El hollín sale de los motores diesel, sale de las estufas de leña y estiércol y sale disparado de las pilas de las refinerías de petróleo. Según una investigación reciente, la contaminación del aire, incluido el hollín, está relacionado con enfermedades del corazón, algunos cánceres y, en los Estados Unidos, hasta 150, 000 casos de diabetes cada año.

Más allá de su impacto en la salud, Hollín, conocido como carbono negro por los científicos atmosféricos, es un poderoso agente de calentamiento global. Absorbe la luz solar y atrapa el calor en la atmósfera en magnitud solo superada por el notorio dióxido de carbono. Comentarios recientes en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias calificó la ausencia de consenso sobre la magnitud de la absorción de luz del hollín como "uno de los grandes desafíos en la ciencia del clima atmosférico".

Rajan Chakrabarty, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis, y William R. Heinson, un becario postdoctoral de la National Science Foundation en el laboratorio de Chakrabarty, asumió ese desafío y descubrió algo nuevo sobre el hollín, o mejor, una nueva ley que describe su capacidad para absorber la luz:la ley de absorción de la luz. Con eso, los científicos podrán comprender mejor el papel del hollín en el cambio climático.

La investigación ha sido seleccionada como una "Sugerencia de los editores" publicada en línea el 19 de noviembre en la prestigiosa revista Cartas de revisión física .

Debido a su capacidad para absorber la luz solar y calentar directamente el aire circundante, Los científicos del clima incorporan hollín en sus modelos —sistemas computacionales que intentan replicar las condiciones del mundo real— y luego predicen las tendencias futuras de calentamiento. Los científicos usan observaciones del mundo real para programar sus modelos.

Pero no ha habido consenso sobre cómo incorporar la absorción de luz del hollín en estos modelos. Lo tratan de manera demasiado simplista, usando una esfera para representar un puro, aerosol de carbón negro.

"Pero la naturaleza es divertida, tiene sus propias formas de agregar complejidad, "Chakrabarty dijo." Por misa, El 80 por ciento de todo el carbón negro que encuentra siempre está mezclado. No es perfecto como lo tratan las modelos ".

Las partículas se mezclan, o recubierto, con aerosoles orgánicos que se emiten conjuntamente con el hollín de un sistema de combustión. Resulta, El carbón negro absorbe más luz cuando está recubierto con estos materiales orgánicos, pero la magnitud de la mejora de la absorción varía de forma no lineal dependiendo de la cantidad de recubrimiento presente.

Chakrabarty y Heinson querían descubrir una relación universal entre la cantidad de recubrimiento y la capacidad del hollín para absorber la luz.

Primero, crearon partículas simuladas que se parecían a las que se encuentran en la naturaleza, con diversos grados de recubrimiento orgánico. Luego, utilizando técnicas tomadas del trabajo de Chakrabarty con fractales, el equipo pasó por cálculos rigurosos, medir la absorción de luz en partículas poco a poco.

Cuando trazaron las magnitudes de absorción frente al porcentaje de recubrimiento orgánico, el resultado fue lo que matemáticos y científicos llaman una "ley de poder universal". Esto significa que, a medida que aumenta la cantidad de recubrimiento, La absorción de luz del hollín aumenta proporcionalmente en una cantidad relativa.

(La longitud y el área de un cuadrado están relacionadas por una ley de potencia universal:si duplica la longitud de los lados de un cuadrado, el área aumenta en cuatro. No importa cuál sea la longitud inicial del lado, la relación siempre se mantendrá).

Luego recurrieron al trabajo realizado por diferentes grupos de investigación que midieron la absorción de la luz ambiental del hollín en todo el mundo. de Houston a Londres a Beijing. Chakrabarty y Heinson volvieron a representar las mejoras de la absorción frente al porcentaje de recubrimiento.

El resultado fue una ley de potencia universal con la misma proporción de un tercio que se encontró en sus experimentos simulados.

Con tantos valores diferentes para mejorar la absorción de la luz en el hollín, Chakrabarty dijo que los modeladores climáticos están confundidos. "¿Qué diablos hacemos? ¿Cómo damos cuenta de la realidad en nuestros modelos?

"Ahora tienes orden en el caos y una ley, ", dijo." Y ahora puede aplicarlo de una manera computacionalmente económica ".

Sus hallazgos también apuntan al hecho de que los modelos climáticos podrían haber subestimado el calentamiento debido al carbono negro. Asumir una forma esférica para estas partículas y no tener en cuenta adecuadamente la mejora de la absorción de luz podría resultar en estimaciones de calentamiento significativamente más bajas.

Rahul Zaveri, científico senior y desarrollador del modelo integral de aerosol MOSAIC en el Pacific Northwest National Laboratory, califica los hallazgos como un avance significativo y oportuno.

"Estoy particularmente entusiasmado con la elegancia matemática y la extrema eficiencia computacional de la nueva parametrización, " él dijo, "que se puede implementar con bastante facilidad en modelos climáticos una vez que se desarrolle la parametrización complementaria para la dispersión de la luz por partículas de carbón negro recubiertas".