Quando os aviões comerciais atravessam as nuvens para atingir a altitude de cruzeiro, eles normalmente chegaram à estratosfera, a segunda camada da atmosfera da Terra. O ar lá em cima é seco e claro, e muito mais calmo do que a atmosfera turbulenta que experimentamos no solo.

E ainda, por toda a sua aparente tranquilidade, a estratosfera pode ser uma poderosa esteira rolante, puxando o ar da região equatorial da Terra e empurrando-o de volta para os pólos em um padrão de circulação contínua. A força dessa circulação pode impactar significativamente a quantidade de vapor d'água, produtos químicos, e o ozônio transportado ao redor do planeta.

Agora cientistas do Departamento da Terra do MIT, As Ciências Atmosféricas e Planetárias (EAPS) determinaram pela primeira vez a força da circulação da estratosfera, com base em observações de produtos químicos importantes viajando dentro desta camada atmosférica.

Em um artigo publicado hoje na revista Nature Geoscience , a equipe relata que a estratosfera puxa cerca de 7 bilhões de quilos de ar pelos trópicos por segundo, no mundo todo, a uma altitude de cerca de 20 quilômetros. Os pesquisadores estimam que a parcela média de ar pode passar cerca de 1,5 ano dentro desta camada antes de circular de volta para as camadas inferiores da atmosfera.

A nova estimativa pode ajudar os cientistas a avaliar onde e por quanto tempo o vapor de água, ozônio, e os gases de efeito estufa permanecem na estratosfera. Os cientistas também podem usar o método da equipe para determinar mudanças futuras na força da estratosfera - informações essenciais para rastrear a recuperação do buraco na camada de ozônio e a progressão do aquecimento global.

Os principais autores do artigo são Marianna Linz, um ex-aluno de PhD na EAPS que agora é pós-doutorado na Universidade da Califórnia em Los Angeles; e Alan Plumb, professor emérito da EAPS; junto com pesquisadores da New York University, Karlsruhe Institute of Technology, o Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica, Universidade de Cambridge, e Caltech.

Voltas químicas

A circulação da estratosfera é conhecida pelos cientistas como a reviravolta meridional, referindo-se ao padrão em que o ar é puxado para cima na estratosfera perto do equador e transportado ao longo dos meridianos da Terra, ou linhas longitudinais, antes de ser puxado de volta para os pólos. Os cientistas tentaram medir a força dessa circulação de reviravolta, concentrando-se principalmente na velocidade com que o vapor de água sobe pela estratosfera perto do equador.

"Outros observaram esta região do equador, onde acham que a maior parte do material está surgindo, e eles tentaram caracterizar isso usando vapor de água, "Linz diz." Mas isso é apenas olhar para esta região estreita, e é difícil inferir como é o resto da circulação. "

Linz, Prumo, e seus colegas adotaram uma abordagem mais global, fazendo uso de medições atmosféricas de dois produtos químicos atmosféricos, hexafluoreto de enxofre e óxido nitroso, levado ao redor do mundo por satélites, balões meteorológicos, e aeronaves. Eles consideraram esses produtos químicos candidatos ideais para rastrear, como eles não têm "sumidouros estratosféricos, "ou métodos pelos quais a concentração desses gases mudaria assim que alcançassem a estratosfera.

“O pensamento é que o que sobe deve descer, "Linz diz.

Os cientistas compilaram medições de ambos os produtos químicos entre 2007 e 2011, com a ideia de estimar quanto tempo esses produtos químicos levaram para entrar, então saia, a estratosfera. Eles selecionaram através das medições, observando as concentrações de cada produto químico em determinadas parcelas de ar em toda a estratosfera
em vários locais e altitudes.

Em particular, eles olharam ao longo do tempo para identificar parcelas de ar subindo nos trópicos, e depois, pacotes de ar com a mesma concentração de produtos químicos, sendo puxado de volta para os pólos.

Eles raciocinaram que o lapso de tempo entre a subida e a descida indicaria o tempo que aquela parcela passou na estratosfera. Um cálculo simples, fatorando a massa total de ar na estratosfera, produziria a velocidade com que essa parcela viajou através da estratosfera, que reflete essencialmente a força da circulação.

"Se você pensa em uma pista de corrida, e alguém dando uma volta naquela pista, você pode medir o tempo que eles entraram na pista, e quando eles saíram disso, e você pode calcular a velocidade média ao redor da pista se você souber a distância da pista, "Plumb explica." Então é assim, de certa forma. "

O ar lá em cima

A equipe realizou esses cálculos e calculou a média dos resultados para várias altitudes em toda a estratosfera. Seus cálculos para ambos os produtos químicos concordaram quase perfeitamente em altitudes mais baixas de cerca de 20 quilômetros, produzindo uma força de circulação de cerca de 7 bilhões de quilogramas por segundo - comparável em magnitude à força da circulação virada no oceano.

"A coisa mais importante a saber em termos de impactos nas mudanças climáticas e no ozônio é como é essa força de circulação nessa altitude mais baixa, porque é isso que fornece produtos químicos para a estratosfera, "Plumb diz.

Linz e Plumb compararam sua estimativa com as previsões da circulação estratosférica feitas por vários modelos climáticos, e descobriu que sua estimativa estava de acordo com alguns modelos, mas não com outros. Linz diz que a nova estimativa da equipe, e o método para calcular a força da estratosfera, pode ajudar a melhorar as previsões do modelo de aquecimento e desenvolvimento de ozônio.

“Se os modelos climáticos estão errando em sua circulação estratosférica, eles provavelmente estão errando em suas distribuições de ozônio, que terá impactos definitivos sobre quais são as tendências [previstas] para o aquecimento global, "Linz diz." Portanto, ter este benchmark é realmente valioso. "

Os pesquisadores estão trabalhando para obter mais medições, mais alto na estratosfera, para melhor caracterizar a força da estratosfera em altitudes mais elevadas, bem como nas camadas mais baixas.

“Temos esses dados e podemos dizer qual é a força neste nível, mas porque não temos os dados mais acima, não podemos dizer tanto. Então, realmente precisamos de melhores observações na estratosfera superior, "Linz diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.