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Aerossóis de poluição, tempestades no deserto e incêndios florestais podem intensificar tempestades
Os pesquisadores identificam um mecanismo pelo qual pequenas partículas na atmosfera podem gerar tempestades mais frequentes.
Por Jennifer Chu - 04/01/2021


Trovoada - Cientistas do MIT descobriram um novo mecanismo pelo qual os aerossóis podem intensificar tempestades em regiões tropicais.

As observações da atmosfera terrestre mostram que as tempestades são frequentemente mais fortes na presença de altas concentrações de aerossóis - partículas suspensas no ar muito pequenas para serem vistas a olho nu.

Por exemplo, relâmpagos são mais frequentes ao longo das rotas de navegação, onde os cargueiros emitem partículas para o ar, em comparação com o oceano circundante. E as tempestades mais intensas nos trópicos crescem sobre a terra, onde os aerossóis são elevados tanto por fontes naturais quanto por atividades humanas.

Embora os cientistas tenham observado uma ligação entre aerossóis e tempestades por décadas, a razão para essa associação não é bem compreendida.

Agora, os cientistas do MIT descobriram um novo mecanismo pelo qual os aerossóis podem intensificar tempestades em regiões tropicais. Usando simulações idealizadas da dinâmica das nuvens, os pesquisadores descobriram que altas concentrações de aerossóis podem aumentar a atividade das tempestades, aumentando a umidade do ar ao redor das nuvens.

Este novo mecanismo entre aerossóis e nuvens, que a equipe apelidou de mecanismo de “arrastamento de umidade”, poderia ser incorporado em modelos de tempo e clima para ajudar a prever como a atividade de tempestades de uma região pode variar com a mudança dos níveis de aerossol.

“É possível que, ao limpar a poluição, os lugares sofram menos tempestades”, diz Tim Cronin, professor assistente de ciência atmosférica do MIT. “No geral, isso fornece uma maneira que os humanos podem ter uma pegada no clima que não tínhamos valorizado no passado.”

Cronin e seu coautor Tristan Abbott, um estudante graduado do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT, publicaram seus resultados hoje na revista Science .

Nuvens em uma caixa

Um aerossol é qualquer coleção de partículas finas em suspensão no ar. Aerossóis são gerados por processos antropogênicos, como a queima de biomassa e combustão em navios, fábricas e escapamentos de automóveis, bem como por fenômenos naturais como erupções vulcânicas, borrifos do mar e tempestades de poeira. Na atmosfera, os aerossóis podem atuar como sementes para a formação de nuvens. As partículas suspensas servem como superfícies suspensas no ar nas quais o vapor de água ao redor pode se condensar para formar gotas individuais que ficam juntas como uma nuvem. As gotículas dentro da nuvem podem colidir e se fundir para formar gotículas maiores que eventualmente caem como chuva.

Mas quando os aerossóis são altamente concentrados, as muitas partículas minúsculas formam gotículas de nuvem igualmente minúsculas que não se fundem facilmente. Exatamente como essas nuvens carregadas de aerossóis geram tempestades é uma questão em aberto, embora os cientistas tenham proposto várias possibilidades, que Cronin e Abbott decidiram testar em simulações de nuvens de alta resolução.

Para suas simulações, eles usaram um modelo idealizado, que simula a dinâmica das nuvens em um volume que representa a atmosfera da Terra em um quadrado de oceano tropical de 128 quilômetros de largura. A caixa é dividida em uma grade e os cientistas podem observar como parâmetros como a umidade relativa mudam em células individuais da grade à medida que ajustam certas condições no modelo.

No caso deles, a equipe fez simulações de nuvens e representou os efeitos do aumento das concentrações de aerossóis, aumentando a concentração de gotículas de água nas nuvens. Eles então suprimiram os processos que se pensavam impulsionar dois mecanismos propostos anteriormente, para ver se as tempestades ainda aumentavam quando aumentavam as concentrações de aerossol.

Quando esses processos foram desligados, a simulação ainda gerava tempestades mais intensas com maiores concentrações de aerossóis.

“Isso nos disse que essas duas ideias propostas anteriormente não eram as que estavam produzindo mudanças na convecção em nossas simulações”, disse Abbott.

Em outras palavras, algum outro mecanismo deve estar funcionando.

Tempestades que conduzem

A equipe vasculhou a literatura sobre a dinâmica das nuvens e encontrou trabalhos anteriores que apontavam para uma relação entre a temperatura da nuvem e a umidade do ar circundante. Esses estudos mostraram que, à medida que as nuvens sobem, elas se misturam ao ar puro ao seu redor, evaporando parte de sua umidade e, como resultado, resfriando as próprias nuvens.

Se o ar ao redor estiver seco, ele pode absorver mais umidade da nuvem e diminuir sua temperatura interna, de modo que a nuvem, carregada de ar frio, é mais lenta para subir na atmosfera. Por outro lado, se o ar circundante for relativamente úmido, a nuvem ficará mais quente à medida que evapora e aumentará mais rapidamente, gerando uma corrente ascendente que pode se transformar em uma tempestade.

Cronin e Abbott questionaram se esse mecanismo poderia estar em ação no efeito dos aerossóis em tempestades. Se uma nuvem contiver muitas partículas de aerossol que suprimem a chuva, ela poderá evaporar mais água para o ambiente. Por sua vez, isso poderia aumentar a umidade do ar circundante, proporcionando um ambiente mais favorável para a formação de tempestades. Essa cadeia de eventos, portanto, poderia explicar a ligação dos aerossóis com a atividade das tempestades.

Eles colocaram sua ideia em teste usando a mesma simulação da dinâmica das nuvens, desta vez observando a temperatura e a umidade relativa de cada célula da grade dentro e ao redor das nuvens à medida que aumentavam a concentração de aerossol na simulação. As concentrações que eles estabeleceram variaram de condições de baixo aerossol semelhantes a regiões remotas sobre o oceano, a ambientes de alto aerossol semelhantes a ar relativamente poluído perto de áreas urbanas. 

Eles descobriram que nuvens baixas com altas concentrações de aerossol tinham menos probabilidade de chover. Em vez disso, essas nuvens evaporaram a água para seus arredores, criando uma camada úmida de ar que tornou mais fácil para o ar subir rapidamente através da atmosfera como fortes correntes ascendentes em forma de tempestade.

“Depois de estabelecer essa camada úmida relativamente baixa na atmosfera, você tem uma bolha de ar quente e úmido que pode atuar como uma semente para uma tempestade”, diz Abbott. “Essa bolha terá mais facilidade em ascender a altitudes de 10 a 15 quilômetros, que é a profundidade que as nuvens precisam crescer para agir como tempestades”.

Este mecanismo de "arrastamento de umidade", em que nuvens carregadas de aerossol se misturam e mudam a umidade do ar circundante, parece ser pelo menos uma explicação para como os aerossóis conduzem a formação de tempestades, particularmente em regiões tropicais onde o ar em geral é relativamente úmido.

“Fornecemos um novo mecanismo que deve dar uma razão para prever tempestades mais fortes em partes do mundo com muitos aerossóis”, diz Abbott.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela National Science Foundation.

 

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