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núcleos de condensación de nubes

Contaminación por aerosoles sobre el norte de India y Bangladesh ( Imagen satelital de la NASA) Los núcleos de condensación de nubes ( CCN ), también conocidos como semillas de ...

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Contaminación por aerosoles sobre el norte de India y Bangladesh ( Imagen satelital de la NASA)

Los núcleos de condensación de nubes ( CCN ), también conocidos como semillas de nubes , son partículas pequeñas, típicamente de 0,2 μm , o una centésima parte del tamaño de una gota de nube . [ 1 ] Los CCN son un subconjunto único de aerosoles en la atmósfera sobre los cuales se condensa el vapor de agua . Esto puede afectar las propiedades radiativas de las nubes y la atmósfera en general. [ 2 ] El vapor de agua requiere una superficie no gaseosa para hacer la transición a un líquido ; este proceso se llama condensación . 

En la atmósfera terrestre , esta superficie se presenta como diminutas partículas sólidas o líquidas llamadas CCN. Cuando no hay CCN presentes, el vapor de agua puede sobreenfriarse a unos −13 °C (9 °F) durante 5 a 6 horas antes de que se formen gotitas espontáneamente. Este es el principio de la cámara de nubes para la detección de partículas subatómicas. [ 3 ]  

El concepto de CCN (que debe asociarse a una relación de sobresaturación) se utiliza en la siembra de nubes , que busca estimular la lluvia mediante la siembra del aire con núcleos de condensación (CN, que no se asocian a una relación de sobresaturación). Además, se ha sugerido que la creación de dichos núcleos podría utilizarse para el blanqueamiento de nubes marinas , una técnica de ingeniería climática . [ 4 ] Algunos fenómenos ambientales naturales, como el propuesto en la hipótesis CLAW, también surgen de la interacción entre los CCN producidos naturalmente y la formación de nubes.

Propiedades

Tamaño

Una gota de lluvia típica tiene aproximadamente 2  mm de diámetro, una gota de nube típica tiene alrededor de 0,02  mm, y un núcleo de condensación de nubes típico ( aerosol ) tiene alrededor de 0,0001  mm o 0,1  μm o más de diámetro. [ 1 ] El número de núcleos de condensación de nubes en el aire se puede medir en rangos entre aproximadamente 100 y 1000 por cm³ . La distribución de tamaño y la composición química de los CCN sobre los océanos generalmente tienen diferencias obvias en comparación con los que se encuentran sobre la tierra. [ 1 ] La masa total de CCN inyectada en la atmósfera se ha estimado en2 × 10 12  kg en el transcurso de un año. [ 1 ]

Composición

Existen muchos tipos diferentes de partículas atmosféricas que pueden actuar como núcleos de condensación de nubes (CCN). Estas partículas pueden estar compuestas de polvo o arcilla , hollín o carbono negro proveniente de incendios forestales o de pastizales, sal marina de la bruma de las olas del océano, hollín de chimeneas industriales o motores de combustión interna, sulfato de la actividad volcánica , fitoplancton o la oxidación del dióxido de azufre y materia orgánica secundaria formada por la oxidación de compuestos orgánicos volátiles . [ 1 ] La capacidad de estos diferentes tipos de partículas para formar gotas de nubes varía según su tamaño y su composición exacta, ya que las propiedades higroscópicas de estos componentes son muy diferentes. El sulfato y la sal marina, por ejemplo, absorben agua fácilmente, mientras que el hollín, el carbono orgánico y las partículas minerales no. Esto se complica aún más por el hecho de que muchas de las especies químicas pueden estar mezcladas dentro de las partículas (en particular, el sulfato y el carbono orgánico). Además, si bien algunas partículas (como el hollín y los minerales) no son buenos CCN, sí actúan como núcleos de hielo en las partes más frías de la atmósfera. [ 2 ]

Abundancia

El número y tipo de CCN pueden afectar la cantidad de precipitación, [ 5 ] la vida útil y las propiedades radiativas de las nubes . En última instancia, esto tiene una influencia en el cambio climático . [ 4 ] La investigación de modelado dirigida por Marcia Baker reveló que las fuentes y los sumideros se equilibran mediante la coagulación y la coalescencia , lo que conduce a niveles estables de CCN en la atmósfera. [ 6 ] [ 7 ] También se especula que la variación solar puede afectar las propiedades de las nubes a través de los CCN y, por lo tanto, afectar el clima . [ 8 ]

mediciones aéreas

Las mediciones aéreas de estos aerosoles mixtos individuales pueden formar CCN en un sitio de las Grandes Llanuras del Sur (SGP) cuando se realizan utilizando una aeronave de investigación. [ 9 ]

