El humo de los numerosos incendios forestales que arden en Occidente ha hecho que la calidad del aire sea peligrosa para millones de personas en los Estados Unidos. Y son las partículas de aerosol más pequeñas en ese aire las que lo hacen particularmente dañino para la salud humana. Pero durante décadas no sabemos cuánto tiempo permanecen en el aire estas partículas.

Una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad Estatal de Colorado nos está brindando una mejor comprensión de este proceso, que puede ayudar no solo en la previsión de la calidad del aire, sino también en la modelización del clima global.

Partículas de aerosol, ya sea por el humo de los incendios forestales o por los escapes de los automóviles, desempeñan un papel importante en la cantidad de calor que absorbe o desvía la atmósfera. Sin embargo, no hemos entendido del todo la rapidez con la que estas diminutas partículas fueron extraídas del aire, especialmente en ausencia de humedad. Esto ha agregado una incertidumbre sustancial a los modelos climáticos ya complejos.

Granjero de Delphine, profesor asociado en el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Naturales de CSU, Sabía que era hora de que pudiéramos hacerlo mejor.

Farmer y sus colegas anunciaron recientemente que han podido detectar, en los entornos del mundo real, desde los bosques hasta los pastizales, la velocidad a la que estas importantes partículas abandonan la atmósfera. Sus hallazgos aparecieron por primera vez en línea la semana del 5 de octubre en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Este trabajo realmente destaca la importancia y el poder de las mediciones de campo, ", Dijo Farmer." Podemos utilizar directamente las observaciones de los estudios de campo para reducir las incertidumbres en los modelos climáticos, y mejorar nuestra comprensión de los procesos relacionados con el clima ".

Centrarse en la incertidumbre

Las partículas de aerosol caen del aire de dos formas principales. La primera y más común se conoce como deposición "húmeda", cuando la humedad los arranca del aire, ya sea a través de la formación de nubes, nieve, o lluvia. Los científicos han manejado bastante bien esta fuerza, que representa alrededor del 80% del efecto de los aerosoles en la atmósfera.

Pero la otra fuerza deposición "seca", ha sido mucho más misterioso, aunque juega un papel no insignificante a nivel mundial. Debido a que los aerosoles son tan pequeños (medidos en nanómetros y micrones), no se derrumban simplemente debido a la gravedad. Pueden flotar en corrientes de aire durante mucho tiempo. ¿Cuánto tiempo? sin embargo, ha sido la pregunta.

"Cuando se emite una partícula a la atmósfera, la cantidad de tiempo que permanece en el aire depende de estos procesos de eliminación, ", Dijo Farmer. Esto es crucial, Ella explicó, porque "cuanto más tiempo permanece una partícula en la atmósfera, cuantas más oportunidades tenga de viajar más lejos, o hacer nubes, o impactar la salud humana. Por lo tanto, lograr que el proceso de eliminación sea correcto es esencial para predecir las concentraciones de partículas y sus efectos ".

Los primeros resultados de los cálculos teóricos de los años setenta y ochenta, y mediciones más crudas completadas sobre superficies lisas alrededor de 2000, se han incorporado a los modelos climáticos durante décadas.

Aquí es donde Farmer, que ha realizado una carrera investigadora rastreando la química atmosférica con instrumentos de alta resolución, vio una oportunidad de mejora.

Modelos climáticos mejorados y salud humana

Farmer y sus colegas sabían que, por supuesto, la superficie de la tierra, e incluso del océano, no es del todo lisa. Así que querían ver qué les estaba sucediendo realmente a estas partículas en el mundo real.

En particular, observaron las fuerzas más allá de la gravedad que impulsaban los viajes de estos aerosoles. "Para los pequeños, partículas relevantes para el clima y la salud, la turbulencia en la atmósfera trae partículas a las superficies y permite que esas partículas se atasquen, ", Dijo Farmer.

