Investigadores de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) han publicado un artículo en Communications Earth & Environment que demuestra por primera vez que el uso de datos recopilados sobre partículas atmosféricas de megaciudades chinas para caracterizar la calidad del aire de los centros urbanos de Estados Unidos conduce a imprecisiones significativas.
por Russ Nelson, Universidad de Alabama en Huntsville
Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02310-4
El Dr. Lee Tiszenkel, ex alumno de la UAH en el Centro de Ciencias del Sistema Terrestre de la UAH y el Dr. Shanhu Lee, profesor del Departamento de Ciencias Atmosféricas y de la Tierra de la UAH, parte del Sistema Universitario de Alabama, descubrieron que la clave para comprender las diferencias críticas de una ciudad a otra surgió a través de una minuciosa investigación de campo en Houston, Texas.
Gran parte de nuestro conocimiento sobre la formación de partículas proviene de estudios realizados en megaciudades chinas, por lo que las predicciones y modelos de la calidad del aire en las zonas urbanas de Estados Unidos no serán precisos —afirma Tiszenkel—. Investigaciones en megaciudades chinas revelaron que las partículas ultrafinas se originaron casi en su totalidad en actividades humanas como el tráfico, la cocina, la industria o la calefacción.
Sin embargo, en Estados Unidos, la existencia de espacios verdes en las zonas urbanas y sus alrededores implica que las emisiones de los árboles y otros contaminantes atmosféricos emergentes, provenientes de las actividades humanas urbanas, forman partículas mediante un mecanismo distinto al observado en las zonas urbanas de China. Descubrimos que las causas de la contaminación atmosférica urbana no se pueden generalizar y que dependen en gran medida de la combinación específica de emisiones humanas y naturales.
De hecho, según la nueva investigación, la formación de nuevas partículas urbanas en Houston puede incluso variar de una estación a otra.
El trabajo se centra en partículas atmosféricas ultrafinas con tamaños inferiores a 100 nanómetros, donde 1 nanómetro equivale a una milmillonésima parte de un metro. Partículas tan pequeñas pueden tener efectos negativos para la salud, ya que se difunden a los pulmones con mayor facilidad que las partículas más grandes.
«El conocimiento de que las partículas de menos de 100 nm penetran profundamente en los pulmones se conoce desde hace varias décadas», señala Tiszenkel. «De igual manera, el conocimiento de que estas partículas ultrafinas se forman mediante la conversión de gas a partícula en zonas con alta contaminación se conoce desde los años 80 o 90. Sin embargo, la tecnología de detección de partículas y composición química se está adaptando más recientemente a este conocimiento».
El estudio fue posible gracias a un instrumento especial adquirido recientemente por el Centro de Ciencias del Sistema Terrestre de la UAH. El dispositivo, conocido con el peculiar nombre de Espectrómetro de Masas de Ionización Química de Tiempo de Vuelo de Alta Resolución con Entrada de Filtro para Gases y Aerosoles, tiene su base en la UAH.
Llevando la ciencia a las calles
«Las megaciudades chinas tienden a tener mucho hormigón, mayor población y estándares de emisiones de vehículos más relajados», explica Tiszenkel, «lo que resulta en una química atmosférica con una fuerte tendencia hacia los compuestos antropogénicos», sustancias que se originan a partir de la actividad humana, en lugar de procesos naturales.
En Houston, encontramos una mayor influencia de la agricultura circundante y de las zonas rurales , dominadas por emisiones biogénicas como los monoterpenos, que pueden convertirse en compuestos de muy baja volatilidad tras la oxidación.
Los monoterpenos son compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por plantas y otras fuentes, como productos de limpieza domésticos y desodorantes, que pueden afectar la calidad del aire y la salud humana. Son un componente importante de los COV biogénicos (gases orgánicos liberados a la atmósfera por los organismos vivos) y desempeñan un papel fundamental en la química atmosférica, influyendo en la formación de ozono y aerosoles orgánicos secundarios, lo que a su vez afecta la calidad del aire.
«Mi investigación anterior se desarrolló principalmente en el laboratorio, donde podemos controlar con gran precisión el tipo de entorno que queremos observar», afirma el investigador. «Los resultados de estos experimentos son extremadamente útiles para extraer conclusiones sobre mecanismos químicos muy específicos, pero, debido a las limitaciones de nuestro entorno experimental, son algo difíciles de generalizar a la atmósfera real. La posibilidad de llevar toda nuestra instrumentación a entornos ambientales vincula la teoría científica y las observaciones experimentales con el mundo real».
La capacidad de detectar cúmulos recién formados, por ejemplo (partículas de menos de 3 nanómetros de diámetro) es una innovación relativamente reciente; los instrumentos capaces de detectar estas partículas sólo han surgido en los últimos 10 o 15 años, informa Tiszenkel.
«Además, la tecnología de espectrometría de masas, que permite medir la composición química de los aerosoles y los precursores orgánicos con la resolución necesaria para estudios exhaustivos de la formación de nuevas partículas urbanas, es una innovación más reciente», afirma el investigador. «Especialmente en zonas urbanas con importantes emisiones antropogénicas y biogénicas, estos estudios son esenciales para comprender y mejorar la calidad del aire urbano».
El estudio surgió del trabajo de doctorado de Tiszenkel con Lee como su asesor.
«Llegué a la UAH con formación en química atmosférica y sabía que los aerosoles atmosféricos representaban las mayores incógnitas en nuestra comprensión de la composición química y los efectos climáticos de la atmósfera terrestre», afirma Tiszenkel. «Fue fácil profundizar en ello en el laboratorio del Dr. Lee en la UAH, donde contamos con uno de los conjuntos de instrumentos más completos del país para comprender la formación y evolución de partículas atmosféricas.
«Somos el primer grupo en EE. UU., que sepamos, en medir simultáneamente, in situ, las concentraciones de aerosoles con resolución de tamaño de partículas recién formadas de hasta micras, precursores en fase gaseosa y la composición química de la partícula «, afirma el investigador. «Esto significa que estamos en una posición privilegiada para extraer conclusiones definitivas sobre las causas de la formación de nuevas partículas urbanas a nivel molecular, minimizando al mismo tiempo los factores desconocidos».
Más información: Lee Tiszenkel et al., El ácido sulfúrico, las bases y los compuestos orgánicos de baja volatilidad contribuyen a la nucleación de aerosoles en las zonas urbanas de Houston, Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02310-4
