A pesar de la importante amenaza para la salud que representa la contaminación por partículas finas, los aspectos fundamentales de su formación y evolución continúan eludiendo a los científicos.

Esto es especialmente cierto para la fracción orgánica de partículas finas (también llamado aerosol), muchas de las cuales se forman como gases orgánicos son oxidadas por la atmósfera. Los modelos informáticos subestiman este llamado aerosol orgánico "secundario" (SOA) en comparación con las mediciones de campo, lo que indica que a los modelos les faltan algunas fuentes importantes o no describen los procesos físicos que conducen a la formación de SOA.

Una nueva investigación de la Universidad Carnegie Mellon en colaboración con la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) arroja luz sobre una fuente poco apreciada de SOA que puede ayudar a cerrar esta brecha de medición de modelos. Publicado en Ciencia y tecnología ambiental , El estudio muestra que los compuestos orgánicos volátiles (COV) que tradicionalmente no se consideran pueden contribuir tanto o más a la SOA urbana como fuentes consideradas desde hace mucho tiempo como las emisiones de vehículos y los gases respirados de las hojas de los árboles.

"Nuestro experimento muestra que, en áreas donde hay mucha gente, solo puede explicar aproximadamente la mitad de la SOA observada en el campo con las emisiones tradicionales de vehículos y árboles, "dijo Albert Presto, profesor de ingeniería mecánica y autor correspondiente del estudio. "Atribuimos esa otra mitad a estos COV no tradicionales".

En 2018, investigadores de la NOAA causaron revuelo en la revista Ciencias cuando detallaron cómo los COV no tradicionales representan la mitad de todos los COV en la atmósfera urbana en las ciudades de EE. UU. Los COV no tradicionales se originan a partir de una gran cantidad de productos químicos diferentes, industrias y productos para el hogar, incluyendo plaguicidas, revestimientos y pinturas, agentes de limpieza, e incluso productos para el cuidado personal como desodorantes. Estos productos contienen típicamente disolventes orgánicos cuya evaporación conduce a emisiones atmosféricas sustanciales de COV.

"Son muchas de las cosas que usamos todos los días, "dijo Presto." Todo lo que use que esté perfumado contiene moléculas orgánicas, que puede salir a la atmósfera y reaccionar "donde puede formar SOA.

La prevalencia de estos COV representa un cambio de paradigma en el panorama urbano de SOA. El sector del transporte ha sido durante mucho tiempo la fuente dominante de COV en el aire urbano, pero las emisiones de vehículos en los EE. UU. han disminuido drásticamente (hasta un 90%) debido a las regulaciones del tubo de escape en las últimas décadas, incluso cuando ha aumentado el consumo de combustible. A medida que los COV relacionados con el transporte han perdido importancia, Los COV no tradicionales han comenzado a representar una mayor contribución relativa a la atmósfera urbana. Si bien la investigación de la NOAA alertó a la comunidad científica atmosférica sobre la magnitud de los COV no tradicionales en entornos urbanos, solo podían plantear la hipótesis de que estos gases probablemente fueran importantes para la formación de SOA; la idea aún necesitaba ser probada.

Probar la cantidad de formularios SOA a partir de estos no es una tarea fácil, sin embargo. La formación de SOA en la atmósfera se desarrolla a lo largo de varios días, lo que dificulta el seguimiento del viaje de los gases emitidos a medida que son dispersados ​​por los vientos y comienzan a reaccionar con la luz solar y otros oxidantes.

Rishabh Shah, un estudiante graduado que estudió con Presto y ahora trabaja en NOAA, construyó un reactor para evaluar el potencial total de formación de SOA dentro de una muestra de aire sin tener que rastrear ese aire a lo largo del tiempo.

"El reactor es como una aplicación en su teléfono inteligente para la formación de SOA, ", dijo Shah." Tomas una foto y la aplicación te muestra cómo te verías dentro de una década ".

El reactor acelera el viaje serpenteante que realiza un gas al bombardearlo con oxidantes en concentraciones mucho más altas que las que se encuentran en la atmósfera. Esto simula físicamente en solo unos segundos todas las reacciones a las que está sujeta una molécula de gas en la atmósfera durante el transcurso de una semana. En solo un momento El reactor de Shah puede evaluar todo el potencial del aire que extrae para formar SOA.

El equipo montó su reactor en una camioneta, creando una plataforma móvil desde la que pudieran acceder al aire desde diferentes entornos que contienen niveles variables de COV no tradicionales. Estas ubicaciones incluían sitios a sotavento de una gran instalación industrial, junto a un sitio de construcción, dentro de los profundos 'cañones callejeros' creados por los rascacielos del centro de una ciudad, y entre edificios de poca altura de un barrio urbano.

En lugares con grandes cantidades de COV no tradicionales, el reactor formó grandes cantidades de SOA. Estas ubicaciones incluían tanto los cañones de las calles del centro como entre los edificios bajos urbanos, Ambos lugares donde la evaporación de productos de consumo como desodorantes y acondicionadores es alta, especialmente por la mañana. Los analizadores de gas avanzados a bordo de la plataforma móvil permitieron al equipo detectar la presencia de muchos de estos VOC no tradicionales.

En tono rimbombante, en estos lugares, los modelos informáticos estándar de última generación no pudieron predecir la cantidad total de SOA que observaron en su reactor. Sin embargo, en otros entornos con menos COV no tradicionales, el modelo pudo predecir con precisión la cantidad de SOA que se formó en el reactor.

Juntos, Estas pruebas forman un argumento convincente de que las emisiones de COV no tradicionales son responsables de una cantidad significativa de SOA urbana. Presto estima que estas emisiones no tradicionales tienen aproximadamente la misma contribución que las emisiones de transporte y biosfera combinadas, en línea con la hipótesis planteada por NOAA.

"Tradicionalmente, nos hemos centrado mucho en plantas de energía y vehículos para la calidad del aire, que se han vuelto mucho más limpias en los EE. UU. ", dijo Presto." Lo que eso significa es que ahora, una cantidad sustancial de SOA proviene de este otro 'día a día, en todas partes 'categoría que realmente no se ha considerado hasta hace poco ".