Y debido a esto, estas pequeñas partículas no tienen un camino directo hacia una superficie, especialmente en un entorno de superficie complejo como un bosque. Farmer lo explicó como cada partícula de aerosol microscópica corriendo su propio guante, "algo así como American Ninja Warrior, donde la partícula tiene que evitar chocar con diferentes obstáculos para permanecer en la atmósfera. Y cada guante es particularmente desafiante para diferentes tamaños de partículas ".

Para ver cómo les estaba yendo a estas partículas de diversos tamaños en esta carrera de obstáculos, los investigadores desplegaron un espectrómetro de aerosol de ultra alta sensibilidad, que utiliza un láser para contar partículas. Instalaron estaciones de medición en un bosque de pinos en el Bosque Experimental Manitou en Colorado, y en los pastizales del sur de las Grandes Llanuras de Oklahoma, para capturar datos del mundo real sobre estas partículas cuando finalmente aterrizaron.

"Medimos la rapidez con la que las diferentes partículas corren este guante, ", Explicó Farmer." Luego usamos esas medidas para averiguar qué parte del guantelete ralentizaba las diferentes partículas ".

Encontraron un rango de vida mucho más estrecho para estas importantes partículas de lo que había sugerido el modelado anterior. De hecho, las viejas predicciones contaban con una eliminación más rápida de las partículas muy pequeñas (las de menos de 100 micrones) y una eliminación más lenta de las partículas más grandes (las de más de 400 micrones).

"Esto significa que es posible que hayamos subestimado el efecto indirecto del aerosol en los modelos, ", Dijo Farmer." La buena noticia es que hemos estado sobrestimando la incertidumbre; ahora conocemos mejor las tasas de pérdida de partículas ".

Los nuevos hallazgos se pueden aplicar a todo tipo de superficies irregulares, desde los bosques a los pastizales, a las zonas agrícolas, incluso a los mares agitados.

Más efectos de aerosoles sobre la tierra

Al integrar sus hallazgos en modelos de los efectos de los aerosoles a nivel mundial, Farmer y sus coautores predicen que habrá más efecto de aerosol de lo que se suponía anteriormente en ciertas áreas terrestres, incluidas partes de América del Norte, Europa, Asia, Sudamerica, Australia, y África subsahariana, y una disminución del efecto de los aerosoles sobre los océanos.

"Resulta que la carrera de las partículas para asentarse en una superficie es bastante importante para predecir los efectos radiativos" y cómo se vería el clima futuro, Farmer dijo.

Sus nuevos datos también sugieren que hemos subestimado la cantidad de aerosoles en el aire que son más dañinos para la salud humana. los de menos de 2,5 nanómetros (también conocidos como PM2,5), que son, por ejemplo, la parte más peligrosa del humo de los incendios forestales.

"Nuestro [número] revisado aumenta las concentraciones de PM2.5 en la superficie en un 11% a nivel mundial y un 6,5% en la tierra, "Farmer y sus colaboradores escribieron en su nuevo artículo. Lo cual es importante saber porque" la exposición a PM2.5 está relacionada con enfermedades respiratorias y cardiovasculares ".

Los coautores del estudio incluyeron a Jeffery Pierce, profesor asociado en el Departamento de Ciencias Atmosféricas en el Walter Scott, Jr. College of Engineering, y Kelsey Bilsback, un investigador postdoctoral allí; así como investigadores de doctorado en el Departamento de Química Ethan Emerson, Anna Hodshire, y Holly DeBolt; y Gavin McMeeking de la empresa Handix Scientific en Boulder.

Este importante trabajo también demuestra cuán avanzadas e impactantes se están volviendo las tecnologías de medición de campo.

"A mi, El aspecto más interesante de este trabajo es que podemos tomar medidas del mundo real sobre un bosque y un sitio de pastizales y usarlas para mejorar directamente nuestra comprensión del sistema climático. ", Dijo Farmer.