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Formación de aerosoles en las nubes: estudio del último gran factor de incertidumbre de la modelización climática

Formación de aerosoles en las nubes
Amanecer en el Parque Nacional Uluru-Kata Tjuta, Australia. Crédito: Urs Baltensperger

por Sebastian Jutzi, Paul Scherrer Institute


Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han estudiado por primera vez cómo las reacciones químicas en las nubes pueden influir en el clima global.


Descubrieron que el isopreno, el compuesto orgánico dominante sin metano que se emite a la atmósfera, puede contribuir en gran medida a la formación de aerosoles orgánicos en las nubes. Publicaron sus resultados hoy en la revista Science Advances .

Los aerosoles, una mezcla de partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire, juegan un papel importante en el clima de la Tierra. Los aerosoles proceden de fuentes naturales o humanas. Influyen en el equilibrio de radiación de la Tierra al interactuar con la luz solar y formar nubes. Sin embargo, su efecto sigue siendo la incertidumbre más significativa en los modelos climáticos.

Una sustancia que es muy común en la atmósfera es el isopreno, un compuesto orgánico cuyas reacciones en la fase gaseosa se conocen relativamente bien. El isopreno se desprende de los árboles y puede producir aerosoles cuando se oxida. Aún se desconoce en gran medida cómo reaccionan el isopreno y sus productos de reacción en las gotas de nubes. Es por eso que los investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han utilizado un tipo de reactor de flujo con paredes húmedas, junto con los espectrómetros de masas más avanzados, para investigar qué podría estar sucediendo químicamente dentro de las nubes por primera vez en condiciones atmosféricas relevantes.

«Nuestra configuración experimental nos permite por primera vez investigar con precisión la distribución de vapores orgánicos en la interfaz aire-agua en condiciones casi ambientales «, dice Houssni Lamkaddam, investigador del Laboratorio de Química Atmosférica de PSI. «Con nuestro aparato, ahora podemos simular lo que sucede en las nubes».

Formación de aerosoles en las nubesImad El Haddad, jefe del grupo Molecular Cluster and Particle Processes y uno de los autores del estudio. Crédito: Instituto Paul Scherrer / Mahir Dzambegovic

Formación de aerosoles en las nubesHoussni Lamkaddam, investigador del Laboratorio de Química Atmosférica de PSI, en el aparato experimental. Crédito: Instituto Paul Scherrer / Mahir Dzambegovic

¿Qué sucede exactamente en las nubes?

En el aparato especial, el llamado reactor de humectación, se mantiene una fina película de agua en el interior de un tubo de cuarzo. Se introduce en el cilindro de vidrio una mezcla de gases que contiene, entre otras sustancias, isopreno, ozono y los denominados radicales hidroxilo. Se instalan lámparas UV alrededor del cilindro de vidrio para simular las condiciones de luz diurna para algunos de los experimentos.

Usando esta configuración, los investigadores encontraron que hasta el 70% de los productos de oxidación de isopreno se pueden disolver en la película de agua. La posterior oxidación acuosa de las especies disueltas produce cantidades sustanciales de aerosoles orgánicos secundarios. Sobre la base de estos análisis, calcularon que las reacciones químicas que tienen lugar en las nubes son responsables de hasta el 20% de los aerosoles orgánicos secundarios a escala global.

«Esta es otra contribución importante para una mejor comprensión de los procesos en la atmósfera», resume Urs Baltensperger, director científico del Laboratorio de Química Atmosférica de PSI. El balance de radiación de la Tierra es un factor muy importante en todo el proceso climático y, por lo tanto, también en el cambio climático. «Y los aerosoles juegan un papel crucial en esto», dice el científico atmosférico. Si bien los aerosoles forman gotas de nubes, esta investigación muestra que las nubes también pueden formar aerosoles a través de la química acuosa de los vapores orgánicos, un proceso que es bien conocido con respecto a los aerosoles de sulfato, pero que aquí también se muestra para la fracción orgánica. Esta nueva configuración experimental, desarrollada en PSI, abre la posibilidad de investigar la formación de aerosoles en las nubes en condiciones casi atmosféricas para que estos procesos puedan finalmente incluirse en los modelos climáticos.


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