Mecanismo descifrado: Cómo se forman los ácidos orgánicos en la atmósfera

17.05.2021 - Alemania

La acidez de la atmósfera viene determinada cada vez más por el dióxido de carbono y los ácidos orgánicos, como el ácido fórmico. El segundo de ellos contribuye a la formación de partículas de aerosol como precursor de las gotas de lluvia y, por tanto, influye en el crecimiento de las nubes y en el pH del agua de lluvia. En los anteriores modelos de química atmosférica sobre la formación de ácidos, el ácido fórmico solía desempeñar un pequeño papel. Los procesos químicos que subyacen a su formación no se conocían bien. Ahora, un equipo internacional de investigadores, bajo la égida del Forschungszentrum Jülich, ha logrado colmar esta laguna y descifrar el mecanismo dominante en la formación del ácido fórmico. Esto permite seguir perfeccionando los modelos atmosféricos y climáticos.

En Alemania estamos familiarizados con la lluvia ácida, sobre todo por nuestra experiencia en los años ochenta. La causa era que los óxidos de nitrógeno y de azufre liberados a la atmósfera por el ser humano reaccionaban con las gotas de agua de las nubes para formar ácido sulfúrico y ácido nítrico. La lluvia ácida tiene un pH de entre 4,2 y 4,8, inferior al del agua de lluvia pura (5,5-5,7), que es el resultado del contenido natural de dióxido de carbono de la atmósfera.

Sin embargo, el proceso químico que forma la mayor parte del ácido fórmico presente en la atmósfera era desconocido hasta ahora. El Dr. Bruno Franco y el Dr. Domenico Taraborrelli, del Instituto de Investigación Energética y Climática - Troposfera de Jülich, lo han descifrado ahora: El formaldehído se forma naturalmente por la foto-oxidación de compuestos orgánicos volátiles. El formaldehído reacciona en las gotas de las nubes con moléculas de agua para formar metanediol. La mayor parte se desgasta y reacciona con los radicales OH, a veces llamados "detergente de la atmósfera", en un proceso fotoquímico para formar ácido fórmico. Una parte más pequeña reacciona con la fase líquida de las gotas de agua para formar también ácido fórmico que se propaga con la lluvia.

"Según nuestros cálculos, la oxidación del metanodiol en la fase gaseosa produce hasta cuatro veces más ácido fórmico que el que se produce en otros procesos químicos conocidos en la atmósfera", afirma Domenico Taraborrelli. Esta cantidad reduce el pH de las nubes y del agua de lluvia hasta un 0,3, lo que pone de manifiesto la contribución del carbono orgánico a la acidez natural de la atmósfera".

Como primer paso, los dos científicos pusieron a prueba su teoría utilizando MESSy, un modelo global de química atmosférica, y compararon los resultados con datos de teledetección. Para llevar a cabo la modelización, utilizaron el superordenador JURECA de Jülich. Experimentos posteriores en la cámara de simulación de la atmósfera SAPHIR de Jülich confirmaron los resultados. "Suponemos que el mecanismo demostrado es también activo en los aerosoles acuosos y se aplica a otros ácidos orgánicos, como el ácido oxálico, que no se tienen en cuenta adecuadamente en los modelos de química atmosférica hasta la fecha", dice Taraborrelli. Uno de sus efectos podría ser una mejor comprensión del crecimiento de las partículas de aerosol y del desarrollo de las nubes.

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