Las nubes y las partículas de aerosol controlan gran parte de nuestro tiempo y clima
Las partículas de aerosol son diminutas. Se arremolinan suspendidas en el aire que nos rodea. La mayoría son más pequeñas que el insecto más pequeño, más delgadas que el cabello más fino de la cabeza, diminutas motas prácticamente invisibles a simple vista. Las nuevas formadas son de tamaño nanométrico, pero su influencia es gigantesca.
Determinan el color de los atardeceres, provocan más de tres millones de muertes prematuras cada año y tienen un inmenso poder sobre nuestro clima.
A pesar de su enorme efecto, los aerosoles están rodeados de misterio. ¿Cómo se forman nuevas partículas de aerosol? ¿Dónde nacen y en qué condiciones? Estas preguntas han preocupado a los científicos del clima durante décadas y han llenado los modelos climáticos de una prolongada incertidumbre.
En un nuevo trabajo, un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste del Departamento de Energía de Estados Unidos finalmente respondió algunas de las preguntas más fundamentales sobre cómo surgen las nuevas partículas de aerosol.
Al tener en cuenta las interacciones a nivel molecular entre las sustancias que componen estas diminutas partículas en un modelo del sistema terrestre, el equipo, cuyo trabajo se lleva a cabo en el marco del proyecto denominado EAGLES (Enabling Aerosol-cloud interactions at GLobal convection-permitting scalES), logró tres hitos importantes.
Integraron 11 nuevas vías por las cuales se forman nuevas partículas de aerosol en un modelo climático global, identificaron en qué parte del mundo se desarrollan esas vías y evaluaron sus posibles impactos en el clima de la Tierra.
"Representar adecuadamente la formación de nuevas partículas ha sido una espina en nuestro costado durante bastante tiempo", dijo Po-Lun Ma, científico de la Tierra e investigador principal de EAGLES. "Ahora que hemos identificado estos nuevos mecanismos, nuestros resultados pueden hacer dos cosas importantes: reducir sustancialmente lo que ha sido la mayor fuente de incertidumbre en la ciencia del clima y los aerosoles hasta la fecha y mejorar nuestra capacidad de predecir cómo podría cambiar el sistema de la Tierra".
Imagen derecha: La atmósfera de la Tierra es variable. Las moléculas precursoras y las condiciones ambientales de una región pueden diferir enormemente de las de otra. Del mismo modo, los mecanismos que dan lugar a nuevas partículas de aerosol son diferentes según qué parte de la atmósfera se explore. Arriba, una infografía destaca los puntos críticos de formación de partículas y la química subyacente que domina la formación de partículas por encima de esas regiones. (Infografía: Nature)
Puntos calientes de partículas
Las partículas de aerosol se forman de distintas maneras. Algunas, conocidas como aerosoles primarios, se expulsan directamente a la atmósfera, como el polvo de un desierto o las cenizas de un volcán. Otras nacen en el cielo, producto de los gases que se mezclan en el medio atmosférico: éstas son las partículas que reclaman la atención del equipo EAGLES.
Las nuevas partículas no nacen en cualquier lugar, sino que existen puntos calientes. Gran parte de la acción ocurre sobre los bosques, como las selvas tropicales del Amazonas central y el sudeste asiático.
Allí, el aire "limpio" y libre de aerosoles primarios permite la mezcla química adecuada que da lugar a nuevas partículas. Los científicos han detectado enormes concentraciones de nuevas partículas sobre estos bosques.
Pero los actuales modelos climáticos son parcialmente ciegos a estos grandes picos de partículas. Cuando se les presiona para estimar cuántas partículas están presentes o en qué lugar de la atmósfera aparecen, incluso los mejores modelos subestiman en gran medida su abundancia o identifican erróneamente a qué altitudes aparecen.
Sin embargo, gracias a los nuevos caminos desarrollados por el equipo EAGLES, este punto ciego ahora está quedando claro. Cuando el equipo incorporó las vías al modelo del sistema terrestre del DOE, E3SM, los picos de partículas coincidieron con lo que habían visto en observaciones del mundo real.
