Portanto, o clima está ficando mais quente. Quem se importa?

A mudança climática é um problema de relações públicas na América. Por décadas, nós o chamamos de 'aquecimento global, 'uma frase que soa inócua, invocando um suave aumento nas temperaturas mundiais, como aumentar o termostato de uma casa.

"As pessoas perguntaram, então o clima está ficando mais quente. Quem se importa? ", Disse Michael B. McElroy, o professor Gilbert Butler de estudos ambientais na Universidade de Harvard. "E os cientistas são parcialmente culpados por isso, por causa de como descrevemos as mudanças climáticas."

Tem sido difícil deixar os americanos preocupados com um aumento de um grau na temperatura em um período de 100 anos, especialmente quando a maioria das imagens associadas ao aquecimento global - mantos de gelo em ruínas ou um urso polar solitário caminhando por uma paisagem derretida - parecem tão distantes.

Mas a mudança climática está aqui. Mitigar os efeitos do aquecimento global - melhor descritos como mudanças irreversíveis na estrutura do clima - é mais do que salvar o planeta a longo prazo; trata-se de salvar vidas humanas a curto prazo.

De fortes tempestades e inundações catastróficas a secas recordes e incêndios florestais mortais, Os americanos estão enfrentando as consequências de um clima em mudança todos os dias. Ainda, a maioria dos americanos não acreditava que a mudança climática os prejudicaria pessoalmente, de acordo com um estudo da Universidade de Yale. Essa conexão - entre as mudanças climáticas e a saúde humana - tem sido, em grande parte, ausente das conversas públicas e do debate político na América hoje.

Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson estão explorando a conexão entre a saúde humana e as mudanças climáticas. Entre suas descobertas:na Pensilvânia, dias com níveis de ozônio na superfície perigosamente altos podem aumentar em 100 por cento nas próximas décadas, aumentando o risco de asma e outras doenças respiratórias em crianças. Incêndios florestais em Washington podem sufocar áreas densamente povoadas por dias com densas, fumaça prejudicial. Fortes tempestades no Texas, Oklahoma, Nebraska, Iowa, as Dakotas e estados vizinhos podem esgotar o ozônio protetor da estratosfera, expor humanos, gado e colheitas à radiação ultravioleta prejudicial.

Leste dos EUA:O calor está aumentando

Se o mundo cortasse todas as suas emissões de carbono amanhã, as temperaturas já aumentaram o suficiente para causar ondas de calor mais severas e prolongadas. O calor extremo tem um sério impacto na saúde humana. Dependendo dos níveis de umidade, a exposição prolongada a mais de 100 graus-dia pode levar a insolação e desidratação, bem como cardiovascular, respiratório, e doenças cerebrovasculares.

Na década passada, ondas de calor extremas nos EUA mataram centenas de pessoas, principalmente idosos e pobres em áreas urbanas, e custou dezenas de bilhões em danos. Cidades do norte, como Chicago, Nova york, Filadélfia e Boston, que estão menos preparados para lidar com temperaturas excessivas, provavelmente enfrentará o peso do fardo das ondas de calor para a saúde pública nos próximos anos.

Com pouca capacidade de impedir futuras ondas de calor, a melhor opção para mitigar os danos é a preparação. Melhorar nossa capacidade de prever com precisão as ondas de calor pode salvar vidas.

A maioria dos modelos atuais não pode prever além de cerca de 10 dias e os modelos sazonais têm capacidade limitada de prever eventos extremos. Em 2012, por exemplo, o Centro de Previsão do Clima do Serviço Meteorológico Nacional previu temperaturas normais de verão no Nordeste e Centro-Oeste dos EUA. Em vez disso, as regiões tiveram três experiências separadas, eventos de calor recordes em junho e julho que resultaram em mais de 100 mortes.

Peter Huybers, Professor de Ciências da Terra e Planetárias no Departamento de Ciências da Terra e Planetárias e de Ciências Ambientais e Engenharia do SEAS, está trabalhando para entender e prever esses picos de temperatura mortais. Huybers e seu laboratório identificaram padrões de temperatura da superfície do mar que podem prever chances aumentadas de ondas de calor extremas no leste dos EUA com até 50 dias de antecedência. Esses padrões - como uma impressão digital na superfície do Oceano Pacífico - precedem consistentemente as ondas de calor no leste dos EUA.