Aplicaciones

Siembra de nubes

La siembra de nubes es un proceso mediante el cual se añaden pequeñas partículas a la atmósfera para inducir la formación de nubes y la precipitación. Esto se ha realizado dispersando sales mediante métodos aéreos o terrestres. [ 10 ] Se han investigado otros métodos, como el uso de pulsos láser para excitar moléculas en la atmósfera, [ 11 ] y más recientemente, en 2021, la emisión de carga eléctrica mediante drones. [ 12 ] La eficacia de estos métodos no es consistente. Muchos estudios no observaron una diferencia estadísticamente significativa en la precipitación, mientras que otros sí. La siembra de nubes también puede ocurrir a partir de procesos naturales como incendios forestales, que liberan pequeñas partículas a la atmósfera que pueden actuar como núcleos. [ 13 ]

Aclaramiento de las nubes marinas

El blanqueamiento de nubes marinas es una técnica de ingeniería climática que consiste en la inyección de pequeñas partículas en las nubes para aumentar su reflectividad o albedo . [ 14 ] El objetivo de esta técnica es controlar la cantidad de luz solar que llega a la superficie del océano con la esperanza de reducir las temperaturas superficiales mediante forzamiento radiativo . [ 15 ] Muchos métodos implican la creación de pequeñas gotas de agua de mar para depositar partículas de sal marina en las nubes suprayacentes. [ 16 ] [ 17 ]

Pueden surgir complicaciones cuando el cloro y el bromo reactivos de la sal marina reaccionan con las moléculas presentes en la atmósfera. Se ha demostrado que reducen el ozono atmosférico; este mismo efecto reduce el hidróxido, lo que se correlaciona con una mayor persistencia del metano, un gas de efecto invernadero. [ 18 ]

Proliferación de fitoplancton en el Mar del Norte y el Skagerrak – NASA

Relación con el fitoplancton y el clima

Un artículo de 1987 en Nature encontró que el clima global puede ocurrir en un bucle de retroalimentación debido a la relación entre los CCN, los comportamientos de regulación de la temperatura de las nubes y el fitoplancton oceánico. [ 19 ] Este fenómeno se ha denominado desde entonces hipótesis CLAW, en honor a los autores del estudio original. Un CCN común sobre los océanos son los aerosoles de sulfato. Estos aerosoles se forman a partir del dimetilsulfuro (DMS) producido por las algas que se encuentran en el agua de mar. [ 19 ] Las grandes floraciones de algas , que se ha observado que han aumentado en áreas como el Mar de China Meridional, pueden contribuir con una cantidad sustancial de DMS a sus atmósferas circundantes, lo que lleva a una mayor formación de nubes. [ 20 ] [ 19 ] Como la actividad del fitoplancton depende de la temperatura, este bucle de retroalimentación negativa puede actuar como una forma de regulación climática. La venganza de Gaia , escrita por James Lovelock, uno de los autores del estudio de 1987, propone una relación alternativa entre las temperaturas oceánicas y el tamaño de la población de fitoplancton. Esto se ha denominado la hipótesis anti-CLAW. En este escenario, la estratificación de los océanos provoca que el agua fría rica en nutrientes quede atrapada bajo agua más cálida, donde la luz solar para la fotosíntesis es más abundante. [ 21 ] Esto inhibe el crecimiento del fitoplancton, lo que resulta en una disminución de su población y de los CCN de sulfato que producen, a medida que aumenta la temperatura. Esta interacción, por lo tanto, reduce el albedo de las nubes al disminuir las formaciones nubosas inducidas por los CCN y aumenta la radiación solar que llega a la superficie del océano, lo que resulta en un ciclo de retroalimentación positiva. [ 21 ]

Ceniza volcánica y emisiones de gases del volcán Pavlof de Alaska —NASA

De los volcanes

Los volcanes emiten una cantidad significativa de partículas microscópicas de gas y ceniza a la atmósfera cuando entran en erupción, las cuales se convierten en aerosoles atmosféricos. [ 22 ] Al aumentar el número de partículas de aerosol mediante procesos de conversión de gas a partícula, el contenido de estas erupciones puede afectar las concentraciones de núcleos de condensación de nubes (CCN) y partículas nucleadoras de hielo (INP) , lo que a su vez afecta las propiedades de las nubes y produce cambios en el clima local o regional. [ 23 ]

De estos gases, el dióxido de azufre, el dióxido de carbono y el vapor de agua son los que se encuentran con mayor frecuencia en las erupciones volcánicas. [ 24 ] Si bien el vapor de agua y los CCN de dióxido de carbono son naturalmente abundantes en la atmósfera, el aumento de los CCN de dióxido de azufre puede afectar el clima al causar enfriamiento global . [ 25 ] Casi 9,2 Tg de dióxido de azufre ( SO 2 ) se emiten anualmente desde los volcanes. [ 23 ] Este dióxido de azufre se transforma en ácido sulfúrico , que se condensa rápidamente en la estratosfera para producir finos aerosoles de sulfato. [ 25 ] La atmósfera inferior de la Tierra, o troposfera, se enfría como resultado de la mayor capacidad de los aerosoles para reflejar la radiación solar de vuelta al espacio.

