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Partículas de fuligem influenciam o aquecimento global mais do que se supunha anteriormente
Na atmosfera, as partículas de fuligem também têm um efeito indireto no clima, alterando a formação, o desenvolvimento e as propriedades das nuvens .
Por Simone Ulmer - 29/10/2020


Crédito: Shutterstock

Uma equipe de pesquisadores da ETH Zurich usou pela primeira vez simulações no supercomputador CSCS Piz Daint para investigar como certos mecanismos de envelhecimento das partículas de fuligem na atmosfera afetam a formação de nuvens. Os resultados mostram que a influência do ozônio e do ácido sulfúrico no envelhecimento da fuligem altera a formação de nuvens e, em última instância, o clima.

A queima de madeira, produtos de petróleo ou outros materiais orgânicos libera partículas de fuligem na atmosfera que consistem principalmente de carbono. Essa fuligem é considerada o segundo mais importante agente forçador do clima antropogênico , depois do dióxido de carbono. Na atmosfera ou como depósitos em superfícies de neve e gelo, as partículas de fuligem absorvem a radiação de ondas curtas do sol e, portanto, contribuem para o aquecimento global .

Na atmosfera, as partículas de fuligem também têm 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 de partículas de fuligem influenciam as nuvens e, por sua vez, o clima: por um lado, a fuligem aerossóis que envelhecem devido ao ozônio e, por outro, aqueles que envelhecem devido ao ácido sulfúrico.

A química da fuligem muda a formação de nuvens

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

O impacto de partículas de fuligem envelhecidas agindo como núcleos de condensação
de nuvem (CCN) e partículas de nucleação de gelo (INPs) nas propriedades das nuvens
e no clima (sensibilidade ao clima de equilíbrio (ECS).
Crédito: Fabian Mahrt / ETH Zurich

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

A equipe simulou como as partículas de fuligem com envelhecimento diferente influenciam a formação de nuvens e, consequentemente, o clima, desde os tempos pré-industriais até o futuro. Nessas simulações, o desenvolvimento das partículas de aerossol é acoplado à física de formação de nuvens em uma computação interativa. Isso é complexo e requer mais tempo de computação do que as simulações climáticas convencionais.
 
Os pesquisadores fizeram suposições claramente definidas para seus cálculos, descrevendo o estado de envelhecimento das partículas de fuligem, dependendo da temperatura e da concentração de ozônio. Ambos os fatores têm uma influência significativa no envelhecimento: Para que a fuligem envelheça rapidamente através do ozônio, a temperatura e a concentração de ozônio devem ser altas. Para a capacidade da fuligem de atuar como núcleos de gelo pelo envelhecimento do ácido sulfúrico, uma temperatura baixa desempenha um papel decisivo.

A formação de nuvens alteradas leva ao aquecimento

Simulações de fuligem envelhecida pelo ozônio mostram que, quando o conteúdo de dióxido de carbono da atmosfera dobra em comparação com a era pré-industrial, menos nuvens baixas se formam. Consideravelmente mais gotículas de nuvem são inicialmente formadas pelo envelhecimento da fuligem pelo ozônio. 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 à evaporação mais rápida, menos nuvens baixas permanecem e mais radiação de ondas curtas atinge a Terra e a aquece.

As partículas de fuligem envelhecidas por ácido sulfúrico, por outro lado, causam a formação de mais cristais de gelo e tornam as nuvens cirrus opticamente mais espessas, ou seja, são menos permeáveis ​​à radiação. Eles se estendem até a tropopausa, que fica a uma altitude de 10 a 18 quilômetros, e também perduram por mais tempo nas regiões mais altas da atmosfera. Como resultado, as nuvens cirrus absorvem mais da radiação térmica 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 conteúdo de dióxido 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 água se acelerará ainda mais e a precipitação global aumentará ainda mais, escrevem os pesquisadores.

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

 

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