Durante algunas semanas durante el verano de 2011, equipos de científicos de todo el mundo convergieron en un pequeño parche de bosque de pinos ponderosa en Colorado para llevar a cabo uno de los más detallados, estudio extenso de la química atmosférica jamás intentado en un solo lugar, en muchos casos utilizando nuevos dispositivos de medición creados especialmente para este proyecto. Ahora, después de años de análisis, su síntesis completa de los hallazgos se ha publicado esta semana.

Los equipos, que incluía un grupo del MIT que usaba un dispositivo recientemente desarrollado para identificar y cuantificar compuestos de carbono, informó sus resultados combinados en un artículo en la revista Naturaleza Geociencia . Jesse Kroll, Profesor asociado del MIT de ingeniería civil y ambiental y de ingeniería química, y James Hunter, un instructor técnico del MIT en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales que era estudiante de doctorado en el grupo de Kroll en el momento de la investigación, fueron autor principal y autor principal, respectivamente, de los 24 colaboradores del informe. La profesora asociada Colette Heald del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental también fue coautora.

Los compuestos orgánicos (que contienen carbono) que estudiaron en esa parte del bosque de Colorado juegan un papel clave en los procesos químicos atmosféricos que pueden afectar la calidad del aire. la salud del ecosistema, y el clima mismo. Sin embargo, muchos de estos procesos siguen siendo poco conocidos en su complejidad del mundo real, y nunca habían sido muestreados tan rigurosamente, estudió, y cuantificado en un solo lugar antes.

"El objetivo era tratar de comprender la química asociada con las partículas orgánicas en un entorno boscoso, "Kroll explica." Los diversos grupos tomaron muchas medidas diferentes utilizando instrumentos de última generación que cada uno había desarrollado ". Al hacerlo, pudieron llenar vacíos significativos en el inventario de compuestos orgánicos en la atmósfera, encontrando que alrededor de un tercio de ellos estaban en forma de compuestos orgánicos semivolátiles y de volatilidad intermedia (SVOCs e IVOCs) previamente no medidos.

"Durante mucho tiempo sospechábamos que había lagunas en nuestras mediciones de carbono en la atmósfera, Kroll dice:"Parecía haber más aerosoles de los que podemos explicar midiendo sus precursores".

El equipo del MIT, así como algunos de los otros grupos de investigación, desarrollaron instrumentos que se enfocaron específicamente en estos compuestos difíciles de medir, que Kroll describe como "todavía en fase gaseosa, pero pegajoso ". Su pegajosidad hace que sea difícil pasarlos a través de una entrada a un dispositivo de medición, pero estos compuestos pueden jugar un papel importante en la formación y alteración de aerosoles, partículas diminutas en el aire que pueden contribuir al smog o la nucleación de gotas de lluvia o cristales de hielo, afectando el clima de la Tierra.

"Algunos de estos instrumentos se utilizaron por primera vez en esta campaña, ", Dice Kroll. Al analizar los resultados, que proporcionó mediciones sin precedentes de los SVOC y los IVOC, "Nos dimos cuenta de que teníamos este conjunto de datos que proporcionaba mucha más información sobre compuestos orgánicos que nunca antes. Al reunir los datos de todos estos instrumentos en un conjunto de datos combinado, pudimos describir los compuestos orgánicos en la atmósfera de una manera más completa que nunca, para averiguar qué está pasando realmente ".

Es un desafío más complicado de lo que parece, señalan los investigadores. Los árboles y otra vegetación emiten constantemente una gran cantidad de compuestos orgánicos diferentes, que varían en su composición química, sus propiedades físicas, y su capacidad para reaccionar químicamente con otros compuestos. Tan pronto como entran al aire, muchos de los compuestos comienzan a oxidarse, lo que aumenta exponencialmente su número y diversidad.

La campaña colaborativa para caracterizar las cantidades y reacciones de estos diferentes compuestos se llevó a cabo en una sección del Observatorio Forestal Experimental Manitou en las Montañas Rocosas de Colorado. Se utilizaron cinco instrumentos diferentes para recopilar los datos sobre compuestos orgánicos, y tres de ellos nunca se habían utilizado antes.

A pesar del progreso, queda mucho por hacer, dicen los investigadores. Si bien las mediciones de campo proporcionaron un perfil detallado de las cantidades de diferentes compuestos a lo largo del tiempo, no pudo identificar las reacciones y vías específicas que estaban transformando un conjunto de compuestos en otro. Ese tipo de análisis requiere el estudio directo de las reacciones en un entorno de laboratorio controlado, y ese tipo de trabajo está en curso, en el laboratorio del MIT de Kroll y en otros lugares.

Completar todos estos detalles permitirá refinar la precisión de los modelos atmosféricos y ayudará a evaluar aspectos tales como estrategias para mitigar problemas específicos de contaminación del aire, del ozono al material particulado, o para evaluar las fuentes y los mecanismos de remoción de componentes atmosféricos que afectan el clima de la Tierra.