Procesos fotoquímicos dentro de las partículas atmosféricas.

Investigadores del Paul Scherrer Institute (PSI) de Suiza, junto con colegas de ETH Zurich y TROPOS, han llevado a cabo un proyecto que buscaba observar procesos fotoquímicos dentro de las partículas atmosféricas y encontrar el efecto de la difusión en la evolución química de estas partículas. Al hacerlo, descubrieron que ciertos radicales son producidos en las partículas atmosféricas, los cuales son preservados dentro las mismas en condiciones atmosféricas cotidianas. Estos radicales pueden ser dañinos para la salud humana. Pablo Corral Arroyo y Peter Alpert, autores de este trabajo, informan sobre sus resultados en la revista Nature Communications. [DESCARGAR PDF]

Pablo Corral Arroyo, uno de los autores de este artículo, es antiguo estudiante de química de la Universidad de Salamanca (promoción 2009-2014) y para nosotros es un enorme orgullo difundir su investigación.

La atmósfera contiene muchas partículas minúsculas en suspensión en el aire que pueden representar un peligro para la salud humana. Las partículas llegan al aire de fuentes naturales como bosques o volcanes. Pero las actividades humanas pueden elevar las concentraciones, alcanzando un nivel crítico y dando lugar a eventos de contaminación atmosférica extrema. Cuantas más partículas floten en el aire, mayor es el riesgo para la salud humana. Las partículas, con un diámetro máximo de diez micrómetros, pueden penetrar profundamente en el tejido pulmonar y ahí ser atrapadas. Estas partículas contienen especies reactivas de oxígeno, también llamadas radicales de oxígeno (ROs), que pueden dañar las células de los pulmones. A parte de transportar ROs a los pulmones, las partículas también tienen la capacidad de generar ROs una vez dentro de los éstos porque contienen sustancias que reaccionan con oxígeno, como cobre o hierro. Estos ROs reaccionan con los ácidos grasos insaturados del cuerpo, que luego ya no pueden servir como bloques de construcción para las células. Los médicos atribuyen neumonía, asma y varias otras enfermedades respiratorias a estos procesos. Incluso el cáncer podría desencadenarse, ya que las ROs también pueden dañar el ADN del material genético.

Desde hace tiempo se sabe que ciertas especies reactivas de oxígeno ya están presentes en partículas en la atmósfera, y que ingresan a nuestro cuerpo (como los ROs) a través del aire que respiramos. Estudios anteriores han analizado las partículas de aerosol con espectrómetros de masas para determinar su composición, pero eso no le da ninguna información sobre la estructura interna de las partículas individuales y lo que está sucediendo dentro de ellas.

En este proyecto los investigadores de Paul Scherrer Institute utilizaron una microscopía de rayos X para observar detalladamente la evolución química de las partículas de aerosol cuando se producen reacciones fotoquímicas dentro de las mismas: “Utilizamos luz del sincrotrón de Paul Scherrer Institute (Swiss Light Source, SLS) para obtener imágenes de partículas mientras transcurrían dentro de ellas reacciones fotoquímicas. No solo pudimos ver esas partículas con una resolución de menos de un micrómetro, sino incluso determinar la evolución de la composición química dentro de las mismas. Utilizamos un reactor desarrollado en nuestro grupo, en el que se pueden simular condiciones ambientales atmosféricas. Puede regular con precisión la temperatura, la humedad y la exposición al gas, y tiene una fuente de luz LED ultravioleta que representa la radiación solar.” explica Pablo Corral Arroyo. Los investigadores examinaron partículas que contienen componentes orgánicos y hierro. En la atmósfera, estos componentes se combinan para formar complejos de hierro, que reaccionan por medio de luz solar, produciendo radicales orgánicos o radicales de carbono (RCs), que a su vez producen ROs cuando hay oxígeno disponible.

Imaged photochemical and oxidative cycling of iron(III)-citrate (FeIIICit) inside single aerosol particles.

