Uma equipe de pesquisadores da ETH Zurich usou pela primeira vez simulações no supercomputador CSCS Piz Daint para investigar como certos mecanismos de envelhecimento daspartículas de fuligem na atmosfera afetam a formação de nuvens. Os resultados mostram que a influaªncia do oza´nio e do a¡cido sulfaºrico no envelhecimento da fuligem altera a formação de nuvens e, em última insta¢ncia, o clima.

A queima de madeira, produtos de petra³leo ou outros materiais orga¢nicos liberapartículas de fuligem na atmosfera que consistem principalmente de carbono. Essa fuligem éconsiderada o segundo mais importante agente forçador do clima antropogaªnico , depois do dia³xido de carbono. Na atmosfera ou como depa³sitos emsuperfÍcies de neve e gelo, aspartículas de fuligem absorvem a radiação de ondas curtas do sol e, portanto, contribuem para o aquecimento global .

Na atmosfera, aspartículas de fuligem também tem um efeito indireto no clima, alterando a formação, o desenvolvimento e as propriedades das nuvens . Uma equipe de pesquisa liderada por Ulrike Lohmann, professora do Instituto de Atmosfera e Clima da ETH Zurique, investigou pela primeira vez como dois tipos específicos departículas de fuligem influenciam as nuvens e, por sua vez, o clima: por um lado, a fuligem aerossãois que envelhecem devido ao oza´nio e, por outro, aqueles que envelhecem devido ao a¡cido sulfaºrico.

"Atéagora, presumia-se que esses dois tipos de envelhecimento da fuligem tinham pouco efeito na formação de nuvens e no clima", diz David Neubauer, programador cienta­fico do grupo de pesquisa de Lohmann. No entanto, os resultados das simulações agora realizadas no supercomputador CSCS Piz Daint pintam um quadro diferente.

Quando aspartículas de fuligem se combinam com o oza´nio ou com o a¡cido sulfaºrico, suas propriedades físicas e químicas mudam, escrevem os pesquisadores em seu estudo publicado recentemente na revista Nature Geoscience . Partí­culas de fuligem envelhecidas pelo oza´nio formam núcleos de condensação nas camadas inferiores da atmosfera, que ajudam a formar nuvens. Em camadas mais altas da atmosfera, entretanto, aspartículas de fuligem envelhecidas pelo a¡cido sulfaºrico agem como núcleos de gelo e ajudam a formar nuvens cirros .

A equipe simulou como aspartículas de fuligem com envelhecimento diferente influenciam a formação de nuvens e, consequentemente, o clima, desde os tempos pré-industriais atéo futuro. Nessas simulações, o desenvolvimento daspartículas de aerossol éacoplado a  física de formação de nuvens em uma computação interativa. Isso écomplexo e requer mais tempo de computação do que as simulações climáticas convencionais.

Os pesquisadores fizeram suposições claramente definidas para seus ca¡lculos, descrevendo o estado de envelhecimento daspartículas de fuligem, dependendo da temperatura e da concentração de oza´nio. Ambos os fatores tem uma influaªncia significativa no envelhecimento: Para que a fuligem envelhea§a rapidamente atravanãs do oza´nio, a temperatura e a concentração de oza´nio devem ser altas. Para a capacidade da fuligem de atuar como núcleos de gelo pelo envelhecimento do a¡cido sulfaºrico, uma temperatura baixa desempenha um papel decisivo.

Simulações de fuligem envelhecida pelo oza´nio mostram que, quando o conteaºdo de dia³xido de carbono da atmosfera dobra em comparação com a era pré-industrial, menos nuvens baixas se formam. Consideravelmente mais gota­culas de nuvem são inicialmente formadas pelo envelhecimento da fuligem pelo oza´nio. No entanto, sua alta concentração leva a mais resfriamento do topo da nuvem, causando mais ar seco sendo misturado de cima. "Essas nuvens evaporam mais rapidamente, especialmente em um clima mais quente", explica Lohmann. “Em um clima mais quente, o ar misturado também tem menor umidade relativa do ar”. Devido a  evaporação mais rápida, menos nuvens baixas permanecem e mais radiação de ondas curtas atinge a Terra e a aquece.

Aspartículas de fuligem envelhecidas por a¡cido sulfaºrico, por outro lado, causam a formação de mais cristais de gelo e tornam as nuvens cirrus opticamente mais espessas, ou seja, são menos permea¡veis ​​a  radiação. Eles se estendem atéa tropopausa, que fica a uma altitude de 10 a 18 quila´metros, e também perduram por mais tempo nas regiaµes mais altas da atmosfera. Como resultado, as nuvens cirrus absorvem mais da radiação tanãrmica de ondas longas emitida pela Terra e permitem que menos dela escape para o Espaço. O efeito de aquecimento das nuvens cirrus aumenta e exacerba o aquecimento global: quando o conteaºdo de dia³xido de carbono da atmosfera dobra em comparação com os tempos pré-industriais, os dois tipos de fuligem envelhecendo juntos levam a um aumento de 0,4 a 0,5 graus C no aquecimento global. Como resultado, o ciclo da águase acelerara¡ ainda mais e a precipitação global aumentara¡ ainda mais, escrevem os pesquisadores.

Estudos futuros, que incluem aerossãois de incaªndios florestais , motores de aeronaves ou automa³veis e combinam medições de campo e de laboratório com simulações, podem dar uma imagem ainda mais clara dos efeitos dos aerossãois de fuligem . Eles também podem ajudar a desenvolver estratanãgias para reduzir as emissaµes. “Isso beneficiaria não são o clima e a qualidade do ar, mas também a saúde das pessoas”, enfatiza Neubauer.