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Quantifying the atmospheric implications of the solid phase and phase transitions of secondary organic aerosols

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Un componente de las partículas atmosféricas, abundante pero poco conocido, acaba de perder parte de su misterio

Cuantificar el flujo de los aerosoles orgánicos secundarios (AOS) es esencial para predecir de forma precisa los efectos sobre el clima y la contaminación. Diversos estudios de modelización y experimentales, complementarios y pioneros, han cubierto importantes lagunas en los conocimientos.

Cambio climático y medio ambiente icon Cambio climático y medio ambiente

La niebla y el humo, así como ciertos productos comerciales tales como los pulverizadores de pelo y de pintura, son aerosoles: suspensiones de partículas dispersas en gas, inclusive en la atmósfera. La formación de nubes y la polinización también son resultado de las partículas presentes en la atmósfera de la Tierra. Mientras que los aerosoles orgánicos primarios se liberan a la atmósfera a partir de fuentes como la vegetación o la combustión de carburantes, los AOS se forman en la atmósfera a partir de procesos químicos de múltiples fases. Combinando métodos innovadores de modelización y experimentales, el proyecto financiado con fondos europeos QAPPA ha arrojado luz sobre los procesos esenciales de los AOS en las condiciones atmosféricas pertinentes, prestando especial atención a los AOS de origen biogénico en estado vítreo (semisólido o sólido amorfo).

Transiciones de estado fásico de los AOS interesantes pero poco caracterizadas

Los procesos de partición gas-líquido y gas-sólido desempeñan un papel esencial en el tiempo de permanencia y el traslado de los contaminantes orgánicos en la atmósfera, que resultan importantes para cuantificar los efectos de los AOS sobre el cambio climático y la contaminación atmosférica. Sin embargo, hasta el momento no se disponen de demasiados datos sobre el cambio de fase de los AOS, por ejemplo el efecto de la fase vítrea sobre diversos procesos atmosféricos. Uno de los motivos de la escasez de datos es precisamente la dificultad para obtenerlos e integrarlos. Según la coordinadora del proyecto, Annele Virtanen: «Las mediciones sobre el terreno en diversos entornos y condiciones supusieron un reto para nuestra metodología. Además de mejoras técnicas, también debíamos desarrollar nuevos planteamientos del análisis de datos para solucionar la dependencia multidimensional de diferentes factores».

Desvelando dependencias previamente desconocidas

Basándose en un pionero trabajo anterior de modelización y experimental, publicado en la prestigiosa revista arbitrada «Nature», el equipo superó los obstáculos y amplió los límites de lo que se podía extraer de los datos medidos. Tal como explica Virtanen, «QAPPA ha determinado y cuantificado satisfactoriamente los efectos de los AOS en fase semisólida o sólida amorfa en condiciones atmosféricamente pertinentes. Hemos observado que la fase vítrea es el estado predominante de los AOS en niveles de humedad inferiores. Cuando la humedad alcanza los valores atmosféricos, que en muchos entornos pueden ser relativamente altos, las partículas se licuan y disminuye la función de las limitaciones de difusión de fase de las partículas en procesos esenciales». Los resultados indican que, a temperaturas superiores a 0 °C, la partición de vapores orgánicos se rige principalmente por la presión de los diversos vapores que se dividen, una fuente clave de incertidumbre en los modelos. Además, a esas temperaturas, la absorción de agua por los aerosoles orgánicos no se ve afectada de manera significativa por la fase vítrea. Por otro lado, los experimentos que está llevando a cabo el equipo demuestran que, a temperaturas inferiores a cero grados, la absorción de agua y probablemente también la nucleación de hielo de los aerosoles orgánicos pueden verse afectadas por el estado vítreo y las limitaciones de difusión de fase de las partículas. Las partículas que actúan como enclaves de nucleación para la formación de gotas de las nubes y de partículas de hielo influyen en las propiedades reflectantes y la precipitación de las nubes. Virtanen prevé centrar las labores futuras en las bajas temperaturas y la función de los AOS vítreos en la nucleación del hielo. Mientras tanto, según dice Virtanen: «Aunque la fase física de los AOS no desempeña una función esencial en muchos procesos del entorno natural en condiciones normales, puede influir considerablemente en las mediciones en laboratorio. Debemos tenerlo presente al interpretar los resultados del laboratorio, especialmente cuando los utilicemos para desarrollar y mejorar la parametrización de los modelos».

Palabras clave

QAPPA, aerosoles orgánicos secundarios (AOS), fase, vítreo, atmosférico, partícula, aerosol, temperatura, estado, atmósfera, nucleación, hielo, partición, gas, sólido amorfo, modelización

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