Nacidos para modular: los investigadores revelan los orígenes de las partículas que controlan el clima de la Tierra
A pesar de su enorme efecto, los aerosoles están envueltos en un halo de misterio. ¿Cómo se forman nuevas partículas de aerosol ? ¿Dónde nacen y en qué condiciones? Estas preguntas han preocupado a los científicos del clima durante décadas y han llenado los modelos climáticos de una incertidumbre persistente.
Los aerosoles son partículas son diminutas que se arremolinan suspendidas en el aire que nos rodean en grandes cantidades. La mayoría son más pequeñas que el insecto más pequeño, más delgadas que el cabello más fino de la cabeza, partículas diminutas prácticamente invisibles a simple vista. Las recién formadas son de tamaño nanométrico, pero su influencia es gigantesca.
En un nuevo trabajo, un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste del Departamento de Energía finalmente ha respondido algunas de las preguntas más fundamentales sobre cómo surgen las nuevas partículas de aerosol. Al tener en cuenta las interacciones a nivel molecular entre las sustancias que componen estas diminutas partículas en un modelo del sistema terrestre, el equipo, cuyo trabajo se lleva a cabo en el marco del proyecto denominado EAGLES (Enabling Aerosol-cloud interactions at GLobal convection-permitting scalES), logró tres hitos importantes.
Un estudio detallado sobre aerosoles para responder a preguntas sin resolver
El equipo de científicos integró 11 nuevas vías por las cuales se forman nuevas partículas de aerosol en un modelo climático global , identificaron en qué parte del mundo se desarrollan esas vías y evaluaron sus posibles impactos en el clima de la Tierra.
"Representar adecuadamente la formación de nuevas partículas ha sido una espina clavada en nuestro costado durante bastante tiempo", dijo el científico de la Tierra e investigador principal de EAGLES, Po-Lun Ma. "Ahora que hemos identificado estos nuevos mecanismos, nuestros resultados pueden hacer dos cosas importantes: reducir sustancialmente lo que ha sido la mayor fuente de incertidumbre en la ciencia del clima y los aerosoles hasta la fecha y mejorar nuestra capacidad para predecir cómo podría cambiar el sistema terrestre".
Sus resultados fueron publicados recientemente en Nature. El trabajo representa un esfuerzo colaborativo entre muchas instituciones.
Puntos calientes de partículas
Las partículas de aerosol se forman de distintas maneras. Algunas, conocidas como aerosoles primarios, se expulsan directamente a la atmósfera, como el polvo de un desierto o la ceniza de un volcán. Otras nacen en el cielo, producto de la mezcla de gases en el medio atmosférico: estas son las partículas que llaman la atención del equipo de EAGLES.
Las nuevas partículas no nacen en cualquier lugar, sino que existen puntos calientes. Gran parte de la acción ocurre sobre los bosques, como las selvas tropicales del Amazonas central y el sudeste asiático.
Allí, el aire "limpio" y libre de aerosoles primarios permite la mezcla química adecuada que da lugar a nuevas partículas. Los científicos han detectado enormes concentraciones de nuevas partículas sobre estos bosques.
Pero los modelos climáticos actuales son parcialmente ciegos a estos grandes picos de partículas. Cuando se les presiona para que calculen cuántas partículas están presentes o en qué lugar de la atmósfera aparecen, incluso los mejores modelos subestiman en gran medida su abundancia o identifican erróneamente a qué altitudes aparecen.
Sin embargo, gracias a las nuevas vías de observación creadas por el equipo EAGLES, este punto ciego ahora se está aclarando. Cuando el equipo incorporó las vías de observación al modelo del sistema terrestre del DOE, E3SM, los picos de partículas coincidieron con lo que habían visto en observaciones del mundo real.
El modelo revisado no sólo simuló correctamente la cantidad de estas partículas, sino que también coincidió con el lugar donde los investigadores las habían encontrado durante las campañas de campo, identificando correctamente que muchas de las nuevas partículas aparecen en la troposfera superior. El equipo tuvo un éxito similar al hacer coincidir las predicciones del modelo con las mediciones del mundo real en otros puntos críticos, como por encima de los océanos y las ciudades.
Al analizar la situación a nivel mundial, el equipo descubrió que la concentración global promedio de estas partículas era casi el triple de la cantidad estimada utilizando los métodos tradicionales.
Nubes que controlan el clima
Los aerosoles y las nubes tienen una relación muy estrecha. Las partículas de aerosol son las semillas de las nubes. La humedad atmosférica se condensa en las superficies de las partículas de aerosol, y las moléculas de agua se coagulan una tras otra como hilos de algodón de azúcar que se van apilando sobre un cono.
Las propiedades de una partícula (su composición química, su tamaño y estructura) determinan las características de la nube resultante que se forma a su alrededor. Un tipo de partícula puede hacer que la nube correspondiente tenga más o menos probabilidades de que llueva. Otro tipo de partícula puede determinar si una nube refleja más o menos luz solar, lo que a su vez determina si la atmósfera de la Tierra se calienta más o menos.
Muchos científicos creen que las partículas nuevas (como las que el equipo de EAGLES está intentando comprender) constituyen aproximadamente la mitad de las semillas del mundo que luego se convierten en nubes. Sin embargo, en el nuevo trabajo, el equipo demuestra que estas partículas podrían, en algunas regiones, ser responsables de incluso más.
En los océanos tropicales y de latitudes medias, las nuevas partículas generadas localmente podrían representar hasta el 80 por ciento del material sobre el que se condensan las nubes. En Europa y el este de los Estados Unidos, podrían representar el 65 por ciento del material inicial de las nubes.
El papel que desempeñan las partículas en la respuesta climática
Comprender cómo influyen los aerosoles en el clima de la Tierra es fundamental para predecir cómo cambiará nuestro mundo. A medida que las naciones busquen frenar el calentamiento global reduciendo las emisiones, el clima responderá a su vez. Y mejorar los modelos climáticos para reflejar fielmente la complejidad del sistema terrestre, dijo Ma, es imperativo para predecir la respuesta climática.
"Nuestro objetivo general es crear representaciones cada vez más realistas del sistema climático", afirmó Ma. "Y los aerosoles han sido un gran obstáculo en nuestro camino hacia esa meta. Dependemos mucho de los modelos del sistema terrestre para probar escenarios de emisiones y predecir respuestas climáticas. Cuanto más se acerquen a la realidad, más seguros podemos estar de nuestras predicciones".
Aunque aún hay mucho misterio en torno a las partículas de aerosol, dijo el científico de la Tierra Hailong Wang, coautor del nuevo trabajo, los investigadores están continuamente despejando esa incertidumbre.
"No podemos decir con certeza cuál será el impacto total de su presencia o ausencia hasta que tengamos una comprensión sólida y mecanicista de las partículas de aerosol ", dijo Wang. "Y esta investigación marca un paso significativo hacia esa comprensión".
Referencia
Bin Zhao et al., Global variability in atmosphere new particle generation mechanisms, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07547-1