Los niveles de ozono cerca de la superficie en áreas urbanas son más bajos de lo previsto.
La torre de monitoreo de 40 metros en el Observatorio Atmosférico de Innsbruck, ubicado cerca del centro de la ciudad de Innsbruck, Austria en Europa, proporciona información continuamente sobre la composición atmosférica cerca de la superficie. Registra 36 000 puntos de datos cada hora utilizando una técnica de medición única conocida como el método de covarianza de remolinos, que permite el monitoreo continuo de las concentraciones de los componentes del aire.
Un equipo de investigadores internacionales, encabezado por Thomas Karl del Departamento de Ciencias Atmosféricas y Crioesféricas de la Universidad de Innsbruck, utilizó los datos recopilados del Observatorio Atmosférico de Innsbruck para realizar un examen exhaustivo de la química del ozono, el monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno en entornos urbanos.
La alta proporción de vehículos diésel en las ciudades europeas provoca fuertes concentraciones de monóxido de nitrógeno. Este reacciona con el ozono para producir dióxido de nitrógeno. En la atmósfera, el dióxido de nitrógeno se descompone nuevamente en monóxido de nitrógeno y oxígeno atómico, que inmediatamente se combina con el oxígeno atmosférico para formar ozono.
La suposición común necesita ser refinada
Este ciclo químico se describió matemáticamente hace más de 60 años en el primer libro de texto sobre contaminación del aire de Philip Leighton. Desde entonces, la relación entre los dos procesos se denomina relación de Leighton. Los modelos informáticos de la química atmosférica utilizan la relación de Leighton para minimizar la complejidad al derivar la concentración de ozono, óxido nítrico y dióxido de nitrógeno a partir de la concentración de cada uno de los otros dos.
En la práctica, esto se ha utilizado, por ejemplo, para derivar las concentraciones de ozono en áreas contaminadas por óxidos de nitrógeno. Los datos de los investigadores atmosféricos de Innsbruck ahora muestran que, en presencia de altas emisiones de monóxido de nitrógeno, las simplificaciones computacionales realizadas por Leighton conducen a resultados incorrectos.
Thomas Karl señala que «en ciudades con altas emisiones de monóxido de nitrógeno, esta relación puede sobreestimarse hasta en un 50 por ciento, lo que puede llevar a que los cálculos del modelo sobrestimen las concentraciones de ozono a nivel del suelo en áreas urbanas». El efecto de las interacciones química-turbulencia juega un papel importante en la capa más baja de la atmósfera, hasta 200 metros sobre el suelo.
El responsable del efecto estudiado en Innsbruck es la combinación de fuertes turbulencias en áreas urbanas en presencia de altas emisiones de monóxido de nitrógeno. . La mezcla de los gases combinada con los procesos químicos relativamente rápidos conduce a que más ozono se convierta en dióxido de nitrógeno. Los datos de los investigadores también muestran que las emisiones directas de dióxido de nitrógeno del tráfico urbano son en gran medida insignificantes en comparación con la formación secundaria. «Sigue siendo importante tener en cuenta que las reglamentaciones ambientales no se basan en cálculos de modelos, sino que entran en vigor según las concentraciones reales de contaminantes medidas», enfatizó Thomas Karl.
Referencia: “Alta urbana NOX desencadena un flujo químico descendente sustancial de ozono» por Thomas Karl, Christian Lamprecht, Martin Graus, Alexander Cede, Martin Tiefengraber, Jordi Vila-Guerau de Arellano, David Gurarie y Donald Lenschow, 18 de enero de 2023,
The study was funded by the European Space Agency and the Austrian Science Fund.