Los investigadores han demostrado cómo se forman partículas finas a partir de sustancias naturales en la atmósfera. Estos hallazgos mejorarán nuestro conocimiento sobre las nubes en la era preindustrial y, por lo tanto, contribuirán a una comprensión más precisa de la evolución pasada y futura de nuestro clima.
Un requisito previo para comprender cómo ha cambiado el clima en los últimos siglos es la capacidad de reconstruir las condiciones climáticas preindustriales de la manera más confiable posible. Una colaboración de investigación integral con participantes en el CERN, el Instituto Paul Scherrer, ha realizado una contribución importante.PSI y muchas otras instituciones científicas en todo el mundo. Los investigadores investigaron la formación de partículas de aerosol en la atmósfera. Las partículas de aerosol son importantes para el clima porque las gotas de agua se forman en estas partículas, lo que da como resultado nubes. Las partículas de aerosol no solo se generan directamente:por ejemplo, a partir del hollín producido al quemar madera o por el tráfico de automóviles, pero también puede formarse en la atmósfera a partir de precursores de la fase gaseosa. Se pensó que la presencia de ácido sulfúrico era necesaria para este último proceso, y que por lo tanto este mecanismosolo se volvió relevante con la industrialización. Ahora los investigadores han demostrado que las partículas de aerosolpuede formarse a partir de gases precursores que emiten los árboles.Así, estas sustancias naturales han estado generando semillas de nubes desde tiempos inmemoriales.Estos hallazgos se basan en experimentos en la cámara CLOUD en el CERN, donde una variedad de condiciones atmosféricas se pueden replicar de manera muy específica.Además, los estudios paralelos en la Estación de Investigación de Altitudes Altas de Jungfraujoch en los Alpes suizos confirman que estos procesos tienen lugar de esta manera en la atmósfera real.Los resultados se presentan a través de la publicación coordinada de tres artículos en revistas científicas destacadas: dos en Nature y uno en Science.
Para evaluar el efecto de la actividad humana en el clima, los científicos deben poder comparar el clima actual con el de la era preindustrial. Un aspecto importante de este esfuerzo es reconstruir la abundancia y las propiedades de las nubes. Esto es importante porque las nubes puedenreflejan la luz solar y, en cierta medida, enmascaran el calentamiento de la Tierra debido a los gases de efecto invernadero. A su vez, la formación de nubes está determinada esencialmente por partículas de aerosol en el aire sobre las cuales el agua puede condensarse para formar gotas de nubes.disponible, se pueden formar más gotas, y eso cambia las características de las nubes. Las partículas de aerosol tienen una variedad de fuentes, que van desde, por ejemplo, polvo de desierto hasta partículas de hollín producidas al quemar madera o combustibles fósiles. Además, se pueden formar partículas de aerosolen la atmósfera a través de un proceso conocido como nucleación, cuando las moléculas de gas se unen. Hasta ahora, se pensaba que este proceso era crucialmente dependiente del ácido sulfúrico, que solo tiene been presente en grandes cantidades en la atmósfera desde el inicio de la industrialización.
Aerosoles de la naturaleza
Ahora hemos podido demostrar que las partículas de aerosol capaces de sembrar nubes también pueden surgir de sustancias orgánicas, como las que emiten los árboles, explica Urs Baltensperger, jefe del Laboratorio de Química Atmosférica del Instituto Paul Scherrer PSIy co-iniciador del proyecto, quien este año fue honrado con el Premio Spires Memorial de la Royal Society of Chemistry por su investigación sobre aerosoles en la atmósfera. Esto significa que incluso antes de la industrialización, las partículas de aerosol se formaron a partir de precursores gaseosos en elatmósfera - resultando en concentraciones más altas de lo que previamente se había supuesto.
Esto no significa necesariamente que había más nubes en esos días de lo que se pensaba anteriormente, agrega la investigadora de PSI Jasmin Tröstl. Pero las nubes probablemente consistían en gotas más y más pequeñas, de modo que eran más brillantes y reflejaban más luz solar hacia el espacio.Los resultados se obtuvieron en el marco de una amplia colaboración de investigación internacional bajo el liderazgo de investigadores del CERN y de la ISP.Los investigadores llevaron a cabo sus experimentos en la cámara CLOUD del CERN y en la Estación de Investigación de Altitudes Altas de Jungfraujoch en los Alpes suizos.La cámara es un recipiente cilíndrico, de 4,3 metros de altura y 3 metros de diámetro, en el que se pueden replicar de manera muy específica una variedad de condiciones atmosféricas. Los investigadores introdujeron la sustancia pineno, que es emitida por los árboles, y pudieron observar cómo se formaron las partículas de aerosol.dentro de la cámara de la NUBE.
