Las partículas de carbón negro, más conocidas como hollín, absorben el calor de la atmósfera. Durante años, Los científicos han sabido que estas partículas están afectando el calentamiento del clima de la Tierra, pero medir su efecto exacto ha resultado difícil de alcanzar.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan y el Laboratorio Nacional Brookhaven, junto con socios de otras universidades, industria, y laboratorios nacionales, han determinado que, si bien la forma de las partículas que contienen carbono negro tiene algún efecto sobre el calentamiento atmosférico, es importante tener en cuenta las diferencias estructurales en las partículas de hollín, así como cómo las partículas interactúan con otros materiales orgánicos e inorgánicos que recubren el carbono negro a medida que viaja a través de la atmósfera.

Publicado hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , El artículo proporciona un marco que reconcilia las simulaciones de modelos con observaciones empíricas y de laboratorio, y que se puede utilizar para mejorar las estimaciones del impacto del carbono negro en el clima.

Cada partícula de carbono negro es única

La absorción de la radiación solar por el carbono negro es comparable a la del dióxido de carbono. Sin embargo, el carbono negro solo permanece en la atmósfera durante días o semanas, mientras que el dióxido de carbono puede permanecer en la atmósfera durante cientos de años.

Durante años, los científicos se han aproximado a las partículas de carbono negro como de forma esférica en modelos que con frecuencia se recubrieron con otros materiales orgánicos. La idea era que a medida que las partículas de hollín viajan a través de la atmósfera, el recubrimiento tenía lo que se llama un "efecto de lente"; el pelaje enfoca la luz hacia abajo sobre el carbón negro, provocando una mayor absorción de radiación. Y aunque las partículas de hollín están recubiertas de materiales orgánicos, ese recubrimiento no es uniforme de partícula a partícula.

"Cuando tomas una imagen bajo el microscopio, las partículas nunca se ven perfectamente como una esfera con el mismo revestimiento, "dijo Claudio Mazzoleni, profesor de física en Michigan Tech y uno de los coautores del artículo. "Si haces un cálculo numérico sobre esferas perfectas recubiertas por un caparazón, un modelo mostrará una absorción mejorada de las partículas de carbón negro en un factor de hasta tres ".

Los estudios empíricos de partículas de carbono negro demuestran que la absorción es mucho menor de lo que sugieren los modelos, cuestionando la efectividad del modelo, así como nuestra comprensión del efecto de forzamiento climático del carbono negro.

La investigación sugiere que el revestimiento de material orgánico no es completamente esférico; dependiendo de cómo los materiales orgánicos se adhieran a una partícula de carbón negro, la forma resultante puede hacer que la partícula actúe de manera muy diferente incluso si tiene la misma cantidad de material que otra partícula de hollín que tiene una forma diferente. Pero aún más importante es que la cantidad de recubrimiento puede cambiar de manera dispar de una partícula a otra. Ambos atributos disminuyen la mejora de la absorción esperada.

Laura Feroz, un científico atmosférico asociado en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, aplicó el modelo de resolución de partículas para tener en cuenta la heterogeneidad de las partículas al modelar el carbono negro.

"Mientras que la mayoría de los modelos de aerosoles simplifican la representación de la composición de las partículas, el modelo de resolución de partículas rastrea la composición de partículas individuales a medida que evolucionan en la atmósfera, ", Dijo Fierce." Este modelo es especialmente adecuado para evaluar el error resultante de aproximaciones comunes aplicadas en modelos de aerosoles a escala global ".

Menos efecto sobre el calentamiento climático de lo que pensábamos

Esencialmente, Los investigadores han introducido en el modelado climático la diversidad de recubrimientos orgánicos e inorgánicos en las partículas y la naturaleza no uniforme de las propias partículas. Combinando un modelo empírico con mediciones de laboratorio, el modelo predijo un aumento de la mejora mucho menor en la absorción por el carbono negro de lo que se pensaba anteriormente. El modelado actualizado también acerca la salida del modelo mucho más a lo que se midió en el campo.

"La gente cree que el carbono negro tiene un efecto de calentamiento muy fuerte en la atmósfera, que depende de la absorción, ", Dijo Mazzoleni." Si tienes una mayor absorción, Contribuye al calentamiento y tiene un mayor impacto climático. Para comprender cuánto contribuye el carbono negro al calentamiento del clima, necesitamos comprender estos detalles porque pueden marcar la diferencia ".

Esta investigación proporciona un camino a seguir para mejorar las predicciones del efecto radiativo del carbono negro sobre el clima. La reducción de las emisiones de carbono negro en la atmósfera puede ayudar a reducir algunos de los efectos del cambio climático. Los resultados de este estudio sugieren que la absorción de una partícula por masa es menor de lo que se pensaba anteriormente, pero la cantidad de carbono negro que está forzando el calentamiento atmosférico también depende de los niveles de emisiones, interacciones con las nubes y la distancia que viaja una partícula. Y aunque la reducción de las emisiones de hollín es significativa, reducir el dióxido de carbono en la atmósfera sigue siendo de suma importancia.