Las partículas que giran alrededor de nuestra atmósfera se suman al cambio climático, sin embargo, sigue siendo desconcertante mucho acerca de cómo interactúan con la luz solar e influyen en la siembra de nubes. Los estudios están levantando la tapa sobre cómo estas pequeñas partículas influyen en algo tan grande como el clima al analizarlas desde aviones a reacción, satélites y mediciones terrestres.

La principal causa del cambio climático es el aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera. Este aumento viene ocurriendo desde el inicio de la Revolución Industrial y ahora sabemos mucho sobre cómo se comporta este gas, atrapa el calor y calienta la Tierra.

Una influencia mucho más misteriosa sobre el clima proviene de las partículas, o aerosoles, suspendidos en el aire. Especialmente importante es el carbono negro, el hollín que se desprende de la vegetación en llamas y los humos del tráfico. Este material negro se ubica como el segundo mayor contribuyente al cambio climático. Pero es muy diferente del dióxido de carbono.

"Si bien el dióxido de carbono permanece en el aire durante cientos de años, el carbono negro vive solo unas semanas en la atmósfera, "explicó el profesor Bernadett Weinzierl, científico atmosférico y de aerosoles en la Universidad de Viena, Austria.

El dióxido de carbono es un gas que se mezcla tan bien que sus concentraciones son prácticamente las mismas en Nápoles que en Hawai. Por otra parte, la cantidad y el tipo de partículas de aerosol en la atmósfera varían según el lugar donde se mire.

Los efectos de los tipos de partículas también difieren. El carbón negro absorbe calor y hace que el aire se caliente. El polvo mineral absorbe la luz, pero no con tanta fuerza. Algunas otras partículas reflejan la luz lejos de la Tierra. Los científicos deben realizar un ejercicio de contabilidad, calculando cuánto calientan la Tierra algunas partículas, restando cuánto otros enfrían nuestro planeta.

Complicando la imagen, las partículas siembran las gotas de agua que eventualmente forman las nubes. Los tipos de partículas influyen en las propiedades de esas nubes.

Contaminantes

El profesor Weinzierl rastrea contaminantes artificiales y partículas naturales como el polvo de los desiertos en la atmósfera en un proyecto llamado A-LIFE.

Para probar lo que flota en nuestros cielos, Los científicos del proyecto volaron el Dassault Falcon 20 bimotor desde el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en el Mediterráneo oriental. Durante 22 vuelos, el avión tomó aire para analizar las partículas que se arremolinaban por encima y alrededor de Chipre en 2017.

El Mediterráneo oriental es un lugar ideal, porque contiene hollín de la quema de biomasa, polvo del desierto del Sahara y del desierto de Arabia y sulfatos y carbón negro del tráfico y humos industriales. El avión voló tan bajo como 300 metros y tan alto como 12 km. También utilizó láseres para rastrear partículas en el aire.

El profesor Weinzierl observó que cuando había mucho polvo, incluso los pronósticos meteorológicos locales tienden a ser menos precisos. Similar, tales partículas pueden empañar las predicciones sobre el clima.

El profesor austriaco también participó en un experimento con un avión de investigación de la NASA que voló desde el Polo Norte hasta la mitad del Océano Pacífico. hasta el borde exterior de la Antártida y retroceda hasta el Océano Atlántico. Esta misión le permitió comparar cócteles de partículas en cielos prístinos lejos de la influencia humana, con los de los cielos altamente contaminados del Mediterráneo oriental.

El profesor Weinzierl encontró partículas más grandes, como el polvo mineral, alto en la atmósfera de lo que se había predicho. Incluso en regiones del hemisferio norte, muy lejos de las fuentes, Regularmente se encontraron partículas de 10 a 20 micrones en el aire, dice el profesor Weinzierl. El cabello humano mide 100 micrones de ancho, para comparacion, mientras que el carbono negro se compone de partículas de menos de una micra de diámetro.

Por otra parte, había menos carbón negro presente de lo que el profesor esperaba en la atmósfera. "Descubrimos que los modelos tienen más carbono negro en la troposfera superior del que encontramos en la naturaleza, ", dijo." Hay menos calentamiento entonces, de lo que predecirían los modelos, del carbón negro ".

Una explicación podría ser que la lluvia arrastra más carbono negro de la atmósfera de lo que predicen los modelos.

Nubes

Las partículas de aerosol son críticas para la formación de nubes, y diferentes tipos afectan el comportamiento de las nubes.