Efecto sobre la contaminación atmosférica

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 "Formación de bruma, niebla y nubes: núcleos de condensación" . Consultado el 25 de noviembre de 2014 .
  2. 1 2 Hudson, James G. (1 de abril de 1993). "Núcleos de condensación de nubes" . Journal of Applied Meteorology and Climatology . 32 (4): 596– 607. Bibcode : 1993JApMe..32..596H . doi : 10.1175/1520-0450(1993)032 < 0596 :CCN > 2.0.CO ; 2. ISSN 1520-0450 . 
  3. ↑ Consejo Nacional de Investigación. División de Estudios de la Tierra y la Vida, Consejo Nacional de Investigación. Junta de Ciencias Atmosféricas y Clima, Consejo Nacional de Investigación. Junta de Estudios Oceánicos (2015). Intervención climática: reflejar la luz solar para enfriar la Tierra . Washington, DC ISBN 978-0-309-31483-1OCLC 914166140​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )
  4. 1 2 T., Houghton, J. (2001). Cambio climático 2001: la base científica . Cambridge University Press. ISBN 0-521-80767-0OCLC 1295485860 .​ {{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  5. ↑ Khain, AP; BenMoshe, N.; Pokrovsky, A. (1 de junio de 2008). "Factores que determinan el impacto de los aerosoles en la precipitación superficial de las nubes: un intento de clasificación" . Journal of the Atmospheric Sciences . 65 (6): 1721– 1748. Bibcode : 2008JAtS...65.1721K . doi : 10.1175/2007jas2515.1 . S2CID 53991050 . 
  6. ↑ Baker, Marcia B.; Charlson, Robert J. (1990). "Biestabilidad de las concentraciones de CCN y termodinámica en la capa límite cubierta de nubes" . Nature . 345 (6271): 142– 145. Bibcode : 1990Natur.345..142B . doi : 10.1038/345142a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 34623897 .  
  7. ↑ Baker, MB (1 de enero de 1993). "Variabilidad en las concentraciones de núcleos de condensación de nubes en la capa límite marina cubierta de nubes" . Tellus B: Meteorología química y física . 45 (5): 458– 472. Bibcode : 1993TellB..45..458B . doi : 10.3402/tellusb.v45i5.15742 .
  8. ↑ Yu, Fangqun; Luo, Gan (1 de abril de 2014). "Efecto de las variaciones solares en la formación de partículas y núcleos de condensación de nubes" . Environmental Research Letters . 9 (4) 045004. Bibcode : 2014ERL.....9d5004Y . doi : 10.1088/1748-9326/9/4/045004 . ISSN 1748-9326 . S2CID 121900557 .  
  9. ↑ Kulkarni, Gourihar; Mei, Fan; Shilling, John; Wang, Jian; Reveggino, Renato; Flynn, Connor; Zelenyuk, Alla; Fast, Jerome (3 de febrero de 2023). "Estudio del cierre de núcleos de condensación de nubes mediante mediciones aéreas sobre las Grandes Llanuras del Sur" . Journal of Geophysical Research . 128 (5) . Recuperado el 31 de enero de 2026 .
  10. ↑ Vonnegut, B.; Chessin, Henry (26 de noviembre de 1971). "Nucleación de hielo por yoduro de plata y bromuro de plata coprecipitados" . Science . 174 ( 4012): 945– 946. Bibcode : 1971Sci...174..945V . doi : 10.1126/science.174.4012.945 . ISSN 0036-8075 . PMID 17773193. S2CID 37459080 .   
  11. ↑ "Láser crea nubes sobre Alemania" . New Scientist . 2 de mayo de 2010. Archivado del original el 5 de diciembre de 2010. Consultado el 5 de diciembre de 2022 .
  12. ↑ "Emiratos Árabes Unidos probarán drones para disipar nubes y aumentar las precipitaciones" . BBC News . 17 de marzo de 2021. Consultado el 5 de diciembre de 2022 .
  13. ↑ Barry, Kevin R.; Hill, Thomas CJ; et al. (16 de febrero de 2021). "Observaciones de partículas nucleantes de hielo en la troposfera libre de incendios forestales del oeste de EE . UU." . Journal of Geophysical Research: Atmospheres . 126 (3). Bibcode : 2021JGRD..12633752B . doi : 10.1029/2020JD033752 . ISSN 2169-897X . S2CID 233962401 .   
