Estudio del efecto de los aerosoles atmosféricos originados en la Diagonal Árida Sudamericana sobre los procesos de formación de hielo en las nubes

Autores: Tur, Verónica
Año de publicación: 2025
Idioma: español castellano
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado: versión publicada
Colaborador/a o director/a de tesis: Gaiero, Diego
López, María Laura
Descripción: Fil: Tur, Verónica. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Doctorado en Ciencias Geológicas; Argentina.
Los aerosoles influyen en el clima no sólo directamente al afectar la distribución de radiación solar, sino también indirectamente al modificar las propiedades dinámicas y microfísicas de las nubes cuando actúan como núcleos de condensación de nubes (CCN) o como partículas nucleantes de hielo (INP) (que contribuyen a la formación de gotas de agua líquida y de partículas de hielo, respectivamente). La variabilidad espacial, temporal, morfológica y química de los aerosoles que actúan como nucleantes le confiere gran complejidad al estudio de la nucleación del hielo, lo cual conlleva a que el conocimiento sobre los INP se encuentre incompleto al día de hoy. Aun así, se ha podido identificar a los aerosoles minerales como unos de los más importantes para activar la nucleación del hielo por su eficacia como INP, su amplio transporte y su mayor contribución en masa a las partículas de la atmósfera. Si bien muchos trabajos analizan el rol de los aerosoles minerales colectados en las zonas áridas más importantes del planeta, esta información es escasa no sólo en Sudamérica, sino en el hemisferio sur en general. En este contexto, el objetivo general es estudiar el papel de los aerosoles como partículas nucleantes que inician los procesos de formación de hielo en nubes. Este objetivo se abordó mediante el trabajo de laboratorio y el análisis de datos satelitales. 1) En el ámbito de laboratorio, se evaluó el potencial como INP en el modo inmersión de muestras minerales de diversas procedencias: - sedimentos superficiales, recolectados a lo largo de la Diagonal Árida Sudamericana (DASA) - cenizas volcánicas, resultado de erupciones de volcanes andinos - loess, del cinturón loéssico pampeano En todos los casos, la capacidad como INP de las partículas colectadas se relacionó con sus características mineralógicas y granulométricas. Los resultados de los experimentos con sedimentos superficiales revelaron que las muestras de las regiones Puna-Altiplano y Patagonia exhiben las capacidades INP más altas, mientras que las partículas colectadas en la región Centro-Oeste de Argentina presentan la capacidad más baja. A partir del análisis mineralógico, no se identificó una relación directa entre la capacidad INP y los principales minerales observados en las muestras. El gap volcánico andino comprendido entre los 27° S y 34 °S, correspondiente al sector Centro-Oeste, se caracteriza por la ausencia de vidrios volcánicos, lo que representa la principal diferencia mineralógica respecto a las demás regiones analizadas y podría ser la razón de las diferencias en su capacidad como INP. Por otra parte, una posible causa de las diferencias observadas en la capacidad como INP, incluso en ausencia de variaciones mineralógicas marcadas, podría estar vinculada a aspectos relacionados con la microtextura de las partículas. Como resultado de experimentos con cenizas volcánicas, se encontró que las cenizas del volcán Chaitén presentaron capacidad como INP en el modo inmersión en todas las fracciones de tamaño analizadas, seguidas en eficiencia por las cenizas del volcán Calbuco. En todos los casos, las muestras más gruesas presentaron una mayor capacidad de nucleación que las más finas. Las cenizas del Complejo Volcánico PuyehueCordón Caulle (PCCVC) resultaron en general ineficientes como INP. El análisis mineralógico mostró que las muestras más eficientes contienen feldespato potásico, por lo que se atribuye a este mineral la mayor capacidad nucleante, tal como se ha demostrado previamente en la bibliografía. Por su parte, el análisis con muestras de loess mostró que en general presentan capacidad como INP, aunque inferior a las muestras de sedimentos superficiales y cenizas volcánicas. Si bien los resultados son preliminares, no se observó correlación entre la capacidad nucleante de las muestras con su edad de deposición ni su mineralogía. A diferencia de otras muestras de origen mineral, los estudios que analizan la capacidad nucleante de loess son muy escasos. Los resultados presentados constituyen un primer avance en la investigación sobre el estudio de climas pasados. 2) Con respecto al análisis satelital, se abordó la relación entre aerosoles y nubes a partir de datos proporcionados por el instrumento MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo de los satélites TERRA y AQUA durante un período de 20 años (2001-2020) y 18 años (2003-2020), respectivamente. El área de estudio se limitó a la región subtropical de América del Sur. Se analizó la variabilidad interanual de parámetros de nube y de aerosoles (tales como el espesor óptico de aerosoles (AOD) y el exponente de Ångström (AE)). Como resultado se encontró que en el noreste de la región subtropical de América del Sur (que abarca parte de la Mesopotamia argentina) el evento Súper El Niño (producido durante 2015/2016) condujo a un incremento significativo en los valores de AOD y AE a finales de primavera y verano. Considerando la cobertura vegetal de la zona y el incremento de las precipitaciones durante El Niño, estos aumentos de AOD y AE se relacionaron con la liberación de aerosoles biológicos y con mecanismos de emisión de aerosoles independientes de la concentración de aerosoles de fondo, respectivamente. Asimismo, se observó que el aumento de AOD y AE se correspondió con el aumento de la actividad eléctrica en la región noreste, lo cual se relacionó con el papel de los aerosoles liberados como partículas nucleantes de hielo que, afectando las propiedades de las nubes, influyen también sobre la actividad eléctrica. En conclusión, a partir del análisis tanto de datos experimentales como satelitales, este trabajo de tesis conduce a mejorar la comprensión del papel de los aerosoles en la formación de hielo atmosférico, contribuyendo así a comprender la interacción aerosol-nube y, de esta manera, la retroalimentación entre los aerosoles y el clima.
