Los núcleos de condensación de nubes ( CCN ), también conocidos como semillas de nubes , son pequeñas partículas 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 en los que se condensa el vapor de agua . Esto puede afectar las propiedades radiativas de las nubes y de la atmósfera en general. [2] El agua requiere una superficie no gaseosa para hacer la transición de vapor a líquido ; este proceso se llama condensación .
En la atmósfera de la Tierra , esta superficie se presenta como pequeñas partículas sólidas o líquidas llamadas CCN. Cuando no hay CCN presentes, el vapor de agua se puede sobreenfriar a aproximadamente -13 °C (9 °F) durante 5 a 6 horas antes de que se formen gotas espontáneamente. Ésta es la base de la cámara de niebla para detectar partículas subatómicas. [3]
El concepto de CCN se utiliza en la siembra de nubes , que intenta favorecer las precipitaciones sembrando el aire con núcleos de condensación. Se ha sugerido además que la creación de dichos núcleos podría utilizarse para aclarar las 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.
Una gota de lluvia típica tiene aproximadamente 2 mm de diámetro, una gota de nube típica tiene un diámetro del orden de 0,02 mm y un núcleo de condensación de nube típico ( aerosol ) tiene un diámetro del orden de 0,0001 mm o 0,1 µm o mayor. [1] El número de núcleos de condensación de nubes en el aire se puede medir en rangos entre 100 y 1000 por cm 3 . [1] La masa total de CCN inyectados a la atmósfera se ha estimado en2 × 10 12 kg en un año. [1]
Hay muchos tipos diferentes de partículas atmosféricas que pueden actuar como CCN. Las partículas pueden estar compuestas de polvo o arcilla , hollín o carbón negro de pastizales o incendios forestales, sal marina de las olas del océano, hollín de chimeneas de fábricas o motores de combustión interna, sulfato de actividad volcánica , fitoplancton o oxidación de dióxido de azufre y compuestos secundarios. Materia orgánica 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 también su composición exacta, ya que las propiedades higroscópicas de estos diferentes constituyentes 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 producen muy buen CCN, sí actúan como núcleos de hielo en las partes más frías de la atmósfera. [2]
La cantidad y el tipo de CCN pueden afectar la cantidad de precipitación, [5] la vida útil y las propiedades radiativas de las nubes y su vida útil. En última instancia, esto influye en el cambio climático . [4] La investigación de modelos 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 CCN y, por lo tanto, afectar el clima . [8]
Las mediciones en el aire de estos aerosoles mixtos individuales que pueden formar CCN en el sitio de SGP se realizaron utilizando un avión de investigación. El estudio de CCN realizado por Kulkarni et al 2023 describe la complejidad de modelar las concentraciones de CCN.
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 hecho dispersando sales utilizando métodos aéreos o terrestres. [9] Se han investigado otros métodos, como el uso de pulsos láser para excitar moléculas en la atmósfera, [10] y, más recientemente, en 2021, la emisión de cargas eléctricas mediante drones. [11] La eficacia de estos métodos no es consistente. Muchos estudios no notaron una diferencia estadísticamente significativa en la precipitación, mientras que otros sí lo hicieron. [ cita necesaria ] La siembra de nubes también puede ocurrir a partir de procesos naturales como los incendios forestales, que liberan pequeñas partículas a la atmósfera que pueden actuar como núcleos. [12]
El brillo de las nubes marinas es una técnica de ingeniería climática que implica la inyección de pequeñas partículas en las nubes para mejorar su reflectividad o albedo . [13] El motivo detrás de esta técnica es controlar la cantidad de luz solar que se permite que llegue a las superficies del océano con la esperanza de reducir las temperaturas de la superficie mediante el forzamiento radiativo . [14] Muchos métodos implican la creación de pequeñas gotas de agua de mar para entregar partículas de sal marina a las nubes suprayacentes. [15] [16]
Pueden surgir complicaciones cuando el cloro y el bromo reactivos de la sal marina reaccionan con las moléculas existentes en la atmósfera. Se ha demostrado que reducen el ozono en la atmósfera; el mismo efecto reduce el hidróxido, lo que se correlaciona con una mayor longevidad del metano, un gas de efecto invernadero [17] .
Un artículo de 1987 en Nature encontró que el clima global puede ocurrir en un circuito de retroalimentación debido a la relación entre los CCN, los comportamientos de las nubes que regulan la temperatura y el fitoplancton oceánico. [18] Desde entonces, este fenómeno se ha denominado hipótesis CLAW, en honor a los autores del estudio original. Un CCN común en los océanos son los aerosoles de sulfato. Estos aerosoles se forman a partir del sulfuro de dimetilo (DMS) producido por las algas que se encuentran en el agua de mar. [18] 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 las atmósferas circundantes, lo que lleva a una mayor formación de nubes. [19] [18] Como la actividad del fitoplancton depende de la temperatura, este circuito de retroalimentación negativa puede actuar como una forma de regulación del clima.La venganza de Gaia , escrita por James Lovelock, autor del estudio de 1987, propone una relación alternativa entre las temperaturas del océano y el tamaño de la población de fitoplancton. Esto ha sido denominado la hipótesis anti-CLAW. En este escenario, la estratificación de los océanos hace que el agua fría rica en nutrientes quede atrapada bajo agua más cálida, donde la luz solar para la fotosíntesis es más abundante. [20] Esto inhibe el crecimiento del fitoplancton, lo que resulta en la disminución de su población y de los CCN de sulfato que producen, con el aumento de la temperatura. Por lo tanto, esta interacción reduce el albedo de las nubes al disminuir las formaciones de nubes inducidas por CCN y aumenta la radiación solar que se permite llegar a las superficies del océano, lo que resulta en un circuito de retroalimentación positiva. [20]
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Los volcanes emiten a la atmósfera una cantidad importante de gases microscópicos y partículas de ceniza cuando entran en erupción, que se convierten en aerosoles atmosféricos. [21] Al aumentar el número de partículas de aerosol a través de procesos de conversión de gas en partículas, el contenido de estas erupciones puede afectar las concentraciones de posibles núcleos de condensación de nubes (CCN) y partículas de nucleación de hielo (INP) , lo que a su vez afecta las nubes. propiedades y conduce a cambios en el clima local o regional. [22]
De estos gases, el dióxido de azufre, el dióxido de carbono y el vapor de agua se encuentran con mayor frecuencia en las erupciones volcánicas. [23] Si bien los CCN de vapor de agua y dióxido de carbono son naturalmente abundantes en la atmósfera, el aumento de CCN de dióxido de azufre puede afectar el clima al provocar un enfriamiento global . [24] Los volcanes emiten anualmente casi 9,2 Tg de dióxido de azufre ( SO 2 ). [22] Este dióxido de azufre sufre una transformación en ácido sulfúrico , que se condensa rápidamente en la estratosfera para producir finos aerosoles de sulfato. [24] 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 regreso al espacio.
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