A equipe Huybers descobriu que a falta de precipitação, que é conhecido por contribuir para as ondas de calor, também está associado a essa impressão digital - conhecida como Padrão Pacific Extreme. Embora não garanta a ocorrência de uma onda de calor, ver esse padrão aumenta significativamente as chances de um acontecer.

"Nossa técnica foi capaz de prever as ondas de calor anteriores, incluindo as ondas de calor mortais de 2012, e foi habilidoso quando aplicado a eventos anteriores entre 1950 e 1980, "disse Huybers." No entanto, a técnica não prevê os anos do Dust Bowl da década de 1930, lembrando-nos que outros fatores ambientais também devem ser importantes. "

Huybers e seus colegas continuam pesquisando essa conexão, empurrando o horizonte na previsão de ondas de calor no verão no leste dos EUA

Com mais tempo para se preparar, as empresas de serviços públicos poderiam garantir que teriam opções de energia suficientes para lidar com um pico na demanda; os agricultores podem alterar as táticas de irrigação para evitar a perda de safra; os planejadores da cidade poderiam criar espaços de refrigeração para os idosos ou aqueles sem ar-condicionado e intensificar os programas para rastrear pessoas sem-teto e que vivem em casa, americanos mais velhos com doenças crônicas.

À medida que o ar esquenta devido à mudança climática global, As áreas urbanas e suburbanas do nordeste também podem ver um aumento no ozônio ao nível do solo - o desagradável composto químico que constitui a maior parte da poluição, especialmente no verão.

O ozônio ao nível do solo é criado por reações químicas envolvendo óxidos de nitrogênio (NOx), compostos orgânicos voláteis (VOCs) e luz solar. Fábricas, usinas de energia e carros produzem a maior parte do NOx nos EUA.

O ozônio é conhecido por causar doenças respiratórias graves e é especialmente perigoso para crianças, idosos, e pessoas que sofrem de asma.

"Mesmo a exposição de curto prazo ao ozônio durante algumas horas ou dias tem sido associada a efeitos graves para a saúde, "disse Loretta J. Mickley, Pesquisador Sênior em Interações Química-Clima no Grupo de Modelagem Química Atmosférica. “Altos níveis de ozônio podem exacerbar doenças pulmonares crônicas e aumentar as taxas de mortalidade”.

Os pesquisadores sabem há muito tempo que a temperatura e o ozônio estão ligados - quanto mais alta a temperatura, quanto mais altos forem os níveis de ozônio. Contudo, pesquisadores também estabeleceram que se as temperaturas subirem acima de meados dos anos 90 Fahrenheit, esse relacionamento pode ser rompido. Então, a questão é:como o aumento das temperaturas globais afetará a gravidade e a frequência dos dias com níveis perigosamente altos de ozônio do solo, conhecido como episódios de ozônio?

Mickley e sua equipe estão desvendando a complexa relação entre o ozônio e o aumento das temperaturas nos EUA.

Em 2016, o estudante de graduação Lu Shen e Mickley descobriram que, se as emissões locais e globais continuarem sem controle e as temperaturas subirem conforme projetado, os EUA podem ver um aumento de 70 a 100 por cento nos perigosos episódios de ozônio, dependendo da região.

O Nordeste, Califórnia e partes do sudoeste, seria o mais afetado, experimentando até nove dias adicionais por ano de níveis prejudiciais de ozônio nos próximos 50 anos. O resto do país pode experimentar até três dias adicionais de ozônio prejudicial à saúde.

O que isso significa para a saúde nos EUA? As internações hospitalares e as visitas ao departamento de emergência aumentariam, casos de doenças respiratórias crônicas, como asma e bronquite crônica, aumentaria, e mais pessoas podem morrer de doenças respiratórias.

"Precisamos de controles de emissões ambiciosos para compensar o potencial de mais de uma semana de dias adicionais com níveis prejudiciais de ozônio, "disse Mickley.

A boa notícia é que já vimos o poderoso efeito da regulamentação sobre os níveis de ozônio nos EUA. Entre 1990 e 2016, os níveis de ozônio diminuíram significativamente, especialmente na costa leste, graças à Lei do Ar Limpo e suas emendas, que visava precursores de ozônio.

A má notícia é que as altas temperaturas podem alterar essa tendência.

Mickley e sua equipe também estão desenvolvendo ferramentas para prever quando e onde os americanos correm maior risco de aumento dos níveis de ozônio a curto prazo.