Fil: Tur, Verónica. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Doctorado en Ciencias Geológicas; Argentina.
Materia: Nucleación
Clima
Condensación de nubes
NATURAL SCIENCES::Earth sciences
Nivel de accesibilidad: acceso abierto
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Institución: Universidad Nacional de Córdoba
OAI Identificador: oai:rdu.unc.edu.ar:11086/563090

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La variabilidad espacial, temporal, morfológica y química de los aerosoles que actúan como nucleantes le confiere gran complejidad al estudio de la nucleación del hielo, lo cual conlleva a que el conocimiento sobre los INP se encuentre incompleto al día de hoy. Aun así, se ha podido identificar a los aerosoles minerales como unos de los más importantes para activar la nucleación del hielo por su eficacia como INP, su amplio transporte y su mayor contribución en masa a las partículas de la atmósfera. Si bien muchos trabajos analizan el rol de los aerosoles minerales colectados en las zonas áridas más importantes del planeta, esta información es escasa no sólo en Sudamérica, sino en el hemisferio sur en general. En este contexto, el objetivo general es estudiar el papel de los aerosoles como partículas nucleantes que inician los procesos de formación de hielo en nubes. Este objetivo se abordó mediante el trabajo de laboratorio y el análisis de datos satelitales. 1) En el ámbito de laboratorio, se evaluó el potencial como INP en el modo inmersión de muestras minerales de diversas procedencias: - sedimentos superficiales, recolectados a lo largo de la Diagonal Árida Sudamericana (DASA) - cenizas volcánicas, resultado de erupciones de volcanes andinos - loess, del cinturón loéssico pampeano En todos los casos, la capacidad como INP de las partículas colectadas se relacionó con sus características mineralógicas y granulométricas. Los resultados de los experimentos con sedimentos superficiales revelaron que las muestras de las regiones Puna-Altiplano y Patagonia exhiben las capacidades INP más altas, mientras que las partículas colectadas en la región Centro-Oeste de Argentina presentan la capacidad más baja. A partir del análisis mineralógico, no se identificó una relación directa entre la capacidad INP y los principales minerales observados en las muestras. El gap volcánico andino comprendido entre los 27° S y 34 °S, correspondiente al sector Centro-Oeste, se caracteriza por la ausencia de vidrios volcánicos, lo que representa la principal diferencia mineralógica respecto a las demás regiones analizadas y podría ser la razón de las diferencias en su capacidad como INP. Por otra parte, una posible causa de las diferencias observadas en la capacidad como INP, incluso en ausencia de variaciones mineralógicas marcadas, podría estar vinculada a aspectos relacionados con la microtextura de las partículas. Como resultado de experimentos con cenizas volcánicas, se encontró que las cenizas del volcán Chaitén presentaron capacidad como INP en el modo inmersión en todas las fracciones de tamaño analizadas, seguidas en eficiencia por las cenizas del volcán Calbuco. En todos los casos, las muestras más gruesas presentaron una mayor capacidad de nucleación que las más finas. Las cenizas del Complejo Volcánico PuyehueCordón Caulle (PCCVC) resultaron en general ineficientes como INP. El análisis mineralógico mostró que las muestras más eficientes contienen feldespato potásico, por lo que se atribuye a este mineral la mayor capacidad nucleante, tal como se ha demostrado previamente en la bibliografía. Por su parte, el análisis con muestras de loess mostró que en general presentan capacidad como INP, aunque inferior a las muestras de sedimentos superficiales y cenizas volcánicas. Si bien los resultados son preliminares, no se observó correlación entre la capacidad nucleante de las muestras con su edad de deposición ni su mineralogía. A diferencia de otras muestras de origen mineral, los estudios que analizan la capacidad nucleante de loess son muy escasos. Los resultados presentados constituyen un primer avance en la investigación sobre el estudio de climas pasados. 2) Con respecto al análisis satelital, se abordó la relación entre aerosoles y nubes a partir de datos proporcionados por el instrumento MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo de los satélites TERRA y AQUA durante un período de 20 años (2001-2020) y 18 años (2003-2020), respectivamente. El área de estudio se limitó a la región subtropical de América del Sur. Se analizó la variabilidad interanual de parámetros de nube y de aerosoles (tales como el espesor óptico de aerosoles (AOD) y el exponente de Ångström (AE)). Como resultado se encontró que en el noreste de la región subtropical de América del Sur (que abarca parte de la Mesopotamia argentina) el evento Súper El Niño (producido durante 2015/2016) condujo a un incremento significativo en los valores de AOD y AE a finales de primavera y verano. 