Fig. 1:Importancia del tamaño de partícula y la cantidad de recubrimiento de partículas de carbón negro (BC). Panel a:El tamaño de las partículas y la concentración numérica pueden ser diferentes incluso si la cantidad total (masa) de BC es la misma. Panel b:El tamaño de las partículas y la cantidad de recubrimiento determinan la eficiencia de absorción solar de BC. Muchas partículas de BC se emiten como partículas de BC puras (partículas de BC sin recubrimiento). Las partículas de BC son recubiertas gradualmente por otras especies de aerosoles como sulfato y aerosoles orgánicos a través de procesos de aerosol en la atmósfera (flecha). Estos procesos de aerosol mejoran la eficiencia de absorción de BC hasta en un factor de 2. Crédito:Universidad de Nagoya
Investigadores japoneses y estadounidenses desarrollaron un modelo avanzado para evaluar la capacidad de las partículas de carbono negro para absorber la luz solar y contribuir al calentamiento global. El modelo logró una mayor sensibilidad que la obtenida por modelos anteriores porque consideró tanto el tamaño de partícula como los complejos estados de mezcla del carbono negro en el aire. Este modelo avanzado ayudará en la evaluación de la efectividad de eliminar el carbono negro de la atmósfera para reprimir el cambio climático.
El carbono negro se refiere a pequeñas partículas de carbono que se forman durante la combustión incompleta de combustibles a base de carbono. Las partículas de carbono negro absorben la luz solar, por lo que se considera que contribuyen al calentamiento global. Sin embargo, La contribución del carbono negro al calentamiento de la atmósfera terrestre es actualmente incierta. Se necesitan modelos que puedan evaluar con precisión el efecto de calentamiento del carbono negro en nuestra atmósfera para que podamos comprender la contribución de estas diminutas partículas de carbono al cambio climático. El estado de mezcla de las partículas de carbón negro y su tamaño de partícula influyen fuertemente en su capacidad para absorber la luz solar. pero los modelos actuales tienen grandes incertidumbres asociadas tanto con el tamaño de partícula como con el estado de mezcla.
Investigadores de las universidades de Nagoya y Cornell han combinado su experiencia para desarrollar un modelo que puede predecir el efecto radiativo directo del carbono negro con alta precisión. El equipo logró tal modelo considerando varios tamaños de partículas y estados de mezcla de partículas de carbón negro en el aire.
"La mayoría de los modelos de aerosoles utilizan uno o dos estados de mezcla de carbón negro, que no son suficientes para describir con precisión la diversidad del estado de mezcla del carbono negro en el aire, ", dice Hitoshi Matsui." Nuestro modelo considera que las partículas de carbono negro tienen múltiples estados de mezcla en el aire. Como resultado, podemos modelar la capacidad de las partículas de carbono negro para calentar el aire con mayor precisión que en estimaciones anteriores ".
Fig 2. Una figura esquemática que muestra el tratamiento del tamaño de partícula y la cantidad de recubrimiento en simulaciones de modelos (panel a) y procesos de aerosol tratados en el modelo global de aerosol (panel b). Panel a:Se hicieron muchas simulaciones de modelos cambiando el tamaño de las partículas en las emisiones (por ejemplo, "Tamaño pequeño" y "Tamaño grande"). El "método detallado" puede simular varios estados de recubrimiento de partículas BC (BC puro, BC de capa fina, BC con revestimiento grueso, etc.). El "método simple", que es similar al método utilizado en muchos estudios de modelado anteriores, no puede resolver suficientemente los diferentes estados de recubrimiento de las partículas BC. Panel b:Procesos de aerosoles en la atmósfera (emisiones, transporte, transformación, y procesos de deposición) y su impacto en el efecto de calentamiento de BC se simulan en el modelo global de aerosol. Crédito:Universidad de Nagoya
Los investigadores encontraron que el efecto radiativo directo del carbono negro predicho por su modelo era muy sensible a la distribución del tamaño de las partículas solo cuando los complejos estados de mezcla del carbono negro se describían adecuadamente.
El modelo desarrollado obtuvo una alta sensibilidad porque calculó factores como la vida útil del carbono negro en la atmósfera, la capacidad del carbono negro para absorber la luz solar, y el efecto de los materiales que recubren las partículas de carbón negro sobre su capacidad para absorber la luz solar de manera realista. Todos estos factores están influenciados por el tamaño de partícula y el estado de mezcla del carbón negro.
Los resultados muestran que describir adecuadamente el tamaño de partícula y el estado de mezcla del carbono negro es muy importante para comprender la contribución del carbono negro al cambio climático.
Los resultados del equipo sugieren que es probable que las interacciones del carbono negro con los patrones atmosféricos y de lluvia sean más complejas de lo que se consideraba anteriormente. El modelo desarrollado mejora nuestra capacidad para estimar la eficacia de la eliminación de carbono negro de la atmósfera para suprimir futuros cambios de temperatura. lo que debería ayudar a dirigir la investigación sobre estrategias para mitigar el cambio climático.
Fig 3. Rangos del efecto de calentamiento de BC (media global). Las barras horizontales en el "Método detallado" y el "Método simple" muestran los rangos del efecto de calentamiento del BC cuando el tamaño de las partículas de emisión cambia dentro de su incertidumbre actual. El "Método detallado" tiene un rango 7 veces mayor de efecto de calentamiento del BC que el "Método simple" (0,24 W m-2 en "Método detallado", 0,035 W m-2 en "Método simple"). Los círculos en las barras horizontales muestran los efectos de calentamiento de BC cuando se utilizan tamaños de partículas promedio para las emisiones. Crédito:Universidad de Nagoya
Fig 4. Relación del efecto de calentamiento de BC entre las dos simulaciones con los tamaños de partículas más pequeños y más grandes en las emisiones. La relación tiene valores más altos (está cerca de 1) cuando los tamaños de las partículas de emisión son importantes (no importantes) para la estimación del efecto de calentamiento de BC. Crédito:Universidad de Nagoya