Os pesquisadores descobriram que os altos níveis de ozônio no verão no leste dos EUA estão correlacionados com padrões meteorológicos de grande escala na primavera, incluindo as temperaturas da superfície do mar. A equipe usou essa relação para prever os níveis médios de ozônio no verão com uma temporada de antecedência.

"Uma ferramenta de previsão pode atuar como um sistema de alerta precoce para as comunidades em maior risco por dias de alto ozônio, "disse Mickley." As comunidades locais poderiam mobilizar recursos e planejar protocolos para ajudar seus cidadãos em maior risco, incluindo crianças e idosos, durante os episódios da próxima temporada de ozônio. Esses protocolos podem incluir recomendações para que as pessoas permaneçam dentro de casa. "

Tempestades de cerveja no meio-oeste

Conforme as temperaturas aumentam e mais vapor de água evapora para a atmosfera, as tempestades se tornarão mais frequentes e intensas - especialmente no meio-oeste.

Inundações e danos associados a essas tempestades são uma ameaça à vida e ao sustento de 60 milhões de pessoas que vivem nos estados do meio-oeste. especialmente os agricultores que dependem de padrões de precipitação previsíveis. Mas a intensidade dessas tempestades, combinado com fatores exclusivos da região das Grandes Planícies, também pode danificar a camada protetora de ozônio que protege a vida na Terra da radiação ultravioleta prejudicial.

James G. Anderson, o Professor Philip S. Weld de Química Atmosférica da SEAS e do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias, está estudando esse fenômeno. Em 2012, sua equipe descobriu que durante as intensas tempestades de verão no meio-oeste, o vapor de água dessas tempestades é injetado profundamente na estratosfera. Ao estudar a perda de ozônio no Ártico no inverno, Anderson e seus colaboradores estabeleceram que combinações de temperatura e vapor d'água convertem formas estáveis ​​de cloro e bromo em radicais livres capazes de transformar moléculas de ozônio em oxigênio, implicando o vapor de água injetado pela tempestade na perda de ozônio nos EUA no verão.

Usando técnicas avançadas de radar, Anderson e sua equipe, incluindo pesquisadores da Texas A&M e da University of Oklahoma, descobriu recentemente que milhares de tempestades a cada verão penetram na estratosfera para fornecer combustível para essas reações - muito mais do que se pensava anteriormente.

"Em vez de grande, perda de ozônio em escala continental que ocorre nas regiões polares no inverno, essas observações de radar e nossa nova alta precisão, medições de temperatura de alta resolução espacial descobriram que a estrutura de perda de ozônio na região central dos EUA é altamente localizada em várias regiões, "disse Anderson.

Essas reações, dependendo da temperatura da estratosfera, poderia desencadear uma redução de 12 a 17 por cento no ozônio na estratosfera inferior uma semana após uma tempestade. Isso corresponde a uma redução de 2 a 3 por cento no ozônio estratosférico na região de vapor de água intensificado. Mesmo uma redução de 1 por cento no ozônio estratosférico pode levar a um aumento de 3 por cento no câncer de pele em humanos - há três milhões e meio de novos casos de câncer de pele diagnosticados a cada ano apenas nos EUA. Uma vez que a radiação ultravioleta também prejudica a química molecular da fotossíntese, tal mudança também poderia ter um efeito importante na agricultura no meio-oeste.

"Não se trata apenas da saúde humana, trata-se de safras, gado, e a capacidade de funcionar por longos períodos ao ar livre no verão, "disse Anderson.

Anderson e seu laboratório estão desenvolvendo novas plataformas para observar esse fenômeno em ação. Central para esse esforço é uma plataforma de pesquisa chamada StratoCruiser, um balão de superpressão projetado para coletar dados em uma média de 75, 000 pés - bem na estratosfera.

Alimentado por uma série de células solares, o StratoCruiser voará acima do centro dos EUA por quatro a seis semanas, coleta de dados sobre como o vapor de água injetado na estratosfera altera as propriedades das partículas e inicia a série de reações químicas que destroem o ozônio.

