Subiendo 2, 225 metros en el aire en una isla del archipiélago de las Azores, El Observatorio de la Montaña Pico es un lugar ideal para estudiar aerosoles —partículas o líquidos suspendidos en gases— que han viajado grandes distancias en la troposfera.

La troposfera es la porción de la atmósfera desde el suelo hasta unos 10 kilómetros en el aire. Casi todo el vapor de agua y el aerosol de la atmósfera se encuentran en la troposfera, y aquí es también donde ocurre el clima. El Observatorio Pico se eleva por encima de la primera capa de nubes en la troposfera, conocida como capa límite marina atmosférica. En ese límite la temperatura desciende rápidamente, y la humedad relativamente alta disminuye a medida que el aire de enfriamiento obliga al agua a condensarse en gotitas de nubes.

Pico a menudo está rodeado de nubes, con su cumbre trepando por encima de ellos. Esta característica permite a los científicos estudiar los aerosoles por encima de la capa límite, incluido un conjunto de tres muestras, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Michigan observó recientemente que desafía la forma en que los científicos atmosféricos piensan sobre el envejecimiento de los aerosoles.

En "Características moleculares y físicas del aerosol en un sitio remoto de la troposfera libre:implicaciones para el envejecimiento atmosférico" publicado el martes, 2 de octubre en la revista Química y Física Atmosféricas , Los químicos de Michigan Tech demuestran que algunas partículas de aerosol, las que se originan en la combustión de incendios forestales, existen durante períodos más largos en la atmósfera y sufren menos oxidación de lo que se pensaba anteriormente.

"Previamente, Se esperaba que el carbón marrón se agotara en su mayor parte en aproximadamente 24 horas, pero nuestros resultados sugirieron la presencia de carbono marrón significativo aproximadamente una semana a sotavento de su fuente inicial de incendios forestales en el norte de Quebec, "dice Simeon Schum, un candidato a doctorado en química en Michigan Tech y el primer autor del artículo.

"Si estos aerosoles tienen una vida útil más larga de lo esperado, entonces pueden contribuir más a la absorción de luz y al calentamiento de lo esperado, lo que podría tener implicaciones para las predicciones climáticas ".

Este trabajo se basa en un artículo anterior publicado en la misma revista, "Caracterización molecular de aerosol troposférico libre recolectado en el Observatorio de la Montaña Pico:un estudio de caso con un penacho de combustión de biomasa transportada de largo alcance" (DOI:https://digitalcommons.mtu.edu/chemistry-fp/17/).

¿Miel o canicas? Explicación de la consistencia del aerosol

Para determinar dónde se originan las moléculas de los aerosoles, el equipo, dirigido por el autor correspondiente del artículo y el profesor asociado de química, Lynn Mazzoleni, utilizó un espectrómetro de masas de resonancia ciclotrónica de transformada de Fourier, ubicado en la Institución Oceanográfica Woods Hole, analizar las especies químicas de moléculas del interior de las muestras.

Aerosoles, dependiendo de su composición química y molecular, puede tener efectos tanto directos como indirectos sobre el clima. Esto se debe a que algunos aerosoles solo dispersan la luz, mientras que otros también absorben la luz, y otros absorben vapor de agua, cambiar las propiedades de la nube. Los aerosoles juegan un papel refrigerante en la atmósfera, pero existen grandes incertidumbres sobre el alcance del forzamiento y los efectos climáticos.

Comprender cómo se oxidan (descomponen) aerosoles específicos en la atmósfera es una pieza del rompecabezas para comprender cómo cambia el clima de la Tierra. Los aerosoles adquieren una variedad de consistencias, llamadas viscosidades, dependiendo de su composición y su entorno. Algunos tienen una consistencia similar al aceite de oliva o la miel, y estos tienden a oxidarse más rápidamente que las partículas de aerosol más solidificadas, que puede volverse como brea, o incluso como el mármol.

Las tres muestras analizadas por el equipo de Michigan Tech se denominan PMO-1, PMO-2 y PMO-3. PMO-1 y PMO-3 viajaron a Pico en la troposfera libre, mientras que PMO-2 viajó a Pico en la capa límite. Es menos probable que se produzcan aerosoles en la troposfera libre que en la capa límite, pero la piroconvección de los incendios forestales puede elevar las partículas más arriba en el aire. Aunque PMO-2 había estado en la atmósfera solo durante dos o tres días, se había oxidado más que PMO-1 y PMO-3, que habían estado en la atmósfera aproximadamente siete días y se estimaba que tenían una consistencia vítrea.

"Nos sorprendió la diferencia sustancial entre PMO-2 en comparación con PMO-1 y PMO-3. Entonces, nos preguntamos por qué veríamos aerosoles en la estación que no estaban muy oxidados después de haber estado en la atmósfera durante una semana, ", dice Mazzoleni." Normalmente, si pones algo en la atmósfera, que es un ambiente oxidante, durante siete a 10 días, debe estar muy oxidado, pero no estábamos viendo eso ".

Aerosoles fríos y secos

Schum dijo que el equipo de investigación planteó la hipótesis de que la primera y la tercera muestras se habían oxidado más lentamente debido a la ruta de transporte troposférico libre del aerosol después de haber sido inyectado a ese nivel por los incendios forestales en Quebec. Tal camino hacia Pico significaba una temperatura y humedad promedio más bajas, lo que hacía que las partículas se volvieran más sólidas, y por lo tanto menos susceptible a los procesos de destrucción oxidativa en la atmósfera.

El hecho de que una partícula se oxidara a un ritmo más lento a pesar de más tiempo en la atmósfera debido a su estado físico proporciona una nueva perspectiva para comprender mejor cómo las partículas afectan el clima.

"Los incendios forestales son una enorme fuente de aerosoles en la atmósfera con una combinación de propiedades de enfriamiento y calentamiento, que comprender el delicado equilibrio puede tener profundas consecuencias sobre la precisión con la que podemos predecir cambios futuros, "dice Claudio Mazzoleni, profesor de física, y uno de los autores del artículo.

A medida que los incendios forestales aumentan en tamaño y frecuencia en las regiones áridas del mundo, se podrían inyectar más partículas de aerosol en la troposfera libre donde son más lentas para oxidarse, aportando otra consideración importante al estudio de la ciencia atmosférica y el cambio climático.