Cómo la neblina forma partículas y permite que las nubes crezcan

Hyytiälä

Hyytiälä es una estación de investigación en el bosque Finlandés. Aquí, científicos atmosféricos de  Aerosol research group de la Universidad de Helsinki, en cooperación con muchos otros científicos, tratan de entender cómo las partículas (llamadas también aerosol) se forman y qué papel juegan en la formación de las nubes.

Por la mañana, cuando  sale el sol , los árboles en el bosque comienzan a ser biológicamente activos. Ellos liberan muchos compuestos químicos como isoprene o monoterpenes como gases a la atmósfera. Tales sustancias químicas orgánicas dan el olor típico al aire en el bosque.

Oxidación y formación de partículas

Los compuestos orgánicos son oxidados en el aire, por ejemplo por radicales OH. A menudo los recintos oxidados tienen una más baja presión de vapor que los gases originalmente liberados por las plantas. Ellos tienden a condensar. 

Tales recintos volátiles pueden ser depositados en superficies o adherirse uno a otro en el aire, formando grupos de varias molécuas y despues crecen a partículas. Lo llamamos proceso de nucleación. Varios grupos se adhieren un a otro y forman partículas más grandes, Este proceso es llamado coagulación. Las moléculas se pueden evaporar otra vez de tales partículas, otras pueden condensarse en ellos. 

Si comparamos los tamaños de las partículas, es difícil imaginar que esas pequeñas partículas  puedan ser detectadas. Para separar las partículas por tamaño, los científicos utilizan instrumentos que desvían las partículas cargadas a un campo eléctrico. Lo más pequeñas que sean las partículas, lo más móvil y más fácil de desviar. Saliendo del también llamado 'analizador diferencial de movilidad'  (DMA), el vapor se condensa en ellos para que ellos crezcan a un tamaño perceptible. En una cáscara de nuez, el descubrimiento de partículas muy pequeñas sucede en tres pasos: 1) cargando 2) la separación 3) el crecimiento + el descubrimiento.

5. El análisis de la partícula: Las partículas se cargan, son separadas y son contadas (CPC - mostrador de partícula de condensación). Los esquemas en el lado derecho muestran cómo las partículas (rojo) de tres tamaños diferentes son seleccionados cambiando la fuerza del campo de atracción (aumentando de A a C).
Esquema: Elmar Uherek, Por favor clic para ampliar (50 KB)

Comparado con grandes moléculas orgánicas o sales, agua pura es una especie muy volátil. Las moléculas del agua no pueden formar realmente grupos en el aire, ellas se unen unas a otras y forman las nubes de gotas. Si se formase un grupo de agua, este evaporaría otra vez. El  agua se condensa en las partículas diminutas (aerosoles), los cuales están flotando en el aire. Si cada vez más moléculas de agua se condensan en ellos, se forma una gota. El proceso de la condensación depende en gran parte en que las partículas quieran agua o no, es decir en su composición química. 

6. Procesp del crecimiento de las partículas, esquema: Ari Asmi

Las partículas consisten en simples moléculas con ciertas propiedades químicas. La composición química de las partículas más pequeñas puede variar:
El ácido sulfúrico y las partículas amónicas del sulfato se encuentran casi por todas partes en el aire y pueden fácilmente atraer agua. Se encuentran también en el aire muy limpio sobre el océano. Por lo tanto, nosotros pensamos que las nubes sobre el océano se pueden formar principalmente de la condensación de agua en el ácido sulfúrico.  Sobre la tierra tenemos las cantidades más altas de grandes moléculas orgánicas, por ejemplo, de las moléculas de la neblina en el bosque. Aquí, como se muestra en el modelo de la parte posterior, tales partículas orgánicas pueden ya sea condensarse en el ácido sulfúrico y sulfato amónico, o quizá condensarse también en sí mismos.

Hoy, las partículas de menos de 1 nm pueden ser detectadas y observarse los acontecimientos de nucleación. La actividad biológica del bosque juega un papel aquí. En los gráficos encima vemos cómo altas concentraciones de ppartículas muy pequeñas  son medidas por la mañana en el bosque de Hyytiälä por un analizador de partículas. La mayor parte de la materia viene de los árboles y puede tener una influencia en las clases de nube formadas en este día de primavera en 2003.

9. Torre de medición y análisis del aire de bosque en diferentes altitutes en Hyytiälä.
fuente: ISAS Dortmund SMEAR campaña II
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Autor: Elmar Uherek
Max Planck Institute for Chemistry Mainz

Reconocimiento:
Muchas gracias por el apoyo en este artículo a  Asbjörn Aarflot, Boris Bonn, Ari Asmi y otros colegas en el grupo de investigación de Prof. Markku Kulmala en Helsinki.

Última actualización: 2005-05-05