Pesquisadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (Pacific Northwest National Laboratory) desvendam como partículas de aerossóis, que têm grande impacto no clima, são formadas.
As partículas de aerossóis são extremamente pequenas, quase invisíveis a olho nu, mas têm uma influência gigantesca. Elas determinam a cor dos pores do sol, causam mais de três milhões de mortes prematuras a cada ano e têm um poder massivo sobre o clima. No entanto, sua origem e formação sempre foram um mistério para os cientistas do clima.
Um novo estudo liderado por cientistas do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico, do Departamento de Energia dos EUA, finalmente responde a algumas das questões fundamentais sobre como novas partículas de aerossóis se formam. Utilizando interações moleculares entre substâncias que compõem essas partículas em um modelo do sistema terrestre, a equipe, que trabalha sob o projeto EAGLES (Enabling Aerosol-cloud interactions at GLobal convection-permitting scalES), alcançou três marcos importantes.
Eles integraram 11 novas vias de formação de partículas de aerossóis em um modelo climático global, identificaram onde essas vias ocorrem no mundo e avaliaram seus impactos potenciais no clima da Terra.
“Representar corretamente a formação de novas partículas tem sido um grande desafio para nós há muito tempo,” disse Po-Lun Ma, cientista da Terra e investigador principal do EAGLES. “Agora que identificamos esses novos mecanismos, nossos resultados podem reduzir substancialmente a maior fonte de incerteza na ciência dos aerossóis e melhorar nossa capacidade de prever como o sistema terrestre pode mudar.”
Os resultados foram recentemente publicados na revista Nature. Este trabalho representa um esforço colaborativo entre várias instituições.
Pontos Quentes de Partículas
As partículas de aerossóis se formam de diferentes maneiras. Algumas, conhecidas como aerossóis primários, são ejetadas diretamente na atmosfera, como poeira de desertos ou cinzas de vulcões. Outras se formam no céu, produtos de gases que se misturam na atmosfera. Estas últimas são o foco da equipe do EAGLES.
Novas partículas não nascem em qualquer lugar; existem pontos quentes. Grande parte da ação ocorre acima das florestas, como as florestas tropicais da Amazônia Central e do Sudeste Asiático. Lá, o ar “limpo” livre de aerossóis primários permite a mistura química adequada que dá origem a novas partículas. Os cientistas detectaram enormes concentrações de novas partículas acima dessas florestas.
Mas os modelos climáticos atuais não conseguem estimar corretamente essas grandes concentrações de partículas. Quando pressionados a estimar quantas partículas estão presentes ou onde na atmosfera elas aparecem, mesmo os melhores modelos subestimam grandemente sua abundância ou identificam erroneamente em quais altitudes elas aparecem.
Graças às novas vias descobertas pela equipe do EAGLES, essa lacuna está sendo esclarecida. Quando a equipe inseriu essas vias no modelo do sistema terrestre do DOE, E3SM, os picos de partículas corresponderam às observações do mundo real.
Não só o modelo revisado simulou corretamente a quantidade dessas partículas, mas também identificou onde os pesquisadores as encontraram durante as campanhas de campo, reconhecendo corretamente que muitas das novas partículas aparecem na troposfera superior. A equipe encontrou sucesso semelhante ao comparar as previsões do modelo com medições reais em outros pontos quentes, como acima dos oceanos e cidades.
Ao adotar uma visão global, a equipe descobriu que a concentração média global dessas partículas era quase três vezes a quantidade estimada usando métodos tradicionais.
Nuvens que Controlam o Clima
Os aerossóis e as nuvens têm uma relação estreita. As partículas de aerossóis são as sementes das nuvens. A umidade atmosférica condensa nas superfícies das partículas de aerossóis, formando nuvens.
As propriedades das partículas – sua composição química, tamanho e estrutura – moldam as características da nuvem que se forma ao redor delas. Um tipo de partícula pode tornar a nuvem mais ou menos propensa a chover. Outro tipo pode determinar se uma nuvem reflete mais ou menos luz solar, influenciando se a atmosfera da Terra aquece mais ou menos.
Dessa forma, as nuvens e as partículas de aerossóis controlam grande parte do nosso clima. Elas podem aquecer, esfriar ou até alterar a estrutura e o fluxo da atmosfera terrestre.
Muitos cientistas acreditam que novas partículas, como as que a equipe do EAGLES está tentando entender, compõem aproximadamente metade das sementes que se tornam nuvens. No novo trabalho, no entanto, a equipe mostra que essas partículas poderiam, em algumas regiões, ser responsáveis por ainda mais.
Sobre os oceanos tropicais e de latitudes médias, novas partículas geradas localmente poderiam representar até 80% do material sobre o qual as nuvens se condensam. Sobre a Europa e o leste dos Estados Unidos, elas poderiam representar 65% do material das sementes para nuvens.
O Papel das Partículas na Resposta Climática
Entender como os aerossóis influenciam o clima da Terra é essencial para prever como nosso mundo vai mudar. À medida que as nações buscam reduzir o aquecimento global ao diminuir as emissões, o clima responderá. E melhorar os modelos climáticos para refletir de perto a complexidade do sistema terrestre, disse Ma, é fundamental para prever a resposta climática.
“Nosso objetivo é criar representações cada vez mais realistas do sistema climático,” disse Ma. “E os aerossóis têm sido um grande obstáculo nesse caminho. Dependemos muito dos modelos do sistema terrestre para testar cenários de emissões e prever respostas climáticas. Quanto mais eles se aproximam da realidade, mais confiança podemos ter em nossas previsões.”
Embora ainda haja muito mistério em torno das partículas de aerossóis, disse Hailong Wang, cientista da Terra e coautor do novo trabalho, os pesquisadores estão continuamente reduzindo essa incerteza.
“Não podemos afirmar com confiança qual será o impacto total de sua presença ou ausência até que tenhamos uma compreensão sólida e mecanicista das partículas de aerossóis,” disse Wang. “E esta pesquisa marca um passo significativo em direção a essa compreensão.”
Fonte: Pacific Northwest National Laboratory