Un modelo explica por qué estos aerosoles crecen a velocidades similares en bosques y ciudades pese a las grandes diferencias de temperatura y vapores orgánicos
Redactor: Luis Ortega
Editor: Karem Díaz S.
Investigadores del Instituto Max Planck de Química, en Alemania, identificaron un mecanismo que ayuda a explicar por qué las nanopartículas atmosféricas crecen a ritmos parecidos bajo condiciones ambientales muy diferentes. El hallazgo aborda una incertidumbre relevante para comprender la calidad del aire, la formación de nubes y la influencia de los aerosoles sobre el clima.
Las mediciones de campo muestran que estas partículas suelen aumentar su tamaño entre 1 y 10 nanómetros por hora. Esa velocidad varía menos de lo esperado incluso cuando la concentración de vapores capaces de condensarse cambia en varios órdenes de magnitud, una aparente contradicción que los modelos convencionales no habían logrado resolver de forma consistente.
Un modelo integra temperatura, volatilidad y difusión molecular
El equipo analizó observaciones obtenidas en el bosque boreal de Hyytiälä, en Finlandia, junto con experimentos realizados en la cámara CLOUD del CERN. Para interpretar los datos empleó KM3C, un modelo cinético multicapa que representa los procesos químicos y físicos desarrollados en el gas, la superficie de la partícula y su interior.
El planteamiento considera la reactividad, la volatilidad, la difusión y los gradientes de concentración de las distintas especies químicas. Con estas variables, los científicos consiguieron reproducir resultados de campo y laboratorio que anteriormente parecían incompatibles con las predicciones teóricas.
El trabajo complementa investigaciones sobre la persistencia de los aerosoles orgánicos en el aire, las cuales muestran que el comportamiento de una partícula depende de las interacciones entre sus componentes y no solamente de las propiedades aisladas de cada molécula.
Efectos opuestos mantienen estable el ritmo de crecimiento
Los resultados indican que varios procesos vinculados con la temperatura tienden a compensarse. El frío disminuye la volatilidad de los compuestos orgánicos y favorece su incorporación a las partículas, pero también reduce la difusión molecular y puede ralentizar el transporte desde la superficie hacia el interior.
En las observaciones estivales del bosque finlandés, el modelo reprodujo los datos al representar partículas muy viscosas y casi vítreas. En primavera, en cambio, los resultados fueron compatibles con partículas líquidas y mejor mezcladas. La limitada difusión de las partículas semisólidas frena la absorción de vapores y retrasa el equilibrio entre las fases gaseosa y particulada.
Este efecto amortiguador ayuda a explicar por qué las partículas recién formadas pueden crecer a velocidades semejantes tanto sobre un bosque boreal como en una megaciudad como Pekín. En ambos ambientes, los cambios en la producción, volatilidad y movilidad de los vapores orgánicos se contrarrestan parcialmente.
La transformación de gases emitidos por la vegetación también interviene en la química atmosférica. Estudios sobre las emisiones de isopreno del arbolado urbano ilustran cómo los compuestos orgánicos naturales pueden reaccionar con otros componentes del aire y participar en la generación de contaminantes secundarios.
De los vapores orgánicos a los aerosoles secundarios
Una proporción importante del material particulado fino corresponde a aerosoles orgánicos secundarios. Estos no son emitidos directamente como partículas, sino que se forman cuando moléculas precursoras presentes en el aire se oxidan, pierden volatilidad y pasan de la fase gaseosa a la condensada.
El tamaño alcanzado determina en parte cuánto tiempo pueden permanecer suspendidas las partículas y si llegan a actuar como núcleos para la formación de gotas o cristales. La composición, viscosidad y estructura interna también condicionan sus reacciones químicas y su respuesta ante cambios de temperatura y humedad.
La importancia de esos procesos puede observarse en investigaciones sobre aerosoles marinos que alcanzan las nubes del Ártico, donde partículas procedentes del océano transportan sales y compuestos orgánicos hasta capas atmosféricas relevantes para el clima.
Implicaciones para las nubes, el clima y la calidad del aire
Cuando las nanopartículas crecen con suficiente rapidez, pueden alcanzar dimensiones que les permiten intervenir en la formación de nubes. Este proceso influye en el ciclo del agua y en el balance energético terrestre, aunque su efecto final depende del tipo de aerosol, la concentración de partículas y las condiciones meteorológicas.
La relación entre partículas y nubes constituye una fuente importante de incertidumbre para las simulaciones climáticas. Los datos satelitales sobre el enfriamiento de las nubes asociado con aerosoles han permitido avanzar en su cuantificación, pero representar correctamente el crecimiento de las partículas continúa siendo esencial para mejorar las proyecciones.
Los autores sostienen que el nuevo enfoque puede incorporarse a investigaciones regionales y globales sobre las interacciones entre química atmosférica, ecosistemas y clima. El estudio explica un mecanismo físico-químico y mejora la capacidad de modelización, pero no implica que todos los aerosoles tengan la misma composición, origen o efecto ambiental.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Instituto Max Planck de Química
Atmospheric Chemistry and Physics
