Cuando el smog de invierno se apodera de las megaciudades asiáticas, se mide más material particulado en las calles de lo esperado. Un equipo internacional, incluidos investigadores de la Universidad Goethe de Frankfurt, así como de las universidades de Viena e Innsbruck, ha descubierto que el ácido nítricoy el amoníaco en particular contribuyen a la formación de partículas adicionales. El ácido nítrico y el amoníaco se originan en los centros de las ciudades predominantemente por el escape de los automóviles. Los experimentos muestran que la alta concentración local de los vapores en las calles estrechas y cerradas de la ciudad acelera el crecimiento de pequeñas nanopartículas en establespartículas de aerosol.
En los centros urbanos abarrotados, las altas concentraciones de partículas causan efectos considerables en la salud. Especialmente en los meses de invierno, la situación en muchas megaciudades asiáticas es dramática cuando el smog reduce significativamente la visibilidad y la respiración se vuelve difícil.
Las partículas, con un diámetro de menos de 2.5 micrómetros, se forman principalmente a través de procesos de combustión, por ejemplo en automóviles o calentadores. Estas se llaman partículas primarias. Las partículas también se forman en el aire como partículas secundarias, cuando los gases de sustancias orgánicas, sulfúricoEl ácido, el ácido nítrico o el amoníaco se condensan en pequeñas nanopartículas, que se convierten en partículas que forman parte de las partículas.
Hasta ahora, cómo las partículas secundarias podrían formarse nuevamente en las calles estrechas de las megaciudades era un enigma. Según los cálculos, las pequeñas nanopartículas deberían acumularse en las partículas más grandes abundantemente disponibles en lugar de formar nuevas partículas.
Los científicos del proyecto internacional de investigación CLOUD han recreado las condiciones que prevalecen en las calles de megaciudades en una cámara climática en el acelerador de partículas CERN en Ginebra, y reconstruyeron la formación de partículas secundarias: en las calles estrechas y cerradas deEn una ciudad, se produce un aumento local de contaminantes. La causa de la distribución irregular de los contaminantes se debe en parte a las altas emisiones de contaminantes a nivel de la calle. Además, el aire de la calle tarda un poco en mezclarse con el aire circundante.conduce a que los dos contaminantes amoníaco y ácido nítrico se concentren temporalmente en el aire de la calle.Como demuestran los experimentos de CLOUD, esta alta concentración crea condiciones en las que los dos contaminantes pueden condensarse en nanopartículas: el nitrato de amonio se forma en núcleos de condensación del tamaño de solo unos pocosnanómetros, haciendo que estas partículas crezcan rápidamente.
"Hemos observado que estas nanopartículas crecen rápidamente en unos pocos minutos. Algunas de ellas crecen cien veces más rápido de lo que habíamos visto anteriormente con otros contaminantes, como el ácido sulfúrico", explica el investigador climático, el profesor Joachim Curtius de GoetheUniversidad de Frankfurt. "En los centros urbanos abarrotados, el proceso que observamos, por lo tanto, hace una contribución importante a la formación de partículas en el smog de invierno, porque este proceso solo tiene lugar a temperaturas inferiores a unos 5 grados centígrados". El físico de aerosoles Paul Winkler deLa Universidad de Viena agrega: "Cuando las condiciones son más cálidas, las partículas son demasiado volátiles para contribuir al crecimiento".
La formación de partículas de aerosol a partir del amoníaco y el ácido nítrico probablemente se produce no solo en ciudades y zonas abarrotadas, sino en ocasiones también en altitudes atmosféricas más altas. El amoníaco, que se emite principalmente de la cría de animales y otros cultivos, llega a la troposfera superiordesde las parcelas de aire que se elevan cerca del suelo por convección profunda, y los rayos crean ácido nítrico a partir del nitrógeno en el aire ". A las bajas temperaturas imperantes allí, se forman nuevas partículas de nitrato de amonio que, como semillas de condensación, juegan un papel en la formación de nubes,"explica el físico iónico Armin Hansel de la Universidad de Innsbruck, señalando la relevancia de los resultados de la investigación para el clima.
El experimento CLOUD Cosmics Leaving OUtdoor Droplets en el CERN estudia cómo se forman nuevas partículas de aerosol en la atmósfera a partir de gases precursores y continúan creciendo en semillas de condensación. NUBE proporciona una comprensión fundamental sobre la formación de nubes y partículas.es llevado a cabo por un consorcio internacional compuesto por 21 instituciones. La cámara de medición CLOUD fue desarrollada con los conocimientos del CERN y logra condiciones de medición definidas con mucha precisión. Los experimentos CLOUD utilizan una variedad de diferentes instrumentos de medición para caracterizar las condiciones físicas y químicas de la atmósfera.compuesto por partículas y gases.En el proyecto CLOUD, el equipo dirigido por Joachim Curtius del Instituto de Atmósfera y Medio Ambiente de la Universidad Goethe de Frankfurt desarrolla y opera dos espectrómetros de masas para detectar gases traza como el amoníaco y el ácido sulfúrico, incluso a las concentraciones más pequeñas.parte de proyectos financiados por el BMBF y la UE.En la Facultad de Física de la Universidad de Viena, el equipo dirigido por Paul Winkler está desarrollando un nuevo dispositivo de medición de partículas como parte de un proyecto ERC.El dispositivo permitirá la investigación cuantitativa de la dinámica de los aerosoles específicamente en el rango de tamaño relevante de 1 a 10 nanómetros.Armin Hansel, del Instituto de Física Iónica y Física Aplicada de la Universidad de Innsbruck, desarrolló un nuevo procedimiento de medición PTR3-TOF-MS para permitir un análisis aún más sensible de gases traza en el experimento CLOUD con su equipo de investigación como parte de unProyecto FFG.
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Materiales proporcionado por Universidad Goethe de Frankfurt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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