Estamos rodeados de pequeñas partículas líquidas y sólidas que flotan y no somos capaces de ver: los aerosoles atmosféricos. Hoy veremos qué son y por qué son tan importantes para la formación de nubes y el clima y el uso que se ha hecho para modificar el tiempo artificialmente

Empezaremos definiendo qué son los aerosoles, sus clasificaciones, fuentes y luego hablaremos de la influencia en nubes, lluvia y clima. Recomiendo ver antes este hilo sobre química atmosférica. twitter.com/scnycc/status/…

Los aerosoles atmosféricos se definen como partículas líquidas y sólidas que están en suspensión en la atmósfera. Tiene distintos orígenes y tamaños y son importantes en el clima y en la salud humana.

Se pueden formar por tres tipos de proceso. El primero es el gas partícula y se forma al condensarse el gas y se pueden formar como resultado de reacciones químicas, que están catalizadas por la radiación solar. Este es el caso de las nubes estratosféricas polares.

Estas partículas suelen ser menores a 0.1 micrómetros (μm), son responsable de generación de aerosoles en la estratosfera y forman distintos productos como el dióxido de azufre y nitrógeno e hidrocarburos. Son aerosoles secundarios.

Otro mecanismo es por inyección directa que producen las erupciones volcánicas (aerosol primario), los incendios, las actividades humanas o la erosión. El tipo de aerosoles tiene diámetros mayores a 0.1 μm. Suelen ser polvo o cristales de sal.

Otra forma es por la influencia de partículas del espacio exterior: meteoritos, polvo interplanetario y es importante para la alta atmósfera. Los diámetros varían de 1 a 1000 μm por partículas sólidas o generadas por condensación de meteoritos evaporados.

Según su tamaño, podríamos clasificar los aerosoles (clasificación de Junge) en: -Núcleos de Aitken: radio < 0.1 μm -Núcleos grandes: radio entre 0.1 μm y 1 μm -Núcleos gigantes: radio > 0.1 μm Los inferiores a 10 pueden dañar la salud humana al ser fáciles de inhalar.

Otra manera de clasificarlos es según si superan un determinado radio. Se les denomina PM 1 (partículas ultrafinas), PM 2.5 (finas) , PM 10 ( gruesas), PM significa Particle Matter (materia particularizada) y el nº hace referencia a que son menores que un determinado diámetro.

Los aerosoles pueden ser tanto especies químicas individuales: sulfatos, nitratos, hollín (carbón), sal marina o minerales como multicomponentes, que tienen muchas especies químicas.

Atendiendo a su origen de emisión podríamos clasificarlos según el lugar (mares o continentes) y naturaleza (natural o antropogénica). Los aerosoles continentales los podemos distinguir en minerales, inorgánicos y orgánicos.

Los aerosoles minerales son el polvo terrestre (Titanio, carbonato cálcico, hierro) y es la mayor masa de aerosol atmosférico (un 44%). Puede proceder del desierto o de europciones (natural) o de la industria y el tráfico (antrópico)

Los aerosoles minerales son muy importantes para la vida en la Tierra, el polvo del Sahara es un fertilizante muy importante para la Amazonia. Lo podéis ver en este vídeo de la NASA svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a0…

Luego tenemos los aerosoles inorgánicos que son principalmente los sulfatos y derivados (7-10% emisiones globales) y proceden principalmente de volcanes, seres vivos, oxidación biológica terrestre y el SO2 de combustión fósil.Proviene principalmente de Europa oeste y Norteamérica

Otro son looo aerosoles orgánicos (2-5% emisiones) son hidrocarburos orgánicos y carbono (como el hollín) en su mayoría. Proceden princpalmente de incendios y bosques por descomposición de algas y polen en cultimos. Tamaño de 1 a 250 μm

Los aerosoles marinos son el segundo tipo de partícula con mayor importancia (38% de emisiones globales. Se concentran en regiones con fuertes vientos y son cristales de sal en su mayoría. Tiene rangos de 1 a 250 μm

En la tabla izquierda se muestra cómo se reparten las emisiones de los distintos tipos de aerosoles (en Tg por año) y a la derecha las producción estimada de aerosol en distintas áreas y su concentración

Los aerosoles se concentran sobre todo en el Hemisferio Norte (61%) al tener más tierras y en el cinturón de latitud entre 30 y 60º, al estar el 88% de las fuentes. Por zonas: regiones polares> contaminadas> tormentas de arena.

