NOAA encontra nanopartículas orgânicas na baixa estratosfera e isso muda modelos climáticos

Pesquisadores que trabalham na alta estratosfera identificaram algo que não deveria ter passado despercebido por tanto tempo.

Eles encontraram uma classe até então não reconhecida de partículas ultrafinas - tão pequenas que ficam fora do alcance da maioria dos instrumentos de monitorização - que, afinal, é extremamente comum nas camadas mais baixas da estratosfera.

Em determinadas medições, esse conjunto respondeu por até 90% da área total de superfície de aerossóis nessa região.

A descoberta foi feita por cientistas do Laboratório de Ciências Químicas (CSL) da NOAA. As consequências do resultado alcançam algumas das questões mais importantes da ciência atmosférica.

Entre elas estão: como a estratosfera funciona na prática, o que controla a química do ozono e se propostas de intervenção para arrefecer o planeta - ao introduzir partículas na estratosfera - se comportariam como os seus defensores prevêem.

Partículas minúsculas escondidas dos satélites

As partículas observadas são nanopartículas, a maioria com diâmetro inferior a 0.11 micrômetros - cerca de 100 vezes menor do que uma partícula de poeira.

Como a maior parte dos instrumentos e dos satélites usados para acompanhar a estratosfera foi concebida para identificar partículas maiores, essas nanopartículas acabaram “invisíveis” para as medições de rotina.

Para tornar esse material detectável, cientistas da NOAA recorreram a instrumentos desenvolvidos sob medida, capazes de medir partículas com diâmetro tão pequeno quanto 3 nanómetros.

Missões de reconhecimento em grande altitude

Esses equipamentos foram instalados no avião de grande altitude WB-57 da NASA durante a missão SABRE da NOAA, realizada em fevereiro de 2023 sobre o Ártico.

A campanha foi planeada para reunir medições detalhadas das concentrações de partículas estratosféricas, distribuições de tamanho, composição química e gases-traço.

Ao longo das observações, os instrumentos registaram resultados inesperados tanto na quantidade quanto na composição das partículas.

“Essas partículas estiveram, em grande parte, invisíveis para nós até agora”, disse o autor principal Ming Lyu, investigador do Instituto Cooperativo para Investigação em Ciência Ambiental (CIRES).

“A maioria dos instrumentos e satélites não as vê porque elas são pequenas demais, mas elas são realmente abundantes e, por isso, no conjunto, podem ter um grande impacto.”

As partículas não são o que os cientistas esperavam

É aqui que o achado ganha um peso especial. Modelos atmosféricos atuais partem do princípio de que a maioria das pequenas partículas de aerossol na estratosfera é composta sobretudo por sulfato.

As medições da SABRE apontaram para outro cenário: essas nanopartículas são ricas em moléculas orgânicas. Além disso, parecem estar associadas a níveis mais elevados de óxido nitroso.

Esse gás é libertado à superfície por agricultura, indústria e produção de energia, e depois é transportado para a estratosfera por correntes ascendentes tropicais e sistemas de tempestades.

Quando a composição é orgânica, o comportamento químico das partículas muda. As superfícies dos aerossóis funcionam como “plataformas” de reação onde ocorre uma grande variedade de processos químicos na atmosfera, inclusive reações que influenciam o ozono estratosférico.

A área total de superfície das partículas de aerossol determina a rapidez com que essas reações avançam. É possível que os cientistas estejam a subcontabilizar sistematicamente 90% dessa área de superfície.

Se essas superfícies ausentes se comportarem de maneira diferente do que os modelos pressupõem, então as simulações tendem a errar.

“O modelo trata todas as partículas pequenas como essencialmente só de sulfato, mas estamos a ver uma grande contribuição de químicos orgânicos”, disse Lyu. “Essa discrepância pode levar a erros na forma como simulamos o crescimento das partículas, a química do ar e os impactos radiativos dos aerossóis.”

Partículas em falta mudam modelos climáticos

O momento desta descoberta é particularmente relevante devido ao interesse crescente em injeção de aerossóis estratosféricos.

Essa intervenção climática consistiria em libertar deliberadamente grandes quantidades de dióxido de enxofre na estratosfera para formar partículas refletoras capazes de arrefecer o planeta ao desviar a luz solar.

Os defensores da abordagem já modelaram os seus efeitos de forma extensa. Porém, ao que tudo indica, essas simulações estão a deixar escapar um elemento fundamental.

Muitas estratégias propostas de implementação focam a baixa estratosfera tropical ou subtropical - precisamente a faixa onde essas nanopartículas orgânicas parecem ocorrer com mais frequência.

Compreender a injeção de aerossóis

Na prática, o modo como a injeção de aerossóis funcionaria depende de forma crítica de a que o novo material injetado se fixa primeiro ao entrar na estratosfera.

A equipa observou que essas partículas de fundo, muito pequenas, provavelmente seriam os primeiros pontos de adesão para o vapor de dióxido de enxofre ou outros gases condensáveis libertados na estratosfera.

“Isso muda tudo em termos de como você projeta e prevê os efeitos”, afirmou o físico de investigação do CSL e coautor Charles Brock.

A NOAA não realiza experiências de injeção de aerossóis estratosféricos. Ainda assim, os seus cientistas usam modelos computacionais para simular os possíveis efeitos dessas intervenções.

Agora, esses modelos precisam de revisão para incorporar uma população de partículas que antes não era considerada.

Aerossóis ocultos remodelam a ciência

Os investigadores são diretos sobre os próximos passos. Instrumentos transportados por balões precisam ser modernizados para detectar partículas abaixo de 0.1 micrômetros.

Também serão necessárias mais observações com aeronaves, em diferentes regiões geográficas - e não apenas no Ártico.

Além disso, os modelos usados para simular a química estratosférica e o clima terão de ser reconstruídos para representar adequadamente aerossóis ricos em orgânicos.

Nada disso é simples. Isso significa que uma parte considerável da ciência da estratosfera tem trabalhado com uma visão incompleta do que realmente existe lá em cima.

“Compreender essas partículas pequenas é crítico para prever como a estratosfera responderia a qualquer tipo de perturbação, seja natural, como um vulcão, ou causada pelo ser humano”, disse Lyu.

Há muito tempo, os cientistas tratam a estratosfera como uma das partes mais bem compreendidas da atmosfera - distante, estável e relativamente simples quando comparada aos sistemas meteorológicos turbulentos abaixo.

Esta descoberta indica que, mesmo ali, faltava um elemento importante - algo que, no fim, estava à vista, mas passou despercebido.