Pequeñas partículas como los cristales de hielo o las cenizas tienden a oscilar cuando se asientan en la atmósfera. Combinando teoría y experimentos, científicos han construido un modelo que puede ayudar a mejorar las predicciones sobre el transporte eólico de contaminantes atmosféricos y las previsiones meteorológicas.
Figura: Partícula impresa en 3D de 700 µm de ancho que simula un cristal de hielo. Se coloca sobre la punta de una aguja de inyección antes de ser enviada a una cámara de decantación.
© Johannes Seesing
La atmósfera contiene una gran cantidad de diminutas partículas sólidas, cristales de hielo, hollín, cenizas, arenas eólicas y limo, microplásticos y diversos contaminantes, que tienen un impacto ambiental considerable e incluso influyen de manera significativa en la física del clima (modificando por ejemplo el albedo de las nubes). Estas partículas, debido a su tamaño, son fácilmente transportadas por el viento, aunque su tendencia natural sea asentarse lentamente a causa de la gravedad. Por lo tanto, estudiar el comportamiento dinámico de estas micropartículas es una tarea delicada pero necesaria si queremos prever sus distancias de transporte y sus zonas de depósito cuando su lugar de emisión es conocido.
En un trabajo reciente, una colaboración franco-alemana-sueca que involucra al laboratorio de física de la ENS de Lyon (
LPENSL, CNRS / ENS de Lyon) ha estudiado tanto teórica como experimentalmente la sedimentación de partículas modelo no esféricas en el aire.
Utilizando cámaras de alta velocidad y un nuevo mecanismo de inyección de partículas de algunos decenas de micrones y formas controladas gracias a su impresión mediante una impresora 3D muy precisa (ver figura), los investigadores observaron que estas partículas no esféricas tienden a oscilar al asentarse en el aire tranquilo. Dado que las partículas atmosféricas en general no son perfectamente esféricas sino que tienen estructuras aplanadas o alargadas, los investigadores sospechan que esta característica dinámica podría afectar de manera significativa sus propiedades, por ejemplo la distancia que pueden recorrer, su tasa de colisión y por lo tanto su capacidad de agregación, o incluso su interacción con la radiación solar.
Los científicos han desarrollado y probado un modelo para describir y predecir el movimiento de estas partículas que refleja muy precisamente los resultados experimentales obtenidos. Este nuevo modelo puede usarse para estudiar la dinámica y la formación de cúmulos de partículas y los efectos resultantes a una mayor escala. Estos resultados, que permitirán en particular mejorar las predicciones de la duración de los contaminantes en la atmósfera o del inicio de las precipitaciones en las nubes, se han publicado en las
Physical Review Letters.
Referencias:
Inertia Induces Strong Orientation Fluctuations of Nonspherical Atmospheric Particles,
T. Bhowmick, J. Seesing, K. Gustavsson, J. Guettler, Y. Wang, A. Pumir, B. Mehlig, y G. Bagheri,
Physical Review Letters,
publicado el 19 de enero de 2024.
Doi:
10.1103/PhysRevLett.132.034101
Archivo abierto:
arXiv
Fuente: CNRS INP