Todos estos aerosoles son transportados principalmente por el viento, incluso a escala global. Los más fáciles son los que se convierte en gas partícula debido a su pequeño tamaño, como los sulfatos, que pueden llegar a la estratosfera y los nitritos, que producen lluvia ácida

El mejor ejemplo de este transporte los tenemos en las invasiones de polvo sahariano, la calima, que llega a España debido a la cercanía del Sahara, lo que hace que España tenga alta concentración de aerosoles minerales.

Los tiempos de vida de aerosoles son muy variables: desde unos cuantos días en la parte maás baja de la atmósfera a años en la estratosfera. Cuanto s más pequeños, más tardarán en depositarse.

La tasa de creación es aproximadamente la misma que de eliminación de aerosoles. Las partículas pequeñas se pueden convertir en más grandes si se unen, principalmente tienen que ser menores a 0.2 μm de diámetro.

Hablemos de la importancia de los aerosoles en las nubes. La alta solubilidad de ciertos aerosoles (los higroscópicos) es un ingrediente fundamental en su creación porque reducen la humedad necesaria para que en ellos condensan las gotitas de agua (nucleación heterogénea)

Es muy difícil formar gotitas de lluvia a partir de microgotas que condensen directamente y se unan a otras gotas (nucleación homogénea) porque se necesitarían humedades del 300%. Con los aerosoles se reduce a 100%. Estos aerosoles se llaman núcleos de condensación.

De ahí, que por ejemplo, cuando hay calima haya más nubes porque hay más aerosoles (polvo sahariano) y por eso ayudan a la condensación de nubes. Un caso diferente es el de los cristales de hielo y la nieve.

Para obtener agua sólida, la nucleación puede ser tanto homogénea como heterogénea, por sublimación de vapor o congelación. Los núcleos glaciógenos más indicados son los que tengan una estructura más parecida a un cristal de hielo, como el yoduro de plata (estructura hexagonal)

Así gotitas de agua sin congelar a <0ºC (subenfriadas) se pueden agregar a núcleos de hielo y formar granizo o que se agreguen otros cristales de hielo (nieve). Todo esto va a servir para entender por qué los aerosoles son uno de los ingredientes para intentar modificar el tiempo

Tenéis más info sobre microfísica de nubes en este hilo twitter.com/i/events/12425…

En teoría, si metemos muchos aerosoles en una nube habrá más núcleos de condensación y por tanto se podrá estimular la lluvia por colisión. Se puede hacer con partículas de sales o con pequeñas gotas menores a 30 μm. Sin embargo, no ha habido resultados eficaces.

Esto también se ha intentado para disipar nieblas. A más núcleos de condensación, menor tamaño tienen las gotas, más visibilidad. Aunque esta técnica es cara y poco efectiva. Se usa más técnicas de evaporación por calentamiento para disipar nieblas.

También introduciendo núcleos glaciógenos se puede reducir el tamaño del granizo porque las gotitas subenfriadas se adhieren a más cristales de hielo. E incluso se podría aumentar la precipitación. con materiales como el CO2 sólido.

El CO2 sólido se descubrió en 1946, llamado hielo sólido y es tan frío que permitiría la nucleación homogénea de cristales de hielo. También se ha usado el yoduro de plata, pero solo sirve para temperaturas mayores a -5ºC y puede ser contaminantes.

En nubes estratiformes hay pocos núcleos glaciógenos, por lo que la precipitación generada por esta técnica sería pequeña y en nubes cúmulos pequeñas (no cb) también generarían poca lluvia o nieve, e incluso adelantarla, pero la vida de esas nubes es pequeña.

