Científicos descubren el misterio de la formación del smog

Una peculiaridad de la contaminación del aire en zonas urbanas es que no siempre es predecible. No es raro que una ciudad importante, como Pekín, tenga cielos despejados un día y esté envuelta en una espesa niebla tóxica al siguiente. La causa de esta generación espontánea de partículas contaminantes ha sido un misterio, hasta ahora.

Los científicos de Caltech, en colaboración con investigadores de la Universidad Carnegie Mellon y la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), han descubierto el mecanismo que consideran responsable de la neblina contaminante, conocida por su denominación en inglés: smog.

Los investigadores encontraron que dos gases que normalmente son un componente invisible de la contaminación del aire pueden, en las condiciones adecuadas, reaccionar químicamente entre sí para crear pequeñas partículas que actúan como semillas que pueden crecer a tamaños significativos. Estas partículas son en parte responsables de la contaminación del aire visible y de la formación de algunas nubes. Un artículo sobre el trabajo aparece en la edición del 13 de mayo de la revista Nature.

"La neblina es la contaminación visible del aire que vemos principalmente en las ciudades, como el smog marrón en Los Ángeles, pero también la niebla gris oscuro que vemos en las ciudades asiáticas", dice Stephanie Kong, estudiante graduada de ingeniería química en Caltech. "La bruma importa porque está hecha de partículas que se depositan en nuestro sistema respiratorio cuando respiramos. Una de las principales causas del asma es la deposición de partículas en los pulmones".

El mecanismo que descubrieron Kong y sus colegas investigadores comienza con pequeñas gotas de ácido sulfúrico formado a partir de gases enviados a la atmósfera por la combustión de combustibles fósiles que contienen azufre, como el carbón. Estas gotitas reaccionan con el amoníaco atmosférico para formar pequeños cristales de sulfato de amonio.

La mayoría de las veces, estos cristales crecerán muy lentamente a medida que se agrupan con otros cristales de sulfato de amonio y otros compuestos en el aire. Sin embargo, en las condiciones adecuadas, cuando el aire es muy frío, alrededor de 5 grados centígrados, los cristales de sulfato comenzarán a recoger el ácido nítrico formado por las emisiones de óxidos de nitrógeno y amoníaco de automóviles y fábricas presentes en la atmósfera. Tanto el ácido nítrico como el amoníaco son gases, pero cuando entran en contacto entre sí en la superficie de un cristal de sulfato de amonio, reaccionan para formar nitrato de amonio. En condiciones aún más frías, alrededor de -15 grados C, el ácido nítrico y el amoníaco pueden condensarse juntos sin la ayuda del sulfato de amonio, y comenzar a acumularse en partículas de nitrato de amonio por sí mismos.

Las partículas de nitrato de amonio, que cuando se forman pueden tener solo unos pocos nanómetros de diámetro, pueden crecer rápidamente, aumentando su tamaño cien veces en tan solo cinco minutos. Esta rápida transformación de gases esencialmente invisibles en partículas visibles explica, al menos en parte, cómo los cielos sobre las ciudades pueden transformarse de despejados un día a nublados al siguiente, dice Kong.

Para realizar los experimentos que llevaron a este descubrimiento, los investigadores requirieron una cámara de nubes ultra limpia, porque la presencia de contaminantes no deseados, incluso en pequeñas cantidades, haría imposible llevar a cabo la reacción de forma controlada. Por esa razón, el equipo de investigación recurrió al CERN para hacer uso de una instalación especial, conocida como la cámara Cosmics Leaving OUtdoor Droplets (CLOUD), diseñada para estudiar cómo los rayos cósmicos pueden influir en la formación de nubes. En comparación con otras cámaras atmosféricas utilizadas en la investigación científica, el volumen interior de la cámara CERN CLOUD es excepcionalmente limpio, ya que está revestido con acero inoxidable pulido. El acero inoxidable es un material ideal porque no libera gases que puedan contaminar un experimento. Caltech tiene su propia cámara atmosférica, pero está hecha de teflón, que, si bien es principalmente inerte, aún liberaría suficientes gases para interferir con el experimento.

Kong dice que la investigación sugiere que las reglas y regulaciones que rigen la contaminación del aire pueden necesitar ser actualizadas para controlar más estrictamente la emisión de ciertos contaminantes gaseosos. Muchas regulaciones se centran en la emisión de contaminación por partículas y unos pocos contaminantes gaseosos específicos que se consideran más perjudiciales para la salud humana. Sin embargo, si otros gases emitidos por las actividades humanas pueden combinarse para formar partículas inmediatamente, también podrían estar dañando a los residentes urbanos, dicen los investigadores.

En última instancia, Kong espera examinar el papel de estas partículas que generan espontáneamente en el cambio climático inducido por el hombre. "Estas pequeñas partículas pueden hacer que se formen nubes, y debido a que las nubes reflejan la luz solar, la contaminación por partículas de este tipo puede estar teniendo un impacto climático".

Europa Press

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