El modelo revisado no sólo simuló correctamente la cantidad de estas partículas, sino que también coincidió con el lugar donde los investigadores las habían encontrado durante las campañas de campo, identificando correctamente que muchas de las nuevas partículas aparecen en la troposfera superior. El equipo obtuvo un éxito similar al hacer coincidir las predicciones del modelo con las mediciones del mundo real en otros puntos críticos, como por ejemplo sobre océanos y ciudades.
Cuando analizaron el mundo, el equipo descubrió que la concentración global promedio de estas partículas era casi el triple de la cantidad estimada con los métodos tradicionales.
Imagen: Las partículas nuevas no nacen en cualquier lugar. Existen puntos calientes de formación de partículas en todo el mundo, algunos sobre las selvas tropicales. Allí, los gases precursores activados por la luz solar se entremezclan con el aire prístino, dando lugar a nuevas partículas que, en última instancia, modulan el clima de la Tierra. (Imagen de LongVuHoang | Pixabay.com)
Nubes que controlan el clima
Los aerosoles y las nubes tienen una relación muy estrecha. Las partículas de aerosol son las semillas de las nubes. La humedad atmosférica se condensa en las superficies de las partículas de aerosol, y una molécula de agua se coagula tras otra, como hebras de algodón de azúcar colocadas sobre un cono.
Las propiedades de una partícula (su composición química, su tamaño y estructura) determinan las características de la nube resultante que se forma a su alrededor. Un tipo de partícula puede hacer que la nube correspondiente tenga más o menos probabilidades de que llueva. Otra podría determinar si una nube refleja más o menos luz solar, lo que a su vez determina si la atmósfera de la Tierra se calienta más o menos.
De esta manera, las nubes y las partículas de aerosol controlan gran parte de nuestro tiempo y clima. Pueden calentar, enfriar o incluso alterar la estructura y el flujo de la atmósfera terrestre.
Muchos científicos creen que las partículas nuevas (del tipo que el equipo EAGLES está tratando de comprender) constituyen aproximadamente la mitad de las semillas del mundo que luego se convierten en nubes. Sin embargo, en el nuevo trabajo, el equipo muestra que estas partículas podrían, en algunas regiones, ser responsables de aún más.
En los océanos tropicales y de latitudes medias, las nuevas partículas generadas localmente podrían representar hasta el 80 por ciento del material sobre el que se condensan las nubes. En Europa y el este de Estados Unidos, podrían representar el 65 por ciento del material que se utiliza como semilla para las nubes.
El papel que desempeñan las partículas en la respuesta climática
Comprender cómo influyen los aerosoles en el clima de la Tierra es fundamental para predecir cómo cambiará nuestro mundo. A medida que las naciones intenten frenar el calentamiento global reduciendo las emisiones, el clima responderá a su vez. Y mejorar los modelos climáticos para que reflejen fielmente la complejidad del sistema terrestre, dijo Ma, es imperativo para predecir la respuesta climática.
"Nuestro objetivo general es crear representaciones cada vez más realistas del sistema climático", afirmó Ma. "Y los aerosoles han sido un gran obstáculo en nuestro camino hacia ese objetivo. Dependemos mucho de los modelos del sistema terrestre para probar escenarios de emisiones y predecir respuestas climáticas. Cuanto más fielmente reflejen la realidad, más confianza podremos tener en nuestras predicciones".
Aunque aún hay mucho misterio en torno a las partículas de aerosol, dijo el científico de la Tierra Hailong Wang, coautor del nuevo trabajo, los investigadores están continuamente despejando esa incertidumbre.
"No podemos decir con seguridad cuál será el impacto total de su presencia o ausencia hasta que tengamos una comprensión sólida y mecanicista de las partículas de aerosol", dijo Wang. "Y esta investigación marca un paso significativo hacia esa comprensión".
Los resultados fueron publicados recientemente en Nature: Global variability in atmospheric new particle formation mechanisms