Los experimentos se centran principalmente en estimular lluvia, reducir el tamaño de granizo y disipar nieblas. Siempre en localizaciones no pobladas. Aquí tenéis un resumencillo. Spoiler: las avionetas no nos fumigan. aemetblog.es/2016/09/30/aem…

Estos experimentos tienen mucha historia y hasta España fue el siglo pasado un lugar en el que se realizaron experimentos de la OMM en localizaciones muy específicas, pero en muy pocos sitos. En muchos lugares del mundo se siguen intentando obtener resultados, como en China.

Ante posibles ataques magufos, recomiendo leer este hilo, que también da una idea en números de lo complicado que es modificar el tiempo twitter.com/metbeni/status…

Los aerosoles también han sido estudiados por su papel en el clima y radiativo. Se podría decir que los aerosoles tienen un efecto directo al dispersar y absorber radiación, semidirecto e indirecto por las nubes.

Si atendemos al efecto directo, los aerosoles dispersan y absorben radiación de onda corta (la que recibimos directamente del sol). Al dispersarla (cambiar su dirección) menos radiación llega a la superficie, produciendo un enfriamiento

En cambio, aerosoles grandes (polvo, carbón negro) pueden actuar como gases de efecto invernadero. Absorben la radiación térmica emitida por la tierra y la reemiten de nuevo al suelo, calentando el planeta.

El efecto semidirecto tiene que ver por las retroalimentaciones que producen los efectos directos. Al absorber radiación solar, por ejemplo, calientan una capa, lo que modifica los gradientes de temperatura. Si +frío superficie, +caliente atmósfera, + estabilidad, -convección.

Al calentar la capa, los procesos turbulentos redistribuyen la energía térmica, calentando la atmosfera, lo que aumenta la evaporación y la nubosidad y humedad. Lo conté en este hilo de retroalimentaciones. twitter.com/scnycc/status/…

El efecto indirecto es una de las mayores incógnitas porque es díficil estudiar el balance radiativo de las nubes. A +aerosoles (derecha), más núcleos de condensacion, más blanca es la nube y más luz solar refleja (efecto enfriamiento)

Los gráficos del IPCC de forzamiento radiativo nos dan una idea de si los aerosoles enfrían (valores -) o calientan (valores +, como el carbón negro), como esto del sexto informe. Fijaos lo grande que son las barras de errores para el polvo y el carbón negro.

Por lo que la idea de enfriar el planeta metiendo aerosoles parece descabellada porque no tenemos mucha idea de cómo impactaran en el clima. Sabemos poco de cómo es el impacto directo y el indirecto elespanol.com/ciencia/medio-…

El ejemplo más práctico lo tenemos con los volcanes, que pueden modificar el clima por emisión de aerosoles, pero dependerá mucho de la erupción, la latitud y la circulación atmosférica.

Para estudiar los aerosoles se estudian sus espectros, tamaños, espesores ópticos y radio. Son muy complicados de modelar por sus diferentes formas. Imagina hacer una integral de ellos si los armónicos esféricos incluso sirven de poco.

Aquí algún ejemplo: aerosoles esféricos (nitratos, sulfatos) a la izquierda y otros complejos como el hollín o partículas sólidas a la derecha

Y hasta aquí el hilo. Referencias: -Wallace, Hobb. Atmospheric Science, an introductory survey. Cap 5 - Atmosphere, Weather and Climate Barry and Charmey. Cap 1. -Física de las nubes. Ahrens earthobservatory.nasa.gov/features/Aeros…

También recomiendo "Algo nuevo en los cielos" de @Antonio Martínez Ron que hay muchas historias sobre aerosoles y sobre los experimentos que se hicieron en España para modificar el tiempo.

Aprovecho para decir que todo esto lo aprendí en el máster de meteorología de la UGR, que saben mucho de aerosoles y hay proyectos de investigación muy interesantes. En el próximo hilo aplicaremos todo este hilo a la contaminación.