Sergio Rodríguez explicó que conocer qué tipo de aerosoles activan la cristalización del agua de las nubes para que se convierta en hielo es importante por cuanto el proceso se incluiría en los modelos con los que se estudia el clima.

La variabilidad a largo plazo en las concentraciones de este tipo de aerosoles puede influir en los patrones de precipitación de nieve, en el tiempo de vida de las nubes y en consecuencia en la cantidad de radiación que estas pueden reflejar al espacio.

Explicó este investigador de la Aemet que hay nubes "sobreenfriadas", en las que las gotas de agua se mantienen en estado líquido por debajo de cero grados centígrados, y añadió que para que se inicie el proceso de formación de hielo se precisa la presencia de catalizadores, denominados núcleos de hielo.

En presencia de esos núcleos de hielo el agua de esas nubes comienza a cristalizar, de manera que nubes constituidas en un principio por gotas líquidas pueden dar lugar a precipitaciones de nieve o granizo.

Comentó que hay mucho desconocimiento en torno a la naturaleza de esos catalizadores, tanto de su origen como de su constitución, el tiempo que permanecen en la atmósfera y si pueden ser transportados a largas distancias.

Esas cuestiones se abordan en un trabajo publicado en la revista Tellus, del servicio meteorológico sueco, en el que han colaborado la Universidad de Basilea, el Centro de Investigación Atmosférica de Izaña (Tenerife), el Laboratorio de Ciencias Materiales y Tecnología de Suiza y el Instituto Paul Scherrer (Suiza).

Se trata de un estudio en el que se ha querido identificar el tipo de partículas que pueden actuar como núcleos de hielo a ocho grados bajo cero, un valor de temperatura relevante para la formación de determinadas nubes, y los procesos que pueden influir en su tiempo de vida en la atmósfera.

El estudio se basa en el análisis de muestras de aerosoles tomadas durante un año en los observatorio atmosféricos de Junfraujoch (a 3.580 metros de altitud en los Alpes Suizos), Izaña (a 2.370 metros de altitud en Tenerife) y Chaumount (a 1.136 metros en la meseta Suiza).

Las muestras recogidas se analizaron en laboratorio para evaluar la capacidad de los aerosoles para actuar como catalizadores que activan la formación de hielo en las nubes.

De los muchos aerosoles que hay en la atmósfera solo se ha identificado a dos con capacidad para actuar como catalizadores, y unos son de origen biológico, entre los que destacan determinadas bacterias, esporas de hongos y restos vegetales de pocas micras de tamaño.

Los otros catalizadores son de polvo desértico, como el emitido en el Sahara y Sahel, y otros de los desiertos que hay en latitudes subtropicales, que en la práctica son transportados a miles de kilómetros de su lugar de origen, según este estudio.

Tanto los bioaerosoles como el polvo desértico son transportados por las corrientes de aire a partes altas de la atmósfera, pudiendo alcanzar cotas superiores a los cinco kilómetros de altitud.

Los núcleos de hielo de origen biológico se activan a temperaturas relativamente cálidas, entre los -3 y - 10ºC, mientras que los catalizadores de polvo desértico se activan a temperaturas por debajo de los -15ºC.

Por este motivo, las concentraciones de catalizadores con capacidad de activarse a -8ºC en condiciones de polvo del Sahara en el observatorio de Izaña son bajas, con un máximo de uno en cada metro cúbico de aire.

Por el contrario, las concentraciones de núcleos de hielo que se pueden activar a -8ºC en los observatorios suizos de Junfraujoch y Chaumount son elevadas, de forma que en el primero llegan a diez y en el segundo a cien por metro cúbico de aire, indicó Sergio Rodríguez.

Los resultados indican que los catalizadores son eliminados de la atmósfera mediante procesos de precipitación, incluidos los que ellos mismos desencadenan una vez se han activado.

Los investigadores señalan que lo anterior implica que los núcleos de hielo solo pueden actuar como tales una sola vez, y este sería el motivo por el que en el observatorio de Junfraujoch los aerosoles con capacidad de actuar como núcleos de hielo son abundantes en verano.

Una estación, el verano, en la que son transportados los catalizadores a partes altas de la atmósfera mediante corrientes convectivas y en la que tienen un mayor tiempo de permanencia en la atmósfera debido a que las altas temperaturas impiden la formación de hielo, con lo que los núcleos de hielo están desactivados.

