significativamente la fiabilidad del resultado. Iván Krylov, doctorando del Departamento de Química de Láser de la Facultad de Química de la Universidad Estatal de Moscú, contribuyó considerablemente a la investigación. Otros estudiantes y doctorandos del Departamento también participaron activamente en el trabajo.
El desarrollo de los jóvenes científicos, llamado poéticamente Albatros, permitirá determinar con mayor precisión las fuentes por las que la materia orgánica entra en el océano. Esto es muy importante para evaluar los cambios climáticos y monitorear las aguas marinas. El algoritmo ya se ha aplicado con éxito para analizar las muestras recolectadas durante una expedición a los mares epicontinentales del Ártico ruso.
Justo durante la expedición en el barco llamado Académico Mstislav Kéldysh, los científicos del Instituto Shirshov de Oceanología de la Academia de Ciencias de Rusia consiguieron utilizar el desarrollo Albatros para examinar más de sesenta muestras de agua de mar de Laptev, mar de Kara y aguas costeras de Nueva Zembla.
Según explicó Natalia Tarasova, miembro asociado de la Academia de Ciencias de Rusia y directora del Instituto de Química y Problemas de Desarrollo Sostenible de la Universidad Mendeléyev de Tecnología Química de Rusia, la condición esencial para acciones adecuadas en caso de desastres naturales o provocados por el hombre es obtener información sobre el estado de las plataformas continentales de los océanos en tiempo real.
«También es indispensable determinar qué formas tienen carbono orgánico que se encuentra en las aguas costeras. Estas formas están relacionadas con la variación de la escorrentía fluvial bajo la influencia del cambio climático. Esperamos que muy pronto nuestro desarrollo se convertirá en un dispositivo de serie», agrego.
Los científicos de la Universidad Estatal de Moscú proponen utilizar sensores portátiles fluorómetros ajustados para analizar las aguas en tiempo real con el dispositivo Albatros. Este sistema permitirá estimar la magnitud de los incidentes ambientales, detectar las rutas de migración de las aguas naturales y contaminadas y, si es necesario, encontrar la fuente de contaminación.
Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. El paquete de software está hecho con el lenguaje R y está disponible para el libre uso.
Cortesía de Sputnik
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