Anderson e sua equipe estão desenvolvendo instrumentos de detecção robustos o suficiente para resistir a ventos e chuva de tempestades convectivas intensas, mas leves o suficiente para permitir o pacote de instrumentos, suspenso em um filamento de Kevlar abaixo do balão, para amostrar ar entre 40, 000 pés e 75, 000 pés

Os instrumentos têm que trabalhar em temperaturas que variam de menos 120 graus a mais 90 graus Fahrenheit, resistir à baixa pressão da alta atmosfera, se auto-energizar e operar de forma autônoma para a missão de seis semanas.

Os alunos de graduação do SEAS no Projeto de Solução e Design de Problemas de Engenharia da Anderson (ES 96) estão desempenhando um papel importante na solução desses desafios de design. A equipe de alunos que projetou um espectrômetro que mede o ácido clorídrico (HCl) na atmosfera recebeu US $ 200, 000 da bolsa do Projeto de Instrumento de Estudante de Graduação da NASA. O novo instrumento será lançado pela NASA no outono de 2017 de Fort. Sumner, Novo México.

Outro projeto ES 96 para alunos de graduação envolve projetar e construir uma nova classe de instrumentos para medir radicais livres e outras espécies reativas de aeronaves estratosféricas movidas a energia solar. Esses instrumentos, que irá coletar dados nos EUA continuamente por três meses, fornecerá a capacidade de prever a quantidade de radiação UV projetada para regiões específicas dos estados das Grandes Planícies no verão. A aeronave estratosférica movida a energia solar também pode circunavegar o globo para obter observações relacionadas à resposta da estrutura do clima aos níveis crescentes de dióxido de carbono e metano.

Uma das maiores questões que Anderson e outros querem responder é se o processo de destruição da camada de ozônio é reversível ou não.

Anderson sabe como a ciência bem comunicada pode estimular ações sobre as mudanças climáticas. Foi sua pesquisa no final dos anos 1980 que finalmente provou a ligação entre os clorofluorcarbonos (CFCs) das latas de aerossol, condicionadores de ar e geladeiras e o buraco da camada de ozônio na Antártica. A descoberta foi o passo fundamental para a aceitação pública da conexão, o que acabou levando à eliminação dos CFCs de acordo com o Protocolo de Montreal de 197 países, assinado em 1987.

“Vimos o poder da regulamentação e da legislação quando potências globais se uniram e decidiram banir os CFCs, "disse Anderson." Depois disso, pensamos que havíamos resolvido o problema da redução da camada de ozônio. Agora, poderia ser muito pior do que pensávamos com a mudança climática. Se continuarmos neste curso, diminuições no ozônio e aumentos associados na dosagem de UV podem ser irreversíveis. "

O oeste está queimando

Só em 2016, mais de 67, 000 incêndios florestais queimaram mais de 5,5 milhões de acres nos EUA, uma área equivalente ao tamanho de New Jersey. Se o aquecimento global continuar no ritmo, os modelos prevêem que até 2050 a temporada de incêndios florestais no oeste dos EUA será cerca de três semanas a mais, duas vezes mais esfumaçado, e queimará mais área. Nas próximas décadas, a área queimada em agosto pode aumentar em 65% no noroeste do Pacífico; poderia quase dobrar nas Montanhas Rochosas Orientais / Grandes Planícies; e quádruplo na região da Floresta das Montanhas Rochosas.

Mas os incêndios florestais ameaçam mais do que terras e casas. A fumaça que eles produzem contém partículas que podem contaminar o ar a centenas de quilômetros de distância. Conforme os incêndios florestais aumentam em frequência e intensidade, mais e mais comunidades correm o risco de exposição prolongada a níveis nocivos de fumaça, incluindo áreas densamente povoadas, como São Francisco, na Califórnia, Alameda, e condados de Contra Costa, e King County em Washington.

Mickley e o Atmospheric Chemistry Modeling Group estão desenvolvendo ferramentas para prever como os incêndios florestais afetarão a qualidade do ar. O trabalho faz parte de uma colaboração com a Universidade de Yale.

Entre 2004 e 2009, cerca de 57 milhões de pessoas no oeste dos EUA experimentaram uma onda de fumaça, um termo que Mickley e seus colegas cunharam para descrever dois ou mais dias consecutivos de níveis prejudiciais de fumaça de incêndios. Entre 2046 e 2051, a equipe estimou que mais de 82 milhões de pessoas podem ser afetadas por ondas de fumaça, principalmente no norte da Califórnia, Oregon Ocidental e as Grandes Planícies, onde o combustível do fogo é abundante.