Sin embargo, y por el contrario, las bajas temperaturas del invierno activan los núcleos de hielo y hacen que salgan a la atmósfera mediante las precipitaciones que ellos desencadenan, reduciendo así su tiempo de permanencia en la atmósfera.

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Nuevo estudio: Aerosoles y formación de nubes de hielo

¿Qué tipo de aerosoles cataliza la congelación de las gotas de las nubes?

Las nubes sobreenfriadas son aquellas cuyas gotas siguen siendo líquidas a temperaturas inferiores a los cero grados centígrados. Para que esas gotas inicien el proceso de formación de hielo necesitan de la presencia de determinadas sustancias (catalizadores) denominadas núcleos de hielo. En presencia de estos núcleos de hielo el agua comienza a cristalizar, de forma que nubes constituidas inicialmente por gotas líquidas pueden dar lugar a precipitaciones de nieve o granizo.

Hoy día existe aún un gran desconocimiento sobre la naturaleza de los núcleos de hielo:
¿cuál es el origen de los núcleos de hielo?, ¿de que están hechos?
¿cuánto tiempo permanecen en la atmósfera?
¿pueden ser transportados a larga distancia?

La revista científica Tellus (servicio meteorológico Sueco) pública un nuevo estudio en el que, científicos de la Universidad de Basilea, el Centro de Investigación Atmosférica de Izaña (Tenerife), el Laboratorio de Ciencias Materiales y Tecnología de Suiza y el Instituto Paul Scherrer(Suiza) abordan estas cuestiones. Más específicamente, el estudio tiene como objetivos la identificación:i) del tipo de partículas que pueden actuar como núcleos de hielo a ocho grados bajo cero (-8ºC), un valor de temperatura relevante para la formación de determinadas nubes, y ii) de los procesos que pueden influir en su tiempo de vida en la atmósfera.

NOTA RELACIONADA

En Agosto de 2013 se llevó a cabo, en el Observatorio Atmosférico de Izaña, la campaña de medidas intensivas del proyecto CALIMA (Cloud, Aerosols and Ice Measurements in the Saharan Air Layer).

CALIMA tiene como objetivo el estudio de la capacidad que tienen las partículas de polvo Sahariano de actuar como núcleo de condensación de agua y núcleo de formación de hielo. Las propiedades radiativas de las nubes están afectadas por la concentración y composición química de las partículas que pueden actuar como núcleos de condensa el agua y formación de hielo. Hoy día se tiene aún un escaso conocimiento sobre los procesos mediante los que el polvo desértico actúa núcleo de formación de nubes. Además, se sabe aún poco sobre los procesos atmosféricos de interacción aerosoles – nubes. A pesar de que se han llevado a cabo numerosos experimentos en laboratorio, las medidas de campo son aún escasas, especialmente en zonas próximas a aéreas desérticas. El objetivo de CALIMA es el de (a) cuantificar la capacidad de las partículas de polvo Sahariano para actuar como núcleo de condensación de agua y formación de hielo, y (b) evaluar la influencia que la composición química, el grado de mezcla del polvo con contaminantes y la distribución de tamaño, tienen en la formación de agua condensada y hielo sobre el polvo Sahariano.

Durante la campaña CALIMA se realizaron mediciones de la concentración de núcleos de hielo, gotas de agua y propiedades físico químicas del polvo de otros aerosoles en la Capa de Aire Sahariano. Más específicamente se llevaron a cabo las siguientes mediciones:

•    Concentración de núcleos de hielo y parámetros de activación (medidos con el instrumento PINC - Portable Ice Nucleation Chamber)
•    Concentración de núcleos de condensación de agua y parámetros de activación (medidos con un CCN Counter)
•    Composición química, distribución de tamaños y grado de mezcla de partículas individuales (medidos con un  espectrómetro de masas del tipo ALABAMA)
•    Distribución de tamaños entre 10 nanómetros y 20 micras (medido con un SMPS y un APS)
•    Número total de partículas (medido con varios CPCs)
•    Concentración en masa de partículas en suspensión totales (TSP) y partículas con tamaño de menos de 10, 2.5 y 1 micras (PM10, PM2.5, PM1).
•    Composición química de partículas TSP, PM10, PM2.5 y PM1 (composición elemental, materia mineral, OC, EC, sulfato, nitrato, amonio y elementos trazas).
•    Propiedades Ópticas: dispersión y absorción.
•    Recolección de muestras de polvo en suspensión para realizar experimentos en laboratorio.

Fuente:Agencia EFE