La tríada química forma las semillas de las nubes

Formación sinérgica de partículas en la troposfera superior por ácido nítrico, ácido sulfúrico y amoníaco

20.05.2022 - Alemania

Las partículas de aerosol atmosférico son necesarias como semillas para formar nubes, pero los procesos que las controlan no se conocen del todo. Mediante la combinación de experimentos en la cámara de nubes del CERN y la elaboración de modelos informáticos, un equipo de investigadores internacionales, entre los que se encuentran científicos del Instituto Max Planck de Química y de los Centros de Investigación del Clima y la Atmósfera (CARE-C) del Instituto de Chipre, ha descubierto un nuevo mecanismo de formación y crecimiento de partículas en la troposfera superior. Una inesperada sinergia entre el ácido nítrico, el ácido sulfúrico y los vapores de amoníaco forma partículas con notable rapidez y depende de la disponibilidad de amoníaco. Este proceso puede dominar la formación de nuevas partículas en la región del monzón asiático, donde el amoníaco procedente de las emisiones agrícolas es abundante.

Las abundantes partículas de aerosol atmosférico afectan al clima de la Tierra al reflejar la luz solar y al formar gotas de nubes más numerosas pero más pequeñas, haciendo que las nubes sean más brillantes y duraderas. Las partículas se liberan, por ejemplo, a partir de los volcanes o en la contaminación atmosférica, pero una fuente importante de núcleos de condensación de nubes se encuentra en la troposfera superior, donde las moléculas de gas reactivas se combinan y forman nuevas partículas. A pesar de su importancia para las nubes y el clima, no se conocen bien las funciones que desempeñan los vapores precursores para impulsar el proceso.

Con experimentos realizados en condiciones controladas de la troposfera superior en la cámara CLOUD del CERN, un grupo de 75 investigadores internacionales demostró que el ácido nítrico (HNO3), el ácido sulfúrico (H2SO4) y el amoníaco (NH3) forman partículas de forma sinérgica. Sorprendentemente, este proceso de nucleación de partículas es órdenes de magnitud más rápido que el de dos de los tres vapores por separado. Parece que la importancia de este mecanismo depende de la disponibilidad de amoníaco, un gas traza que se libera principalmente del ganado y los fertilizantes.

"Suponemos que la nucleación de ácido nítrico, ácido sulfúrico y amoníaco es la fuente dominante de nuevas partículas en las zonas de la troposfera superior donde el amoníaco y otros gases precursores son transportados y liberados por las nubes profundas de las tormentas eléctricas, como sobre la región del monzón asiático", afirma Jos Lelieveld, profesor del Instituto de Chipre en Nicosia y director en el Instituto Max Planck de Química. Un estudio reciente realizado con mediciones aéreas ha revelado la existencia de abundantes partículas de nitrato de amonio en la capa de aerosoles de la tropopausa asiática (ATAL), que se extiende sobre Oriente Medio y gran parte de Asia a una altura de entre 12 y 18 kilómetros. Hasta ahora se suponía que el amoníaco era arrastrado eficazmente por la lluvia en las nubes del monzón.

Para evaluar e interpretar los experimentos del CLOUD, los investigadores parametrizaron la nucleación medida del ácido nítrico, el ácido sulfúrico y el amoníaco y la implementaron en un modelo climático global de aerosoles. Las simulaciones corroboran los experimentos de CLOUD y, además, muestran que las partículas pueden extenderse por el hemisferio norte de latitudes medias, influyendo en el clima de la Tierra a escala intercontinental.

"Aunque las partículas de amonio-nitrato-sulfato se forman localmente, pueden viajar desde Asia hasta América del Norte en pocos días a través del Jetstream subtropical", explica el físico y modelizador climático Theodoros Christoudias, del Instituto de Chipre. Como resultado, estas partículas pueden persistir en un cinturón intercontinental que cubre más de la mitad de la superficie de latitudes medias del hemisferio norte, afirma.

Los nuevos resultados experimentales y de modelización del CLOUD pueden servir de base a las políticas de regulación de la contaminación antropogénica y mejorar la capacidad de los modelos globales para predecir cómo cambiará el clima en el futuro.

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