Un acelerador de partículas descubre cómo se forma el esmog urbano

Los episodios de esmog invernal en las ciudades se forman por las emisiones de amoniaco de los vehículos, que no están reguladas y aumentan con los convertidores catalíticos de los vehículos de gasolina y diésel

Una colaboración científica que estudia el posible vínculo entre los rayos cósmicos galácticos y la formación de nubes ha desentrañado el misterio de cómo se forma el smog invernal en las ciudades.

Se trata de la colaboración CLOUD, basada en el Sincrotrón de Protones (PS) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), que usa un acelerador de física de alta energía para estudiar las ciencias atmosféricas y climáticas.

Esta colaboración ha revelado un nuevo mecanismo que impulsa los episodios de esmog invernal en las ciudades.

Los resultados, publicados en la revista Nature, ayudarán a reducir la contaminación de partículas urbanas, que ocupa el quinto lugar en los factores de riesgo de mortalidad en todo el mundo.

Esmog urbano

El smog se refiere a la contaminación del aire que se da como resultado de la interacción de la luz solar con ciertos químicos en la atmósfera.

Los episodios de smog urbano de invierno ocurren cuando se forman nuevas partículas en el aire contaminado, atrapado por debajo de una inversión de temperatura.

Una inversión térmica se produce cuando descienden la temperatura y densidad del aire: en ese momento, la contaminación aérea, como el smog, queda atrapada cerca del suelo, con efectos nocivos para la salud.

Misterio resuelto

Sin embargo, la forma en que las partículas nocivas logran formarse y crecer en este aire altamente contaminado ha sido un misterio hasta ahora.

CLOUD dispone sin embargo de una cámara especial capaz de imitar diversos aspectos de la atmósfera de la Tierra, con un control preciso de las condiciones y contaminantes extremadamente bajos.

Los datos de los instrumentos de muestreo conectados a la cámara permiten una comprensión integral de la formación de partículas y su efecto sobre las nubes y el clima.

Los iones de los rayos cósmicos también pueden influir en la formación de estas partículas suspendidas en un gas, también conocidas como aerosoles.

El papel que desempeñan los aerosoles en la contaminación urbana se puede estudiar variando la intensidad de un haz de piones (partículas subatómicas) del Sincrotrón de Protones del CERN, que atraviesa la cámara de CLOUD.

Simulación urbana

En su nuevo estudio, los científicos simularon condiciones urbanas contaminadas en la cámara e investigaron el papel del amoníaco y el ácido nítrico en las concentraciones atmosféricas.

Las emisiones globales de amoníaco están dominadas por la agricultura. Sin embargo, en las ciudades, la presencia de amoníaco y ácido nítrico, que se deriva de los óxidos de nitrógeno (NOx), se debe en gran medida a los vehículos.

"Anteriormente se pensaba que el amoníaco y el ácido nítrico desempeñaban un papel pasivo en la formación de partículas", explica Jasper Kirkby, jefe del experimento CLOUD, en un comunicado.

Rápido crecimiento

Sin embargo, el nuevo estudio CLOUD mostró que las pequeñas carencias de homogeneidad en las concentraciones de amoníaco y ácido nítrico, que solo persisten durante unos minutos, pueden conducir a tasas de crecimiento de aerosoles hasta más de 100 veces más rápidas de lo que se había visto anteriormente, pero solo en períodos cortos que habían escapado de la detección hasta ahora.

Estas tasas de crecimiento ultrarrápidas son suficientes para transformar las partículas recién surgidas a un tamaño más grande, donde son menos propensas a perderse a través del barrido por partículas preexistentes.

El resultado final es un episodio de smog denso con un alto número de partículas.

“Aunque la emisión de óxidos de nitrógeno está regulada, las emisiones de amoníaco pueden aumentar con los últimos convertidores catalíticos utilizados en vehículos de gasolina y diesel. Nuestro estudio muestra que regular las emisiones de amoníaco de los vehículos podría contribuir a reducir el smog urbano”, concluye Jasper Kirkby.


Referencia bibliográfica:

Rapid growth of new atmospheric particles by nitric acid and ammonia condensation. Mingyi Wang et al. Nature, Volume 581, pages184–189(2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2270-4

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