Las partículas atmosféricas pueden ser muy viscosas, como un chicle o incluso como una piedra, o líquidas como el agua, dependiendo de su composición y de las condiciones atmosféricas (temperatura y humedad). Por esta razón, la difusión de oxígeno y de ROs a través de ellas puede llegar a ser muy lenta. Los investigadores de Paul Scherrer Institute encontraron que en un día húmedo (partículas no son viscosas), una gran proporción de estos ROs difundiría fuera de las partículas al aire. En ese caso, ya no representa un peligro adicional si inhalamos las partículas, que contienen menos ROs. “Sin embargo, en un día seco, cuando las partículas son viscosas, estos radicales se acumulan dentro de las partículas y consumen todo el oxígeno disponible en segundos y los ROs y RCs permanezcan atrapados en la partícula”, puntualiza Peter Alpert, “Cuando estas partículas entran en los pulmones se encuentran con condiciones de humedad alta, por lo que los ROs acumulados pueden ser liberados y los RCs pueden reaccionar con el oxígeno, que rápidamente difunde dentro de las partículas, produciendo más ROs, los que a su vez también son liberados.”

En su estudio en Nature Communications indican que las concentraciones más altas de ROs y RCs se forman a través de la interacción del hierro y los compuestos orgánicos en las condiciones climáticas usuales: por debajo del 60 % de humedad y temperaturas alrededor de los 20 °C, también condiciones típicas de las zonas de interior. “Como hemos determinado ahora, estas fuentes de radicales conocidas pueden reforzarse significativamente en condiciones diarias completamente normales”, remarcan los autores “Aproximadamente una de cada veinte partículas es orgánica y contiene hierro.”

Estas reacciones no están limitadas a complejos de hierro. “Sospechamos que estos procesos ocurren con otras especies con actividad fotoquímica presentes en partículas atmosféricas. Quinonas, imidazoles u otros complejos de metales son otras especies que podrían reaccionar de esta forma”, concluye Pablo Corral Arroyo.

Publicación original:

“Photolytic Radical Persistence due to Anoxia in Viscous Aerosol Particles” Peter A. Alpert, Jing Dou, Pablo Corral Arroyo, Frederic Schneider, Jacinta Xto, Beiping Luo, Thomas Peter, Thomas Huthwelker, Camelia N. Borca, Katja D. Henzler, Thomas Schaefer, Hartmut Herrmann, Jörg Raabe, Benjamin Watts, Ulrich K. Krieger, Markus Ammann. Nature Communications, 12, 1769 (2021)

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21913-x

Origen de la Anomalía Magnética de Salamanca.

Laura Yenes, Puy Ayarza, Pablo Calvín, Alberto Santamaría Barragán. Origen de la anomalía magnética de Salamanca : contribución de la formación Aldeatejada (PROTEROZOICO SUPERIOR) y de las pizarras ordovícicas. TIERRA Y TECNOLOGÍA, n. 57. ACCEDER AL ARTICULO

Investigadores del Departamento de Geología, Facultad de Ciencias de la Universidad de Salamanca, junto con el Instituto Geológico y Minero de España, Unidad de Zaragoza, han desarrollado un trabajo publicado en forma de artículo en la revista Tierra y tecnología donde se estudia la Anomalía Magnética de Salamanca (AMSA).

RESUMEN

La Anomalía Magnética de Salamanca (AMSA) presenta una amplitud y geometría que sugieren la existencia de una fuente localizada a poca profundidad y situada ligeramente al sureste de la propia ciudad. Su característica más llamativa es su polaridad inversa, que indica la existencia de rocas con una magnetización remanente adquirida durante un cron de polaridad inversa.

Se han estudiado dos litologías que son potencialmente portadoras de una magnetización remanente natural (NRM) compatible con dicha anomalía: las Pizarras de Aldeatejada (Neoproterozoico) y las Pizarras del Ordovícico Medio, ambas aflorando en el flanco sur del Sinclinal de Salamanca. Los estudios realizados incluyen microscopía óptica, desmagnetización de la NRM por campos alternos, curvas termomagnéticas y desmagnetización térmica de la magnetización remanente isotérmica (IRM) adquirida a lo largo de tres ejes.

