Las intrusiones de aire estratosférico en la troposfera promueven la formación de nuevas partículas a escala global

Podemos pensar en nuestra atmósfera como un gran laboratorio químico, un remolino global de moléculas y partículas gaseosas que rebotan constantemente y se modifican entre sí de maneras complicadas. Si bien las partículas son muy pequeñas, a menudo de menos del 1% del grosor de un cabello humano, tienen impactos descomunales. Por ejemplo, las partículas son las semillas de las gotitas de las nubes, y la abundancia de partículas cambia la reflectividad y la cantidad de nubes, lluvia y clima.

La investigación, publicada en Science este mes, fue dirigida por Jian Wang, profesor y director del Centro de Ciencia e Ingeniería de Aerosoles de la Universidad de Washington. El equipo de investigación incluye a Lu Xu, profesor adjunto del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química de la Universidad de Washington en la Escuela de Ingeniería McKelvey y científicos de la NASA, la NOAA, la NCA y universidades europeas.

Intrusiones estratosféricas en la troposfera y la creación de nuevas partículas

La idea convencional era que la mayor parte de la formación de partículas se produce en las regiones de salida de las nubes, donde las nubes flotan hacia la troposfera superior y finalmente se evaporan. En ese proceso, las nubes se exprimen y la mayoría de las partículas son eliminadas por la lluvia. Como resultado, el aire en las regiones de salida es claro y limpio, lo que deja algunas moléculas gaseosas sin ningún lugar a donde ir excepto para formar nuevas partículas.

"Sin embargo, utilizando los datos recopilados a partir de las mediciones aéreas a escala global de la NASA, descubrimos que la mayoría de las nuevas partículas no se forman en las regiones de salida como se pensaba anteriormente", dijo Wang.

Mientras reflexionaban sobre esta sorprendente observación, Wang y sus colegas terminaron descubriendo un mecanismo completamente diferente que tiene lugar cuando la mezcla de aire estratosférico y troposférico produce condiciones propicias para la formación de partículas.

"El aire de la estratosfera a menudo se sumerge en la troposfera debido a las corrientes en chorro serpenteantes. A medida que el aire estratosférico rico en ozono y el aire troposférico más húmedo se mezclan, se produce una alta concentración de radicales hidroxilo (OH), un oxidante importante que ayuda a producir el tipo de moléculas que se nuclean y forman nuevas partículas", dijo Jiaoshi Zhang, primer autor del estudio y científico investigador en el laboratorio de Wang.

"Descubrimos que este fenómeno está muy extendido en todo el mundo y probablemente ocurre con más frecuencia que la formación de partículas en las salidas de las nubes", añadió.

Se necesitarán futuras observaciones de campo y estudios de modelado para confirmar y cuantificar aún más la importancia de este mecanismo recién descubierto de formación de partículas. Obviamente, los humanos aportan sus propias partículas en forma de contaminación del aire, pero Wang dijo que lo que se descubrió en esta investigación es un proceso natural que ocurre en todo el mundo, incluso en regiones remotas y prístinas.

También hay algunas evidencias de que el aire estratosférico descenderá a la troposfera con mayor frecuencia en el clima futuro, por lo que este mecanismo puede volverse aún más importante, dijo Wang. Incluir este proceso previamente desconocido puede mejorar los modelos climáticos y puede ayudar a simular mejor el cambio climático y predecir el clima futuro.

"Aunque al principio la observación nos dejó perplejos, una vez que juntamos todo, ya no fue tan sorprendente", dijo Wang.

"Es bien sabido que las moléculas que forman nuevas partículas se generan a través de la oxidación en la atmósfera. Cuando el aire de la estratosfera y la troposfera se mezclan, la concentración de OH es muy alta y es propicia para la formación de partículas".

Referencia

Jiaoshi Zhang et al, Stratospheric air intrusions promote global-scale new particle formation, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adn2961