  14. ↑ Ahlm, Lars; Jones, Andy; Stjern, Camilla W.; Muri, Helene; Kravitz, Ben; Kristjánsson, Jón Egill (6 de noviembre de 2017). "Aclaramiento de nubes marinas: tan efectivo sin nubes" . Atmospheric Chemistry and Physics . 17 (21): 13071– 13087. Bibcode : 2017ACP....1713071A . doi : 10.5194/acp-17-13071-2017 . hdl : 10852/59113 . ISSN 1680-7324 . 
  15. ↑ Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático, ed. (2014), "Forzamiento radiativo antropogénico y natural, páginas 705 a 740", Cambio climático 2013: las bases científicas físicas , Cambridge: Cambridge University Press, pp. 705–740 , doi : 10.1017/cbo9781107415324.019 (inactivo el 17 de julio de 2025), ISBN  978-1-107-41532-4{{citation}}: CS1 maint: DOI inactivo desde julio de 2025 ( enlace )
  16. ↑ Evans, JRG; Stride, EPJ; Edirisinghe, MJ; Andrews, DJ; Simons, RR (6 de julio de 2010). "¿Pueden las espumas oceánicas limitar el calentamiento global?" . Climate Research . 42 (2): 155– 160. Bibcode : 2010ClRes..42..155E . doi : 10.3354/cr00885 . ISSN 0936-577X . 
  17. ↑ Barreras, F.; Amaveda, H.; Lozano, A. (junio de 2002). "Atomización ultrasónica transitoria de agua de alta frecuencia". Experiments in Fluids . 33 (3): 405– 413. Bibcode : 2002ExFl...33..405B . doi : 10.1007/s00348-002-0456-1 . ISSN 0723-4864 . S2CID 122323760 .  
  18. ↑ Horowitz, Hannah M.; Holmes, Christopher; Wright, Alicia; Sherwen, Tomás; Wang, Xuan; Evans, Mat; Huang, Jiayue; Jaeglé, Lyatt; Chen, Qianjie; Zhai, Shuting; Alexander, Becky (28 de febrero de 2020). "Efectos de las emisiones de aerosoles de sal marina para el brillo de las nubes marinas en la química atmosférica: implicaciones para el forzamiento radiativo" . Geophysical Research Letters . 47 (4) e2019GL085838. Bibcode : 2020GeoRL..4785838H . doi : 10.1029/2019GL085838 . ISSN 0094-8276 . PMC 7375039. PMID 32713977 .   
  19. 1 2 3 Charlson, Robert J.; Lovelock, James E.; Andreae, Meinrat O.; Warren, Stephen G. (1987). "Fitoplancton oceánico, azufre atmosférico, albedo de las nubes y clima" . Nature . 326 (6114): 655– 661. Bibcode : 1987Natur.326..655C . doi : 10.1038/326655a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4321239 .  
  20. ↑ "Marine Ecology Progress Series 268:31" (PDF) . int-res.com . Consultado el 21 de abril de 2018 .
  21. 1 2 Lovelock, James (2007). La venganza de Gaia: por qué la Tierra contraataca y cómo aún podemos salvar a la humanidad . Londres: Penguin. ISBN 978-0-14-102597-1OCLC 72867986​​ 
  22. ↑ "Datos clave sobre las erupciones volcánicas | Volcanes" . Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades . 25 de enero de 2022. Consultado el 5 de diciembre de 2022 .
  23. 1 2 Arghavani, Somayeh; Rose, Clémence; Banson, Sandra; Planche, Céline; Sellegri, Karine (4 de marzo de 2021). "El efecto del uso de una nueva parametrización de la nucleación en el modelo WRF-Chem sobre la tasa de formación de cúmulos y la concentración de partículas en una pluma volcánica pasiva" . Resúmenes de la conferencia de la Asamblea General de la Egu . Bibcode : 2021EGUGA..2312058A . doi : 10.5194/egusphere-egu21-12058 . S2CID 236762909 . 
  24. ↑ "¿Qué gases emiten el Kīlauea y otros volcanes activos?" . Servicio Geológico de los Estados Unidos . Archivado del original el 5 de diciembre de 2022 . Consultado el 5 de diciembre de 2022 .
  25. 1 2 "Los volcanes pueden afectar el clima" . Servicio Geológico de los Estados Unidos . Consultado el 5 de diciembre de 2022 .

Lecturas adicionales

  • Charlson, Robert J.; Lovelock, James; Andreae, Meinrat O.; Warren, Stephen G. (1987). "Fitoplancton oceánico, azufre atmosférico, albedo de las nubes y clima". Nature . 326 (6114): 655– 661. Bibcode : 1987Natur.326..655C . doi : 10.1038/326655a0 . S2CID 4321239 . 
  • Fletcher, Neville H. (2011). La física de las nubes de lluvia (Edición de bolsillo). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-15479-6. OCLC 85709529
  • www.grida.no
  • Un experimento sencillo para hacer en casa (en francés)