La amplificación de la luz dentro de las partículas de aerosol acelera la fotoquímica en las partículas.

Las gotas minúsculas de líquido y las nanopartículas pueden atrapar la luz por un efecto de resonancia, llamado en jerga científica nanofocusing, de forma similar a como la luz puede quedar atrapada entre dos espejos. Como resultado, la intensidad lumínica es amplificada en su interior. Esto también sucede en gotas de agua muy finas y partículas sólidas en nuestra atmósfera, es decir, en aerosoles.

Utilizando microscopía de rayos X moderna, los investigadores de ETH Zurich y el Paul Scherrer Institute (PSI) han investigado cómo la amplificación de luz afecta los procesos fotoquímicos que tienen lugar en las partículas de aerosol. Pudieron demostrar que la amplificación de la luz hace que estos procesos químicos sean dos o tres veces más rápidos en promedio de lo que serían sin este efecto.

Esta investigación ha sido ahora publicada en la prestigiosa revista Science y nosotros nos hacemos eco de ella gracias a Pablo Corral, antiguo alumno de la Universidad de Salamanca, que es uno de los principales investigadores y al que ya referenciamos por otro prestigioso artículo publicado en la revista de gran impacto Nature Communications.

“Amplification of light within aerosol particles accelerates in-particle photochemistry” Pablo Corral Arroyo, Grégory David, Peter A. Alpert, Evelyne A. Parmentier, Markus Ammann and Ruth Signorell. SCIENCE, Vol 376, Issue 6590 [14 Apr 2022], pp. 293-296.

ACCEDER

Usando el “Swiss Light Source” (un acelerador de partículas en Suiza) en el Paul Scherrer Institute, los investigadores estudiaron aerosoles que consisten en pequeñas partículas de citrato de hierro (III). Su exposición a la luz ultravioleta reduce este compuesto a citrato de hierro (II). La microscopía de rayos X permite distinguir áreas dentro de las partículas de aerosol compuestas por citrato de hierro (III) de aquellas compuestas por citrato de hierro (II) con una precisión de 25 nanómetros. De esta forma, los científicos pudieron observar y mapear en alta resolución la secuencia temporal de esta reacción fotoquímica dentro partículas de aerosol individuales.

“Para nosotros, el citrato de hierro (III) era un compuesto representativo que era fácil de estudiar con nuestro método”, dice Pablo Corral Arroyo, postdoctorado en el grupo encabezado por la profesora Ruth Signorell, y autor principal del estudio. El citrato de hierro (III) es como toda una gama de otros compuestos químicos que pueden aparecer en los aerosoles de la atmósfera. Muchos compuestos orgánicos e inorgánicos son sensibles a la luz y, cuando se exponen a la luz, pueden descomponerse en moléculas más pequeñas y volátiles y, por lo tanto, éstas se pueden evaporar facilmente. “Las partículas de aerosol reaccionan con la luz solar cambiando su tamaño y composición química”, explica. Entre otras cosas, dispersan la luz solar de manera diferente, lo que afecta los fenómenos meteorológicos y climáticos. Además, cambian sus características como núcleos de condensación en la formación de nubes. “Las partículas de aerosol generan las nubes. La composición química de estas partículas influyen en su habilidad para formar nubes. Por lo que los procesos fotoquímicos iniciados por la luz solar en estas partículas, influyen en la formación de nubes.”

Los científicos usaron una microscopía de rayos X disponible en el “Swiss Light Source” para mapear y cuantificar con alta precisión la amplificación de la luz en las partículas se produce a través de efectos de resonancia. La intensidad de la luz es mayor en el lado de la partícula opuesto al que está iluminado, generando una zona dentro de la partícula, llamada hotspot, en la que la intensidad lumínica es unas 10 veces más alta que en el resto de la partícula. “En este hotspot, las reacciones fotoquímicas son hasta diez veces más rápidas de lo que serían sin el efecto de resonancia”, dice Pablo Corral Arroyo, “Vimos como en el hotspot la reacción fotoquímica ocurría mucho más rápido que en el resto de la partícula. La primera vez que medimos este efecto fue un momento increíble”, explica emocionado. Promediado sobre toda la partícula, esto da una aceleración por el factor mencionado anteriormente de dos a tres.

Usando los datos de su experimento, los investigadores pudieron crear un modelo para estimar el efecto en una variedad de otras reacciones fotoquímicas de los aerosoles típicos en la atmósfera. Resultó que el efecto no afecta solo a las partículas de citrato de hierro (III), sino a todos los aerosoles (partículas o gotitas) hechos de compuestos que pueden reaccionar con la luz. Y estas reacciones también son dos o tres veces más rápidas en promedio. Como tal, los resultados también tienen un efecto en la investigación climática. «Los modelos climáticos actuales de la química atmosférica global aún no tienen en cuenta este efecto de amplificación de la luz. Nosotros sugerimos incorporar este efecto en futuros modelos para predecir con más precisión patrones climáticos», dice Pablo Corral Arroyo.

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s