El Montseny revela picos de tolueno ligados al estrés por calor y sequía forestal

Un equipo científico encabezado por Ana M. Yáñez-Serrano investiga en el Parque Natural del Montseny, a unos 60 kilómetros de Barcelona, la aparición de picos matinales de tolueno durante los veranos de 2021 a 2023.

El objetivo es aclarar si este compuesto, tradicionalmente asociado a fuentes antropogénicas, puede actuar como una señal de estrés de los bosques mediterráneos sometidos a calor y sequía.

Señales matinales

El trabajo, publicado en Environmental Science: Atmospheres ⁽¹⁾, analiza concentraciones ambientales de compuestos orgánicos volátiles mediante PTR MS y valida parte de las mediciones con GC MS. Los resultados muestran que, en condiciones de ola de calor, aparece un pico temprano de tolueno con una mediana de 0,23 ppbv y un rango intercuartílico de 0,18 ppbv, frente a valores inferiores en los días sin ese patrón.

Los picos se asocian a condiciones meteorológicas más exigentes para la vegetación. En los días con incremento temprano de tolueno, las temperaturas son aproximadamente 5 °C superiores a las de los días sin pico y el déficit de presión de vapor es alrededor de 877 Pa mayor, dos señales compatibles con un escenario de estrés térmico e hídrico en el bosque mediterráneo.

Durante el periodo observado, de 276 días estivales, 52 quedan afectados por problemas instrumentales. Del resto, 152 días no presentan pico de tolueno, mientras que 72 días sí muestran un aumento temprano. Además, 143 días se clasifican como días de ola de calor y 57 de ellos coinciden con picos matinales de tolueno, lo que refuerza la relación entre el fenómeno y las condiciones de calor prolongado.

El aumento se produce a primera hora del día. Las concentraciones de tolueno comienzan a elevarse desde aproximadamente las 07.00 hora local y el pico más marcado se identifica entre las 07.00 y las 09.00, con un máximo alrededor de las 08.30 en los días con episodio. Más tarde, el ciclo diario muestra también incrementos al mediodía y al anochecer, pero el estudio diferencia esos momentos del patrón temprano asociado al estrés vegetal.

Calor y sequía

El tolueno es un hidrocarburo aromático ampliamente estudiado y suele considerarse un compuesto de origen antropogénico, relacionado con el tráfico, los disolventes, pinturas, gasolina o combustión de biomasa. Sin embargo, el estudio recuerda que investigaciones previas ya apuntan a emisiones vegetales de tolueno bajo condiciones de estrés ambiental, especialmente con temperaturas elevadas y sequía.

El interés atmosférico del hallazgo reside en que los compuestos orgánicos volátiles influyen en la química del aire. Tanto los de origen biogénico como los antropogénicos participan en procesos que favorecen la formación de ozono troposférico y aerosoles orgánicos secundarios. En el Mediterráneo occidental, la elevada radiación solar y la presencia de contaminantes favorecen la actividad fotoquímica, por lo que identificar nuevas fuentes de estos compuestos resulta relevante para comprender la dinámica del aire en la región.

Los datos del Montseny muestran que los picos de tolueno coinciden con aumentos de otros compuestos de origen biogénico. Los monoterpenos presentan un patrón temprano similar, con valores más elevados en los días con pico de tolueno, mientras que el metanol también registra incrementos matinales que respaldan la interpretación de una señal vinculada a procesos fisiológicos de la vegetación.

El análisis de aprendizaje automático aporta otra pieza al estudio. El modelo Random Forest identifica como predictores más influyentes el índice de temperatura y humedad, la temperatura acumulada y la humedad relativa acumulada. El modelo explica el 81,9 % de la variabilidad de los picos de tolueno, lo que sugiere que la respuesta de la vegetación integra el estrés térmico e hídrico durante un periodo prolongado y no solo responde a condiciones instantáneas.

Origen local

La investigación atribuye los picos tempranos a un origen local y potencialmente biogénico. El análisis meteorológico descarta que el fenómeno proceda principalmente de masas de aire transportadas desde Barcelona, ya que en el momento de los picos la capa límite sobre la ciudad se sitúa por debajo de la altitud de la estación del Montseny, ubicada a 720 metros sobre el nivel del mar.

La relación entre tolueno y benceno ofrece otro indicio. En los días con pico, el cociente tolueno benceno aumenta durante las primeras horas de la mañana y alcanza una mediana de 6,52, mientras que en los días sin pico se mantiene entre 3,3 y 4. Este comportamiento apunta a emisiones locales recientes o a una menor oxidación del tolueno en esas horas.

El estudio también analiza la posibilidad de fuentes antropogénicas puntuales. Algunos trazadores, como acetonitrilo, benceno o carbono negro, muestran incrementos matinales en episodios concretos, compatibles con combustión de biomasa o actividades localizadas. Sin embargo, esos casos se limitan a dos días, por lo que el resto de episodios con pico temprano de tolueno no parecen estar relacionados con eventos de contaminación.

Los autores subrayan que el patrón nocturno es importante para interpretar el fenómeno. Las concentraciones nocturnas de tolueno permanecen bajas y estables, sin una acumulación sistemática pese a condiciones de capa límite poco profunda. Por ello, los aumentos bruscos de primera hora apuntan a procesos activos con la luz, la temperatura y la fisiología vegetal, más que a una simple acumulación durante la noche.

El estudio vincula la posible emisión con la vegetación dominante del área, el encinar mediterráneo de Quercus ilex. Los picos aparecen durante olas de calor y, según los resultados, pueden derivarse de emisiones bajo estrés por sequía. Aun así, el trabajo mantiene cautela: las mediciones registran concentraciones ambientales y no emisiones directas de hojas o ramas, por lo que las contribuciones antropogénicas no se pueden excluir por completo.

Las limitaciones quedan claras en la propia investigación. Se necesitan más mediciones con GC MS, análisis de una gama más amplia de compuestos aromáticos y estudios a escala de rama y hoja para confirmar la contribución de las plantas, del suelo o de microorganismos. Además, el modelo estadístico identifica predictores relevantes, pero no establece causalidad, de modo que posibles factores de confusión pueden influir en la relación observada.

Pese a esas cautelas, el trabajo abre una vía de seguimiento ambiental. Si la hipótesis se confirma, los picos matinales de tolueno podrían actuar como indicador de vulnerabilidad de los bosques mediterráneos ante el estrés climático. Los autores plantean que la monitorización de este compuesto puede ayudar a comprender la salud del bosque y sus implicaciones para la calidad del aire durante episodios de calor cada vez más intensos.