Los resultados muestran que las Pizarras de Aldeatejada presentan una NRM lo suficientemente intensa para generar una anomalía magnética. Sin embargo, es de polaridad normal, compatible con el campo magnético terrestre actual y, por lo tanto, no debe contribuir a la generación de la AMSA, de polaridad inversa. Por el contrario, las Pizarras Ordovícicas muestran una NRM de polaridad inversa compatible con la AMSA, pero poco intensa. Si estas últimas continúan hacia el este, por debajo de la ciudad de Salamanca, y la intensidad de su NRM aumenta, podrían ser la fuente de la anomalía.

El Gato de Cheshire cuántico.

Desde sus inicios, la teoría cuántica ha revelado fenómenos extraordinarios y contraintuitivos, como la dualidad onda-partícula, los gatos de Schrödinger y la no localidad cuántica. Otro fenómeno paradójico hallado en el marco de la mecánica cuántica es el “gato de Cheshire cuántico”: si un sistema cuántico se somete a una determinada preselección y postselección, puede comportarse como si una partícula y su propiedad estuvieran separadas espacialmente.

El fenómeno recibe el nombre del enigmático felino del cuento de “Alicia en el país de las maravillas”, que se desvanece dejando su sonrisa flotando en el aire.

Denkmayr, T., Geppert, H., Sponar, S. et al. Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter-wave interferometer experimentNat Commun 5, 4492 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms5492. DESCARGAR PDF

Para su hazaña, que describen en la revista especializada Nature Communications, los investigadores tomaron un haz de neutrones y los separaron de sus momentos magnéticos, como cuando los pasajeros se separan brevemente de su equipaje en el control de seguridad de los aeropuertos.

Y el mismo truco de separación podría en principio realizarse con cualquier propiedad de cualquier objeto cuántico, aseguran sus creadores, científicos de la Universidad de Tecnología de Viena, Austria.

Se ha sugerido emplear mediciones débiles para explorar la naturaleza del Gato de Cheshire. Aquí informamos de un experimento en el que envían neutrones a través de un interferómetro de cristal de silicio perfecto y se realizan mediciones débiles para sondear la ubicación de la partícula y su momento magnético. Los resultados experimentales sugieren que el sistema se comporta como si los neutrones atravesaran una trayectoria del haz, mientras que su momento magnético viaja por la otra.

En la clásica historia para niños de Lewis Carroll, el Gato de Cheshire desaparece lentamente del cielo y deja solamente su sonrisa pícara. Ante esto, Alicia exclama: “He visto a menudo un gato sin sonrisa, pero no una sonrisa sin gato. ¡Es la cosa más curiosa que he visto en mi vida!”

La idea de un “Gato de Cheshire cuántico” fue propuesta por primera vez en 2010 por Jeff Tollasksen, de la Universidad de Chapman, en Estados Unidos, uno de los autores de este nuevo trabajo.

El gato (el neutrón) va por el camino de arriba, y su sonrisa (el momento magnético) va por el de abajo.

En el mundo que conocemos, un objeto y sus propiedades siempre van juntos. Una pelota que gira, por ejemplo, no puede separarse de su rotación. La teoría cuántica predice que una partícula (como un fotón o un neutrón) puede separarse físicamente de una de sus propiedades, como su polarización o su momento magnético (la fuerza con la que se acopla a un campo magnético externo).

“Encontramos el gato en un lugar, y su sonrisa en otro”, explican los investigadores. La analogía felina es un guiño al gato de Schrodinger – el experimento imaginario en el que, dentro de una caja, un gato está muerto y vivo al mismo tiempo, ilustrando un fenómeno cuántico conocido como superposición.

La precisión del gato cuántico

Para probar que el Gato de Cheshire no es sólo una teoría simpática, los científicos usaron una máquina llamada interferómetro en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, Francia.

Allí hicieron pasar un haz de neutrones por un cristal de silicona dirigiéndolo en dos caminos diferentes, como los pasajeros y sus maletas en el control de los aeropuertos. Al aplicar filtros y una técnica conocida como “post selección” pudieron detectar la separación física de los neutrones de sus momentos magnéticos. “El sistema se comporta como si los neutrones fueran por un camino, mientras sus momentos magnéticos viajan por el otro”, detallaron los expertos.