"Cada gota de nube se forma normalmente en una partícula de aerosol, debido a que las nubes no pueden formarse a partir de agua pura en condiciones atmosféricas, "dijo Philip Stier, profesor de física atmosférica en la Universidad de Oxford, en el Reino Unido. Las gotas de nubes pueden comenzar alrededor de moléculas emitidas por plantas, compuestos sulfurosos arrojados por los volcanes o el hollín de los tubos de escape de los vehículos, y más.

Pero la ciencia de los aerosoles y la formación de nubes es desconcertante, y las características de los aerosoles son importantes. "Necesitas conocer su tamaño, sobre su composición y cómo se mezclan, ", dijo el profesor Stier. Por ejemplo, la sal marina flotante absorbe rápidamente la humedad, mientras que el carbón negro puro tiende a repeler el agua.

Entonces, las nubes mismas diferirán según cómo fueron sembradas. "Una nube en un área contaminada generalmente comenzará con más aerosoles y, por lo tanto, formará más gotas, ", dijo el profesor Stier. Al final, una nube formada alrededor de pequeñas partículas creadas por el hombre generalmente tendrá más agua en abundancia, gotitas más pequeñas.

Las nubes construidas alrededor de sal o polvo del desierto generalmente contienen menos gotas, pero cada gota, como las partículas a su alrededor, es más grande. "Si el aire está muy limpio, luego, a menudo, las gotas de nubes comienzan mucho más grandes, y estas nubes pueden llover muy fácilmente, ", agregó el profesor Stier." Pero la verdadera pregunta es cómo afectan los aerosoles a la precipitación a mayor escala ".

Las nubes con aerosoles contaminantes contienen más gotas de agua y parecen más brillantes. Esto refleja la luz enfriando la atmósfera. "También podría ser que esas nubes vivan más tiempo, "dijo el profesor Stier, 'pero estos efectos siguen siendo inciertos ".

Las partículas de aerosol y las nubes introducen incertidumbres en las predicciones climáticas. Sus complejidades y dificultades en términos de cálculos significan que los científicos todavía luchan por comprender las nubes a escalas microscópicas y a gran escala. Pero se están logrando avances.

El profesor Stier estudió cómo los aerosoles influyen en las nubes convectivas como parte del proyecto ACCLAIM. Las nubes convectivas se forman cuando sube el aire cálido e incluyen los cúmulos esponjosos que puede ver en un día de verano. Están mal representados en los modelos climáticos, dice el profesor Stier, pero los nuevos satélites estacionarios están ayudando a rastrearlos mejor.

Calor

El profesor Stier ahora está investigando cómo las partículas de aerosol en nuestros cielos influyen en la lluvia en un proyecto llamado RECAP. Estudia el balance energético de la atmósfera a pequeña escala y en campos de nubes expansivos. Por ejemplo, cuando llueve, el calor latente se libera a la atmósfera.

El balance energético de la atmósfera varía. "En los trópicos, de hecho, obtenemos una mejora local de la precipitación (causada por la absorción de aerosoles, como carbón negro), "El profesor Stier explicó:'pero en latitudes medias, donde la rotación de la Tierra ejerce un efecto más fuerte y no es tan fácil desviar la energía, obtenemos una fuerte disminución de las precipitaciones ".

El profesor Stier está utilizando la inteligencia artificial para procesar y comprender la gran cantidad de datos que se recopilan sobre el movimiento y los efectos de las partículas en las nubes y la lluvia.

Mientras tanto, El grupo del profesor Weinzierl continúa analizando los datos de A-LIFE. El grupo austriaco desarrolló nuevos métodos, incluyendo un algoritmo de nube inteligente para los vuelos ATom. "Examina los datos y luego dice si estás dentro o fuera de una nube, "El profesor Weinzierl dijo:y 'sobre el tipo de nube ".

Los descubrimientos se han acumulado. El profesor Weinzierl confirmó que la vida útil del carbono negro en la atmósfera alta es más corta de lo que se suponía en los estudios climáticos.

También, su grupo contribuyó al descubrimiento de que un compuesto de azufre natural es importante para iniciar la formación de nubes en la atmósfera marina. También ayudaron a revelar que las partículas recién formadas en lo alto de la atmósfera sobre los trópicos ayudan a sembrar nubes a medida que se coagulan y descienden en la atmósfera.

Comprender cómo las partículas influyen en las nubes y, en última instancia, en el clima, ha sido un gran obstáculo para los científicos. Pero es un obstáculo que están superando mediante mejores mediciones de partículas y una mejor comprensión de sus interacciones e impacto en las nubes y el clima.