Modelos climáticos atuais subestimam o aquecimento causado por aerossóis de carbono negro.
Carbono
Negro – Nova descoberta da lei de absorção de luz ajuda
cientistas do clima a construir melhores modelos.
Universidade
Washington em St. Louis
Fuligem
é expelida de motores a diesel, ascende de fornalhas queimando
estrume e madeira e é lançada de chaminés das refinarias de
petróleo. De acordo com pesquisa recente, a poluição do ar,
incluindo a fuligem, está ligada à doenças cardíacas, alguns
tipos de câncer e, nos Estados Unidos, a nada mais nada menos que
150 mil casos de diabetes todo ano.
Além
de seu impacto na saúde, a fuligem, conhecida como carbono negro
pelos cientistas atmosféricos, é uma poderosa agente do aquecimento
global. Ela absorve a luz solar e aprisiona calor na atmosfera em
uma magnitude que fica atrás somente do conhecido dióxido de
carbono. Comentários recentes na revista Proceedings of the National
Academy of Sciences chamaram a falta de consenso na magnitude da
absorção de luz da fuligem de “um dos grandes desafios das
ciências atmosféricas.”
Rajan
Chakrabarty, professor assistente na Escola de Engenharia e Ciências
Aplicadas da Universidade de Washington em St. Louis, e William R.
Heinson, da Fundação Nacional da Ciência e colega de pós-doutorado
no laboratório de Rajan, aceitaram o desafio e descobriram algo novo
sobre a fuligem, ou antes, uma nova lei que descreve sua habilidade
de absorver luz: a lei de absorção da luz. Com ela, os cientistas
poderão entender melhor o papel da fuligem na mudança climática.
A
pesquisa foi selecionada como uma “Sugestão dos Editores”,
publicada online no dia 19 de novembro na prestigiada revista
Physical Review Letters.
Por
causa de sua habilidade de absorver luz solar e diretamente aquecer o
ar circunvizinho, os cientistas do clima incorporam a fuligem em seus
modelos – sistemas computacionais que tentam replicar condições
reais – e então predizem futuras tendências de aquecimento. Os
cientistas usam observações concretas para programar seus modelos.
Mas
não há um consenso sobre como incorporar a absorção de luz da
fuligem em tais modelos. Eles a tratam de forma simplista demais,
utilizando uma esfera para representar um aerossol puro de carbono
negro.
“Mas
a natureza é curiosa e tem seus próprios meios de tornar as coisas
mais complexas,” disse Rajan. “Pela massa, 80% de todo o carbono
negro é sempre misto. Não é perfeito, como os modelos o
apresentam.
As
partículas estão misturadas, ou revestidas, com aerossóis
orgânicos que são, com a fuligem, emitidos de um sistema de
combustão. No fim das contas, o carbono negro absorve mais luz
quando está revestido destes materiais orgânicos, mas o aumento da
magnitude de absorção varia de forma não-linear, dependendo da
quantidade de revestimento presente.
Rajan
e William queriam descobrir uma relação universal entre a
quantidade de revestimento e a habilidade da fuligem de absorver luz.
Primeiro,
eles criaram partículas simuladas idênticas às encontradas na
natureza, com graus variados de revestimento orgânico. Então,
utilizando técnicas emprestadas do estudo de Rajan sobre fractais, a
equipe analisou cálculos minuciosos, medindo gradualmente a absorção
de luz nas partículas.
Quando
eles esquematizaram as magnitudes de absorção com a porcentagem de
revestimento orgânico, o resultado foi o que os matemáticos e
cientistas chamam de “lei universal de potência.” Isto significa
que, conforme a quantia de revestimento aumenta, a absorção de luz
da fuligem aumenta proporcionalmente.
(O
comprimento e a área de um quadrado estão relacionados por uma lei
universal de potência: Se você dobra o comprimento dos lados de um
quadrado, a área aumenta quatro vezes. Não importa qual era o
comprimento inicial dos lados, a relação sempre se manterá.)
Eles
então se voltaram para um estudo feito por diferentes grupos de
pesquisa, que mediu a absorção de luz da fuligem em todo o globo,
de Houston a Londres e Pequim. Rajan e William novamente
esquematizaram os aumentos de absorção com a porcentagem de
revestimento.
O
resultado foi uma lei universal de potência com a mesma proporção
de um terço, assim como foi encontrada em seus experimentos
simulados.
Com
tantos valores diferentes para o aumento de absorção de luz na
fuligem, Rajan disse que os modeladores do clima estão confusos. “O
que fazemos? Como podemos representar a realidade em nossos modelos?
Agora
você tem ordem no caos e uma lei,” ele disse. “E agora você
pode aplicá-la computacionalmente, de uma forma econômica.”
As
descobertas deles também indicam o fato de que o aquecimento devido
ao carbono negro pode ter sido subestimado pelos modelos climáticos.
Pressupor um formato esférico para essas partículas e não levar em
conta de forma adequada o aumento da absorção de luz pode resultar
em estimativas de aquecimento significativamente mais baixas.
Rahul
Zaveri, cientista sênior e desenvolvedor do modelo detalhado de
aerossol MOSAIC do Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico, chama
essas descobertas de um avanço significativo e oportuno.
“Estou
especialmente animado com a elegância matemática e a extrema
eficiência computacional da nova parametrização, que pode ser
prontamente implementada aos modelos climáticos uma vez que a
acompanhante parametrização da dispersão de luz das partículas do
carbono negro for desenvolvida,” ele disse.
Reação
de um pioneiro na pesquisa de carbono negro
“Esse
estudo fortalece a ciência e confirma o papel do carbono negro como
um forçador significativo da mudança climática,” disse Mark Z.
Jacobson, professor de engenharia civil e ambiental e diretor do
Programa de Atmosfera/Energia na Universidade Stanford.
“Esse
estudo mostra, com uma combinação de dados e uma modelagem
altamente detalhada, que os fortes efeitos climáticos previamente
encontrados não são somente corroborados, mas também que eles
talvez tenham sido até mesmo subestimados em alguns dos estudos
anteriores, pois muitos deles não levaram em conta as formas reais
das partículas de carbono negro e as misturas resultantes.”
Referência:
Scaling
Laws for Light Absorption Enhancement Due to Nonrefractory Coating of
Atmospheric Black Carbon Aerosol
Rajan
K. Chakrabarty and William R. Heinson
Phys.
Rev. Lett. 121, 218701 – Published 19 November 2018
Fonte: EcoDebate