Pero para poder ver este Gato de Cheshire se requiere lo que los físicos cuánticos llaman una “medición débil”, en la que interactúan con un sistema muy suavemente para evitar que colapse de su estado cuántico a uno clásico. Sus delicados aparatos pueden tener aplicaciones útiles para la metrología de alta precisión, dicen los autores. “Por ejemplo, uno podría imaginar una situación en la que el momento magnético de una partícula eclipsa a otra de las propiedades de la partícula que uno quiere medir con mucha precisión”.

“El efecto del Gato de Cheshire puede dar lugar a una tecnología que permita separar el momento magnético no deseado a una región donde no cause perturbación a la medición de alta precisión de la otra propiedad”, dicen los creadores del enigmático gato cuántico.


FUENTE: BBC News. James Morgan

Bañadores y dopaje tecnológico.

Bañadores y dopaje tecnológico — Cuaderno de Cultura Científica
Arne Borg en 1927 con el bañador Racerback de la casa Speedo

Leire Sangroniz y Ainara Sangroniz. Bañadores y dopaje tecnológico.  Zientzia Kaiera (blog).

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Leire Sangroniz y Ainara Sangroniz son doctoras en Química e investigadores del Departamento de Ciencia y Tecnología de Polímeros de la Facultad de Química de la UPV/EHU y del Instituto Polymat.

El desarrollo de la ciencia y la tecnología nos ha dado la oportunidad de obtener más y mejores materiales deportivos, y, por lo tanto, el rendimiento de los y las deportistas ha aumentado. Pero, ¿dónde está el límite? Cuando un equipamiento concreto ofrece a las personas deportistas ciertas ventaja sobre sus adversarios, hablamos de dopaje tecnológico. El dopaje tecnológico se ha dado en varios deportes: ciclismo, tenis, atletismo, y también en el golf. Pero puede que el ejemplo más destacable sea el de la natación. En la pasada década surgió una gran polémica en los Juegos Olímpicos, en torno a los bañadores.

A principios del siglo XX no se tenía en cuenta la velocidad de los nadadores a la hora de diseñar los trajes de baño. Eran unas camisetas y pantalones de lana que se mojaban enseguida y cogían mucho peso. Pero en aquella época era impensable diseñar algo más ligero. El primer cambio importante ocurrió en 1927, cuando la casa Speedo comercializó el bañador Racerback; fue toda una revolución, ya que el bañador se ajustaba mucho al cuerpo. La espalda y los hombros quedaban al descubierto para facilitar el movimiento, y en vez de lana, se utilizó seda.

Los siguientes años, el desarrollo de la tela sintética, es decir, la tela realizada con polímeros permitió realizar bañadores más ligeros, entre ellos los de nylon (poliamida), en la década de los 50, o los de elastano (copolímero de poliurea poliéster), en los 70. Estos materiales eran bastante nuevos en aquella época, ya que fueron creados a principios y a mediados del siglo XX, respectivamente, por la casa DuPont. Durante los años siguientes la tendencia fue la misma: telas de polímero y bañadores más pequeños, ligeros y ajustados.

La empresa Speedo continuó con sus avances y en el año 2000 desarrolló el bañador Fastskin. Tenía marcas en forma de V en la superficie, para reducir la resistencia al agua, y muchos deportistas lo usaron en los juegos de Sydney. Después, desarrollaron el bañador LZR Razer; con ese bañador quedó claro el impacto que tiene la tecnología en el rendimiento de los deportistas, sobre todo en natación. En los Juegos Olímpicos de Beijing (2008) se batieron 25 marcas mundiales de natación. Detrás de esos resultados había algo más que la buena forma física de los deportistas: El bañador LZR Racer de Speedo. El 98 % de las personas nadadoras que ganaron una medalla llevaban ese bañador.

El traje en cuestión mejoraba el rendimiento de los nadadores y nadadoras, comprimiendo sus músculos y obteniendo un aspecto más hidrodinámico. Además, cubría el cuerpo desde las pantorrillas hasta las muñecas y atrapaba las burbujas de aire entre el cuerpo y el bañador, aumentando la flotabilidad.

