Uma descoberta do ex-Ph.D da Carnegie Mellon. O estudante Mingyi Wang, liderando uma grande equipe colaborativa, lança luz sobre uma maneira pela qual novas partículas estão se formando na troposfera superior. O estudo, publicado na Nature , revela uma inesperada reação volátil entre ácido nítrico, ácido sulfúrico e amônia, criando sinergicamente novas partículas em uma taxa rápida. Os resultados sugerem que, além do dióxido de carbono, existem outros compostos que precisam de atenção e regulação.
A presença de amônia foi descoberta pela primeira vez na troposfera superior em 2016 usando a análise dos espectros de emissão de membros infravermelhos médios MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding). Cientistas do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (Alemanha), da Universidade do Colorado Boulder e da Universidad Nacional Autónoma de México realizaram uma "tomografia computadorizada" da atmosfera, movendo-se ao longo de latitudes e longitudes, medindo concentrações e composições de partículas na troposfera superior.

A amônia é derivada principalmente da agricultura e veículos em ambientes urbanos condensados. Quando os cientistas detectaram o composto na troposfera superior, ficaram surpresos com a distância que ele percorreu na atmosfera, levantando questões sobre como é transportado para lá e seu efeito na massa e na criação das partículas.

Depois de aprender sobre o estudo anterior, Wang, um Ph.D. estudante do Departamento de Química de Carnegie Mellon, interessou-se pela reação entre amônia, ácido nítrico e ácido sulfúrico na atmosfera. Em um estudo de 2020, também publicado na Nature, Wang descobriu que em condições frias, como a do clima de inverno em Pequim, a mistura desses três agentes contribui e se condensa em partículas nanométricas, aumentando sua massa rapidamente.

Com essa descoberta, Wang ficou curioso sobre como seria essa reação em regiões ainda mais frias e extremas, então ele começou a projetar um experimento para testá-la em condições semelhantes à troposfera superior.

"Há um número muito limitado de instrumentos disponíveis para identificar os processos que criam partículas na troposfera superior", disse Wang. "Devemos confiar em experimentos de laboratório para entender o que pode ocorrer nessas condições."

Para analisar isso, Wang foi para a Suíça como membro da colaboração CLOUD para testar seu experimento no Conselho Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN). Usando as instalações da câmara, Wang criou condições atmosféricas controladas com precisão e observou reações em tempo real. Quando chegou a hora de adicionar amônia à câmara, Wang esperava ver a mistura de ácidos e base se condensar em partículas existentes e aumentar sua massa, como havia descoberto anteriormente. No entanto, para sua surpresa, ele viu uma explosão de novas partículas se formando rapidamente.

"O que descobrimos é que o ácido nítrico e a amônia são suscetíveis a mudanças de temperatura. Quando a temperatura fica mais fria, eles podem realmente passar pelo processo de conversão de gás em partícula, criando novas partículas e aumentando a concentração geral do número de partículas", disse Wang.

"Isso é importante, especialmente na alta troposfera relativamente limpa. As fontes de emissão são limitadas lá em cima. Não há fábricas ou fazendas, e acredita-se que os aviões sejam a maior parte dos poluentes nesta área. Qualquer poluente na alta troposfera desempenham um papel muito diferente do que desempenham na camada limite (a parte mais baixa da troposfera, diretamente impactada pela presença da superfície da Terra). A temperatura e a interação entre as espécies em cada uma também são muito diferentes."

Colaborando com vários cientistas climáticos de renome mundial, incluindo o professor assistente de pesquisa de engenharia da Carnegie Mellon, Hamish Gordon, Wang e seus colegas pesquisadores realizaram simulações de modelagem global, demonstrando como a amônia é transportada para a troposfera superior e posteriormente dispersa.

Além disso, CMU Chemical Engineering Ph.D. O estudante e co-autor Brandon Lopez descobriu que mesmo uma pequena quantidade de ácido sulfúrico poderia transformar partículas em núcleos de gelo formidáveis.

O grupo descobriu que a amônia é convertida para cima durante eventos como a monção asiática. Sendo que a amônia é muito solúvel, ao passar pelas nuvens, ela começa a se dissolver em gotículas de nuvens. Essas gotículas então congelam, tornando-se cristais de gelo, liberando novamente porções de amônia na atmosfera, produzindo partículas que podem se espalhar pelo Hemisfério Norte de latitude média.

“Essa descoberta nos leva a questionar se outras espécies, como compostos orgânicos, também podem ser transportadas para a alta troposfera por meio desse processo”, disse Wang.

O conselheiro de Wang, co-autor e cientista climático de classe mundial, Neil Donahue, explicou a importância de entender a possível variedade de compostos que podem ser convectados e seu impacto potencial.

"Toda a incerteza científica em torno da mudança climática está relacionada às nuvens de uma forma ou de outra", disse Donahue, professor da Thomas Lord nos departamentos de Química, Engenharia Química e Engenharia e Políticas Públicas da Carnegie Mellon. "Para fazer nuvens, você precisa de água para nuclear ou congelar."

“Nas partes poluídas da atmosfera mais próximas do solo, como nas grandes cidades, os agentes e partículas que atuam como núcleos de nuvens (sementes) são abundantes, mas são bastante raros nas vastas áreas da alta atmosfera. A natureza de nuvens pode mudar muito dependendo do tipo e quantidade de partículas presentes, então ter essas partículas fazendo e alterando a composição das nuvens na atmosfera superior pode impactar significativamente o clima."

Reduzir o dióxido de carbono (CO₂ ) continua a ser um foco importante de cientistas e legisladores climáticos. Enquanto Wang diz reduzir o CO₂ ao diminuir a combustão de combustível fóssil ajudará a diminuir vários outros poluentes, ele acredita que é imperativo começar a desenvolver regulamentações focadas especificamente nas emissões de amônia.

"Sabemos que temos que reduzir as emissões de enxofre e óxido de nitrogênio de usinas de carvão e veículos, mas agora é evidente que devemos pensar em reduzir as emissões de amônia de veículos e agricultura também. Está provando desempenhar um papel crítico tanto na camada limite, afetando a qualidade do ar, mas também na composição da troposfera superior."

Wang, agora pós-doutorando no Instituto de Tecnologia da Califórnia, diz que o próximo passo é projetar estudos adicionais para descobrir se outros compostos estão chegando à troposfera superior de maneira semelhante. + Explorar mais

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