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Aun así, se ha podido identificar a los aerosoles minerales como unos de los más importantes para activar la nucleación del hielo por su eficacia como INP, su amplio transporte y su mayor contribución en masa a las partículas de la atmósfera. Si bien muchos trabajos analizan el rol de los aerosoles minerales colectados en las zonas áridas más importantes del planeta, esta información es escasa no sólo en Sudamérica, sino en el hemisferio sur en general. En este contexto, el objetivo general es estudiar el papel de los aerosoles como partículas nucleantes que inician los procesos de formación de hielo en nubes. Este objetivo se abordó mediante el trabajo de laboratorio y el análisis de datos satelitales. 1) En el ámbito de laboratorio, se evaluó el potencial como INP en el modo inmersión de muestras minerales de diversas procedencias: - sedimentos superficiales, recolectados a lo largo de la Diagonal Árida Sudamericana (DASA) - cenizas volcánicas, resultado de erupciones de volcanes andinos - loess, del cinturón loéssico pampeano En todos los casos, la capacidad como INP de las partículas colectadas se relacionó con sus características mineralógicas y granulométricas. Los resultados de los experimentos con sedimentos superficiales revelaron que las muestras de las regiones Puna-Altiplano y Patagonia exhiben las capacidades INP más altas, mientras que las partículas colectadas en la región Centro-Oeste de Argentina presentan la capacidad más baja. A partir del análisis mineralógico, no se identificó una relación directa entre la capacidad INP y los principales minerales observados en las muestras. El gap volcánico andino comprendido entre los 27° S y 34 °S, correspondiente al sector Centro-Oeste, se caracteriza por la ausencia de vidrios volcánicos, lo que representa la principal diferencia mineralógica respecto a las demás regiones analizadas y podría ser la razón de las diferencias en su capacidad como INP. Por otra parte, una posible causa de las diferencias observadas en la capacidad como INP, incluso en ausencia de variaciones mineralógicas marcadas, podría estar vinculada a aspectos relacionados con la microtextura de las partículas. Como resultado de experimentos con cenizas volcánicas, se encontró que las cenizas del volcán Chaitén presentaron capacidad como INP en el modo inmersión en todas las fracciones de tamaño analizadas, seguidas en eficiencia por las cenizas del volcán Calbuco. En todos los casos, las muestras más gruesas presentaron una mayor capacidad de nucleación que las más finas. Las cenizas del Complejo Volcánico PuyehueCordón Caulle (PCCVC) resultaron en general ineficientes como INP. El análisis mineralógico mostró que las muestras más eficientes contienen feldespato potásico, por lo que se atribuye a este mineral la mayor capacidad nucleante, tal como se ha demostrado previamente en la bibliografía. Por su parte, el análisis con muestras de loess mostró que en general presentan capacidad como INP, aunque inferior a las muestras de sedimentos superficiales y cenizas volcánicas. Si bien los resultados son preliminares, no se observó correlación entre la capacidad nucleante de las muestras con su edad de deposición ni su mineralogía. A diferencia de otras muestras de origen mineral, los estudios que analizan la capacidad nucleante de loess son muy escasos. Los resultados presentados constituyen un primer avance en la investigación sobre el estudio de climas pasados. 2) Con respecto al análisis satelital, se abordó la relación entre aerosoles y nubes a partir de datos proporcionados por el instrumento MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo de los satélites TERRA y AQUA durante un período de 20 años (2001-2020) y 18 años (2003-2020), respectivamente. El área de estudio se limitó a la región subtropical de América del Sur. Se analizó la variabilidad interanual de parámetros de nube y de aerosoles (tales como el espesor óptico de aerosoles (AOD) y el exponente de Ångström (AE)). Como resultado se encontró que en el noreste de la región subtropical de América del Sur (que abarca parte de la Mesopotamia argentina) el evento Súper El Niño (producido durante 2015/2016) condujo a un incremento significativo en los valores de AOD y AE a finales de primavera y verano. Considerando la cobertura vegetal de la zona y el incremento de las precipitaciones durante El Niño, estos aumentos de AOD y AE se relacionaron con la liberación de aerosoles biológicos y con mecanismos de emisión de aerosoles independientes de la concentración de aerosoles de fondo, respectivamente. Asimismo, se observó que el aumento de AOD y AE se correspondió con el aumento de la actividad eléctrica en la región noreste, lo cual se relacionó con el papel de los aerosoles liberados como partículas nucleantes de hielo que, afectando las propiedades de las nubes, influyen también sobre la actividad eléctrica. En conclusión, a partir del análisis tanto de datos experimentales como satelitales, este trabajo de tesis conduce a mejorar la comprensión del papel de los aerosoles en la formación de hielo atmosférico, contribuyendo así a comprender la interacción aerosol-nube y, de esta manera, la retroalimentación entre los aerosoles y el clima. Fil: Tur, Verónica. 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