Formación de aerosol en dos etapas
También caracterizamos estos procesos con la ayuda de modelos matemáticos, a través de los cuales podemos entender cómo se forman estas partículas, explica Tröstl. En general, es un proceso muy complicado. Primero, las moléculas de pineno se alteran a través de reacciones con oxidantes talescomo ozono, y se crean una multitud de moléculas similares pero aún diferentes, con diversos grados de "adherencia". Las más pegajosas, las que se unen especialmente bien con otras moléculas, pueden unirse para formar pequeñas partículas. Esta es la primerapaso crucial, porque a menos que las partículas alcancen un tamaño mínimo de alrededor de 1.7 nanómetros, simplemente se evaporan nuevamente. Sin embargo, con esto, todavía son demasiado pequeñas para servir como semillas de gotas de nubes; para eso, necesitan tener aproximadamente 50100 nanómetros de tamaño. Para que las partículas crezcan más, más moléculas necesitan condensarse sobre ellas, y esto incluye cada vez más también las menos pegajosas que se adhieren más fácilmente a partículas más grandes y son más pequeñas.en cantidades mayores, dice Tröstl.Estos resultados son los más importantes hasta ahora por el experimento CLOUD en el CERN, enfatiza el investigador del CERN Jasper Kirkby, portavoz del experimento CLOUD.Cuando la nucleación y el crecimiento de partículas de aerosoles biogénicos puros se incluyen en los modelos climáticos, debería agudizar nuestra comprensión del impacto de las actividades humanas en las nubes y el clima.
Los dos pasos en la formación de nuevas partículas de aerosol se describen en el par de artículos en Nature. El investigador del CERN Jasper Kirkby es el primer autor del primer artículo de Nature; el investigador del PSI Jasmin Tröstl es el primer autor del segundo.
Aerosoles en lo alto de las montañas
Además, los investigadores investigaron la formación de partículas de aerosol en condiciones atmosféricas reales en la Estación de Investigación de Altas Altas de Jungfraujoch. Situada a más de 3500 metros sobre el nivel del mar, esta estación se encuentra sobre la capa más baja de la atmósfera, la capa límite planetaria. Aerosollas partículas de la capa límite planetaria también se pueden encontrar a esta altitud, ya que pueden transportarse con el aire ascendente. Además, las partículas recién formadas se pueden encontrar aquí, cuyo origen era inexplicable, hasta ahora. Naturalmente, en contraste con elEn el experimento del CERN, no podríamos limitarnos a una sustancia individual como precursora de las partículas de aerosol, explica Federico Bianchi, quien participó en este proyecto durante su tiempo como investigador en el PSI y ahora trabaja en la Universidad de Helsinki.En el proceso, observamos por primera vez en un entorno natural la formación de partículas de aerosol a partir de ácido sulfúrico y amoníaco. Más importante aún, nosotros tambiénpoder observar la formación de nuevas partículas de aerosol a partir de sustancias puramente orgánicas.Por lo tanto, los resultados de la cámara CLOUD y las mediciones de Jungfraujoch coinciden en mostrar que las partículas de aerosol se forman a partir de precursores puramente orgánicos.
Incidentalmente, agrega Bianchi, solo pudimos observar la formación de aerosol en el Jungfraujoch en ciertos momentos, porque las moléculas precursoras también salen de las capas atmosféricas inferiores, y parece que las condiciones para esta formación de aerosol solo son favorables dentro de una ventana de tiempode alrededor de dos días después de su ascenso fuera de la capa límite planetaria.
Bianchi es el primer autor del artículo en Science, que presenta los resultados de los estudios de Jungfraujoch.
Sinergias entre laboratorio y campo
Los investigadores utilizaron los mismos instrumentos para las observaciones en el Jungfraujoch y para las mediciones en la cámara CLOUD. El corazón del sistema es un espectrómetro de masas, un equipo complejo con el que se pueden distinguir miles de sustancias químicas diferentesEl dispositivo utilizado fue fabricado por la compañía suiza TOFWERK AG en Thun. Esta máquina permitió determinar la composición química en cuestión de segundos, dice Bianchi.
Las publicaciones también muestran lo importante que es vincular los experimentos de laboratorio y de campo. Las mediciones en el laboratorio permiten investigaciones detalladas de los mecanismos individuales, pero solo un experimento de campo puede proporcionar información sobre si este proceso es o no relevante en la atmósfera real.Y, dice Urs Baltensperger, el Jungfraujoch es uno de los mejores sitios del mundo para estudiar este tipo de proceso en la verdadera troposfera libre, gracias a su ubicación, el aire limpio y su infraestructura.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer PSI . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
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