¿Cuánto contribuye el carbono negro al calentamiento climático?

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan y el Laboratorio Nacional de Brookhaven, junto con socios de otras universidades, industrias y laboratorios nacionales, han determinado que si bien la forma de las partículas que contienen carbono negro tiene algún efecto sobre el calentamiento atmosférico , es importante tener en cuenta las diferencias estructurales con las partículas de hollín, así como la forma en que las partículas interactúan con otros materiales orgánicos e inorgánicos que recubren el carbono negro a medida que viaja a través de la atmósfera.

Publicado hoy en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , el artículo proporciona un marco que concilia simulaciones de modelos con observaciones empíricas y de laboratorio, y que puede usarse para mejorar las estimaciones del impacto del carbono negro en el clima.

Cada partícula de carbono negro es única

La absorción de la radiación solar por el carbono negro es comparable a la del dióxido de carbono. Sin embargo, el carbono negro solo permanece en la atmósfera durante días o semanas, mientras que el dióxido de carbono puede permanecer en la atmósfera durante cientos de años.

Durante años, los científicos han aproximado las partículas de carbono negro con forma esférica en los modelos, que con frecuencia se recubrieron con otros materiales orgánicos. La idea era que a medida que las partículas de hollín viajaban por la atmósfera, el recubrimiento tenía lo que se llama un "efecto de lente"; la capa enfoca la luz hacia abajo en el carbón negro, causando una mayor absorción de radiación. Y aunque las partículas de hollín están recubiertas de materiales orgánicos, ese recubrimiento no es uniforme de una partícula a otra.

"Cuando tomas una imagen bajo el microscopio, las partículas nunca se ven perfectamente como una esfera con el mismo recubrimiento", dijo Claudio Mazzoleni, profesor de física en Michigan Tech y uno de los coautores del artículo. "Si haces un cálculo numérico sobre las esferas perfectas recubiertas por un caparazón, un modelo mostrará una absorción mejorada de las partículas de carbono negro por un factor de hasta tres".

Los estudios empíricos de partículas de carbono negro demuestran que la absorción es mucho menor de lo que sugerirían los modelos, lo que pone en duda la efectividad del modelo, así como nuestra comprensión del efecto de forzamiento climático del carbono negro.

La investigación sugiere que el recubrimiento de material orgánico no es completamente esférico; dependiendo de cómo los materiales orgánicos se adhieren a una partícula de carbono negro, la forma resultante puede hacer que la partícula actúe de manera muy diferente, incluso si tiene la misma cantidad de material que otra partícula de hollín que tiene una forma distinta. Pero aún más importante es que la cantidad de recubrimiento puede variar de una partícula a otra. Estos dos atributos disminuyen la mejora de absorción esperada.

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Laura Fierce, científica atmosférica asociada en el Laboratorio Nacional Brookhaven, aplicó el modelo de resolución de partículas para tener en cuenta la heterogeneidad de las partículas al modelar el carbono negro.

"Mientras que la mayoría de los modelos de aerosol simplifican la representación de la composición de partículas, el modelo resuelto en partículas rastrea la composición de partículas individuales a medida que evolucionan en la atmósfera", dijo Fierce. "Este modelo es especialmente adecuado para evaluar el error resultante de aproximaciones comunes aplicadas en modelos de aerosol a escala global".

Menos efecto sobre el calentamiento climático de lo que pensábamos

Esencialmente, los investigadores han introducido en el modelado climático la diversidad del recubrimiento orgánico e inorgánico en las partículas y la naturaleza no uniforme de las propias partículas. Al combinar un modelo empírico con mediciones de laboratorio, el modelo predijo un aumento mucho menor en la absorción de carbono negro de lo que se pensaba anteriormente. El modelo actualizado también acerca la salida del modelo mucho más a lo que se midió en el campo.

"La gente piensa que el carbono negro tiene un efecto de calentamiento muy fuerte en la atmósfera, que depende de la absorción", dijo Mazzoleni. "Si tiene una absorción mayor, contribuye al calentamiento y tiene un mayor impacto climático. Para comprender cuánto contribuye el carbono negro al calentamiento del clima, necesitamos comprender estos detalles porque pueden marcar la diferencia".

Esta investigación proporciona un camino hacia adelante para mejorar las predicciones del efecto radiativo del carbono negro sobre el clima. La reducción de las emisiones de carbono negro en la atmósfera puede ayudar a reducir algunos de los efectos del cambio climático. Los resultados de este estudio sugieren que la absorción de una partícula por masa es menor de lo que se pensaba anteriormente, pero la cantidad de carbono negro que está forzando el calentamiento atmosférico también depende de los niveles de emisiones, las interacciones con las nubes y la distancia que recorre una partícula. Y aunque reducir las emisiones de hollín es significativo, reducir el dióxido de carbono en la atmósfera sigue siendo de suma importancia.