El grado en que las partículas de aerosol afectan el clima depende de cuánta agua pueden contener estas partículas en la atmósfera. La capacidad de retener agua se conoce como higroscopicidad (K) y, a su vez, depende de muchos factores, en particular el tamaño de las partículas y la composición química, que pueden ser muy variables y complejos.
A través de una extensa investigación, un equipo de investigación internacional dirigido por el Instituto Max Planck de Química (MPIC) y el Instituto Leibniz de Investigación Troposférica (TROPOS) pudo reducir la relación entre la composición química y la higroscopicidad de las partículas de aerosol. Fórmula lineal. En un estudio que apareció en la revista comunicación de la naturalezademostraron que la higroscopicidad, en promedio global, está determinada principalmente por la proporción de materiales orgánicos e inorgánicos que componen el aerosol.
La higroscopicidad de las partículas de aerosol es un factor importante en el efecto de las partículas de aerosol en el clima y, por tanto, también en la predicción de cambios climáticos utilizando modelos climáticos globales. “La capacidad de retener agua depende de la composición de las partículas de aerosol, que pueden variar en la atmósfera. Sin embargo, en nuestro estudio hemos podido demostrar que se pueden hacer supuestos simplificadores para considerar la higroscopicidad en los modelos climáticos”, explica Myra Pilkar. Está a cargo del departamento de «Microfísica atmosférica» de TROPOS y es profesora en la Universidad de Leipzig. Según los investigadores de aerosoles y nubes, este es el primer estudio que utiliza resultados de mediciones de todo el mundo para demostrar que se puede utilizar una fórmula lineal simple sin introducir grandes incertidumbres.
Para ello, el equipo de Mira Pilkar analizó datos de 16 campañas de medición entre 2004 y 2020, que determinaron la higroscopicidad mediante mediciones de los núcleos de condensación de las nubes y la composición química de las partículas mediante espectrometría de masas de aerosoles. Los extensos datos cubren una amplia gama de regiones y climas de la Tierra: desde las selvas tropicales del Amazonas hasta las áreas metropolitanas de Asia con una contaminación atmosférica significativa y el bosque de pinos boreales del Círculo Polar Ártico en Europa.
La evaluación de estos conjuntos de datos reveló: la higroscopicidad efectiva del aerosol (κ) se puede derivar de la fracción de contenido orgánico (ϵorganización) e iones inorgánicos (ϵinorgánico) usando una fórmula lineal simple (κ = ϵorganización ⋅ Sr.organización + ϵinorgánico ⋅ Sr.inorgánico). «A pesar de la complejidad química de la materia orgánica, su higroscopicidad se capta con éxito mediante una fórmula sencilla», explica Christopher Paulker, líder del grupo en el Instituto Max Planck de Química y coautor del estudio. Cuando se promedia globalmente, informa, la higroscopicidad es κorganización= 0,12 ± 0,02 para cizallas de partículas orgánicas y κinorgánico = 0,63 ± 0,01 para iones inorgánicos.
El impacto de la nueva fórmula en la previsión climática
Para probar la nueva fórmula, los investigadores utilizaron el modelo climático global de aerosoles ECHAM-HAM. «En nuestro estudio pudimos hacer suposiciones sencillas en este ámbito mediante experimentos sin crear grandes incertidumbres en los resultados del modelo. Esto significa que las investigaciones y predicciones relacionadas con el cambio climático son más fiables», resume Myra Pöhlker. «Nuestro estudio se basa en campañas de medición en varios lugares con socios internacionales y observaciones a largo plazo en estaciones de investigación especializadas, como el Observatorio ATTO en la selva brasileña», informa Christopher Pohlker del Instituto Max Planck. Para Química en Red.
Antecedentes científicos:
La relación de los aerosoles atmosféricos con la radiación solar y las nubes no se conoce bien y es una de las mayores incertidumbres en la descripción de modelos y la predicción de cambios climáticos. Una razón de esto es que hay muchas preguntas sin respuesta en torno a la higroscopicidad de las partículas de aerosol. Dependiendo del tamaño y la composición química, las pequeñas partículas de aerosol pueden contener distintas cantidades de agua. Esto es importante tanto para la dispersión de la radiación solar por partículas de aerosol como para la formación de gotas de nubes. Las partículas que retienen más agua reflejan más luz solar hacia el espacio y también pueden tener un efecto de enfriamiento al formar más gotas de nubes.