Cabe destacar que el traje estaba realizado en poliuretano, material hidrofóbico, y eso tiene una ventaja: repele el agua. De todas formas, el bañador no podría hacerse solamente de poliuretano, ya que se rompía facilmente. Siendo así, se le añadió otro polímero, una poliamida especialmente tratada, para aumentar la hidrofobicidad y no absorber agua. Asimismo, las piezas estaban unidas mediante ultrasonidos, para evitar las costuras y reducir la resistencia.

Según los estudios realizados, las pequeñas burbujas de aire que se alojaban entre la piel y el bañador mejoraban la flotabilidad. Como la resistencia al aire es más pequeña que la resistencia al agua, cualquier pequeño detalle puede influir mucho en la velocidad.

Bañadores y dopaje tecnológico — Cuaderno de Cultura Científica
Nađa Higl en el Campeonato Europeo de Natación de 2010 con el bañador «Super-body Jaked J01» .

El resto de marcas también realizaron avances; Arena, por ejemplo, consiguió desarrollar un bañador enteramente realizado en poliuretano con una menor resistencia al agua, puesto que era completamente impermeable e hidrofóbico. En 2009, en el XIII Campeonato Mundial de Natación, casi todos los nadadores y nadadoras llevaron el bañador de Arena y este uso hizo que la Federación Internacional de Natación (FINA) se encontrara con un problema. Las marcas mundiales se superaban fácilmente y esto hizo que algunos deportistas y parte del público se incomodaran y cuestionaran los resultados, perdiendo su valor.

Se empezó a hablar de dopaje tecnológico, ya que los logros fueron gracias a un desarrollo tecnológico importante, no solo al esfuerzo de los y las nadadoras. Así que la Federación Internacional de Natación decidió prohibir este tipo de bañadores a partir de 2009. Desde ese momento solamente se permitirían los tejidos permeables; es decir, trajes que no formaran burbujas de aire. Además, se limitaron las dimensiones de los trajes. En el caso de los hombres, podrían abarcar solamente desde la cintura hasta la rodilla; en el caso de las mujeres, no podrían cubrir más allá de los hombros, ni por debajo de las rodillas.

Probablemente, en el futuro, a medida que la ciencia y la tecnología avancen volverá a hacerse evidente la delgada línea existente entre la mejora de los equipamientos deportivos y el dopaje tecnológico.

FUENTE: CULTURA CIENTÍFICA.COM

La edad del núcleo interno de la Tierra a revisión.

nucleo interno solido de la tierra - Búsqueda de Google

Youjun Zhang, Mingqiang Hou, Guangtao Liu, Chengwei Zhang, Vitali B. Prakapenka, Eran Greenberg, Yingwei Fei, R. E. Cohen, Jung-Fu Lin. Reconciliation of Experiments and Theory on Transport Properties of Iron and the GeodynamoPhysical Review Letters, 2020; 125 (7) DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.078501

A lo largo de los años, las estimaciones sobre la edad y la conductividad del núcleo han pasado de ser muy antiguas y relativamente bajas, a muy jóvenes y relativamente altas. Pero estas estimaciones más jóvenes también han creado una paradoja, en la que el núcleo habría tenido que alcanzar temperaturas irrealmente altas para mantener la geodinamo durante miles de millones de años antes de la formación del núcleo interno.

Al crear condiciones similares a las del centro de la Tierra dentro de una cámara de laboratorio, los investigadores han mejorado la estimación de la edad del núcleo interno sólido de nuestro planeta, situándolo entre 1.000 y 1.300 millones de años.

Los resultados sitúan al núcleo en el extremo más joven de un espectro de edad que normalmente va de unos 1.300 a 4.500 millones de años, pero también lo hacen un poco más viejo que una estimación reciente de sólo 565 millones de años.

Lo que es más, los experimentos y las teorías que los acompañan ayudan a precisar la magnitud de cómo el núcleo conduce el calor, y las fuentes de energía que alimentan la geodinámica del planeta – el mecanismo que sostiene el campo magnético de la Tierra, que mantiene las brújulas apuntando al norte y ayuda a proteger la vida de los dañinos rayos cósmicos.


University of Texas at Austin. “The age of Earth’s inner core revised.” ScienceDaily. ScienceDaily, 21 August 2020. VER NOTICIA COMPLETA.