Pequeñas partículas en el aire conocidas como aerosoles juegan un papel importante en la formación de nubes, lo que a su vez tiene un impacto en el clima de nuestro planeta. Sin embargo, hasta la fecha, el efecto de los aerosoles sobre la formación de nubes sigue estando lleno de incertidumbres. Entre estas incertidumbres se encuentra la reactividad de las películas orgánicas que se ha descubierto que recubren los aerosoles atmosféricos. Ahora los investigadores han centrado su atención en estudiarlos utilizando la línea de luz de Difracción de Interfaz y Superficie (I07) en Diamond Light Source.
En un trabajo publicado recientemente en Ambiente Atmosférico Los investigadores investigaron la reactividad de las películas orgánicas que se encuentran en la superficie de un aerosol. Después de extraer el material orgánico de las muestras de aerosoles atmosféricos, lo colocaron en una interfaz aire-agua, expuesto al gas ozono. El ozono es un oxidante atmosférico común. A través de mediciones de reflectividad de rayos X recopiladas en la línea de luz I07 de Diamond, muy sorprendentemente encontraron que las muestras orgánicas eran inertes a la oxidación por gas ozono. Sin embargo, las muestras reaccionaron cuando se expusieron a radicales hidroxilo en las mismas condiciones.
Para explicar la falta de reacción con el ozono, el equipo propone que las muestras recolectadas pueden contener mayores cantidades de material saturado que insaturado. Dicen que sus resultados indican que los aerosoles atmosféricos podrían ser menos reactivos en la atmósfera de lo que se pensaba anteriormente. Ahora planean probar esta teoría investigando más muestras orgánicas tomadas de diferentes tipos de aerosoles atmosféricos para mapear su reactividad.
Las nubes y nuestro clima
Las nubes de nuestra atmósfera tienen un efecto significativo en el clima de la Tierra, ya que son increíblemente reflexivos, rebotando una proporción significativa de la luz del Sol de regreso al espacio. El reflejo actúa para enfriar la superficie del planeta, siendo su efecto de enfriamiento casi tan grande como el impacto de calentamiento de los gases de efecto invernadero.
La clave para la formación de nubes son los aerosoles, diminutas partículas en el aire alrededor de las cuales las gotas de agua se condensan para eventualmente formar nubes. Todas las gotas de nubes en la atmósfera se han formado en aerosoles atmosféricos. Si se modifican las propiedades químicas de los aerosoles, pueden afectar el tamaño y la cantidad de gotas de nubes dentro de una nube, la cantidad de lluvia y la cantidad de luz que se refleja de regreso al espacio. Cambiar el tamaño y la densidad numérica de las gotas de nubes cambia la reflectividad de la nube. "Un pequeño cambio químico puede provocar una diferencia climática, "dice el profesor Martin King, de la Universidad Royal Holloway de Londres y autor correspondiente del estudio.
Los estudios han demostrado que estos aerosoles a menudo se recubren con películas orgánicas, lo que podría afectar la reactividad general y el comportamiento de este tipo de partículas. Entonces, para descubrir más sobre las propiedades de los aerosoles que se encuentran en el centro de la formación de nubes, El profesor King y sus colegas, incluidos investigadores del Laser Science Facility (RAL) y la Universidad de Uppsala, dirigieron su atención a las películas.
Técnicas de línea de luz
El equipo extrajo la materia orgánica de muestras de aerosoles atmosféricos antes de colocar el material en una interfaz aire-agua y exponer la muestra al gas ozono. Esta fue la primera vez que se investigaron muestras de la vida real de las películas, como estudios anteriores, todos han utilizado proxies para las películas orgánicas.
Para determinar si las películas reaccionaban con el ozono, el equipo utilizó mediciones de reflectividad de rayos X en la línea de luz de Difracción de Interfaz y Superficie de Diamond (I07). Las mediciones de rayos X proporcionaron información sobre el cambio en el espesor y la identidad de la película antes y después de la exposición al ozono.
La línea de luz I07 ofreció una relación señal-ruido extremadamente buena hasta ángulos de reflexión altos y una rápida adquisición de datos. características que fueron críticas para este tipo de experimento. "Las muestras fueron muy difíciles, "dice el profesor King, "Básicamente parecían agua sucia". Como el equipo eran nuevos usuarios, el personal de Diamond fue una parte fundamental de los estudios y les ayudó a lograr resultados útiles. La geometría de la línea de luz también fue importante, ya que permitió al equipo desviar el haz de rayos X manteniendo la muestra horizontal. permitiéndoles rebotar en la superficie del líquido. Esta es una disposición experimental que solo está disponible en unas pocas líneas de luz de sincrotrón en todo el mundo.
Conclusiones
Sorprendentemente, el equipo descubrió que la muestra orgánica era inerte a la oxidación por ozono. Sin embargo, cuando se repitió el experimento con radicales hidroxilo, se produjo una reacción entre la película y el radical. Los investigadores dicen que los resultados indican que las películas orgánicas en la muestra están compuestas principalmente de saturados, en lugar de material insaturado. Esto fue respaldado por estudios de cromatografía de gases y espectrometría de masas de ionización por electropulverización.
"Fue un resultado inesperado e inusual, "dice el profesor King. El equipo sugiere que la falta de reactividad de las muestras orgánicas podría deberse al tiempo que han estado en la atmósfera. Ahora planean probar otras muestras tomadas de diferentes entornos, como los bosques de pinos donde las partículas de aerosol se han formado recientemente, para mapear cómo su comportamiento puede diferir.