Em todo o oeste dos EUA, a mudança climática provavelmente fará com que as ondas de fumaça sejam mais longas, mais intenso, e mais frequente. Cerca de 13 milhões de crianças e idosos - que correm maior risco de doenças respiratórias - serão afetados por ondas de fumaça em comparação com os dias atuais.

Mickley e sua equipe desenvolveram um modelo para prever, em nível de condado, áreas de maior risco para ondas de fumaça. O modelo permitiria que os governos locais ou o Serviço Florestal dos EUA priorizassem essas áreas nos esforços de mitigação de incêndios, como limpar o mato seco ou realizar queimadas controladas.

"Não importa o que acende um incêndio florestal, seja por um raio ou por descuido humano, a propagação de um incêndio é determinada pela disponibilidade de material seco, combustível facilmente combustível, "disse Mickley." Estamos vendo e continuaremos a ver nas décadas futuras, temperaturas mais quentes aumentam o suprimento desse combustível. Os grandes incêndios de 2016 são provavelmente uma indicação do que está por vir. "

A poluição não conhece fronteiras

Não são apenas os Estados Unidos continentais que estão enfrentando as consequências para a saúde das mudanças climáticas globais. Alasca, O Havaí e muitos territórios americanos estão na linha de frente das mudanças climáticas.

Em 2016, um DC-8 carregado com instrumentos científicos decolou de Palmdale, Califórnia, ascendendo através de um céu denso com a fumaça de um incêndio florestal e a poluição das proximidades de Los Angeles.

Foi um início adequado para a primeira etapa da missão de tomografia atmosférica (ATom), liderado por Steven C. Wofsy, o professor Abbott Lawrence Rotch de Ciências Atmosféricas e Ambientais no SEAS e no Departamento de Ciências da Terra e Planetárias. Desde 2016, a missão ATom fez duas viagens ao redor do mundo - pólo a pólo - fazendo medições atmosféricas para entender como a poluição e os gases do efeito estufa se movem na atmosfera.

A missão ATom, em parceria com a NASA, fará um total de quatro viagens ao redor do mundo. Os dados que coleta ajudarão a melhorar a precisão dos modelos ambientais que informam as políticas climáticas.

Essa primeira etapa deu à equipe de pesquisa uma visão séria do escopo da mudança climática na América e em seus territórios. Várias horas depois de deixar o calor escaldante e os incêndios florestais da Califórnia, a equipe sobrevoou o Alasca, onde grandes poças escuras de água romperam o que deveria ser uma folha contínua de branco, Gelo polar.

“O contraste entre os ambientes não poderia ter sido mais dramático ainda, ambos os lugares estavam sofrendo enormes impactos do aquecimento do clima, "disse Wofsy.

E embora nenhum grande incêndio estivesse queimando no norte do Alasca quando a equipe ATom conduziu sua primeira missão, os pesquisadores registraram altos níveis de poluição de incêndios florestais queimando centenas de quilômetros de distância, nas florestas da Sibéria.

"A poluição pode ser transportada para qualquer lugar, "disse Roisin Commane, associado de pesquisa em ciência ambiental e engenharia na SEAS e membro da equipe ATom. "Vimos poluição a milhares de quilômetros da costa, no que deveria ser o ar mais limpo do mundo. Vimos poluição da Ásia transportada pelo Oceano Pacífico e poluição dos EUA pelo Atlântico. A poluição não tem fronteiras. "

Esperança de engenharia

Essas consequências do aquecimento global nos EUA também não conhecem fronteiras - afeta jovens e idosos americanos, Urbanites da costa leste e fazendeiros do meio-oeste.

Além de liderar esforços para entender os sistemas que contribuem para o aquecimento do planeta, pesquisadores do SEAS também estão desenvolvendo novas ferramentas e tecnologias para ajudar a reverter, ou pelo menos lento, o processo. Isso inclui projetos que visam gerar energia limpa e armazená-la em baterias de longa duração.

Eric Mazur, o Professor Balkanski de Física e Física Aplicada, pesquisou as propriedades de estruturas em nanoescala em silício, que têm aplicações promissoras para melhorar a capacidade das células solares. Jennifer Lewis, o professor Hansjörg Wyss de engenharia inspirada na biologia, ajudou a desenvolver materiais para captura e sequestro de carbono.

Professores Michael Aziz, o Professor Gene e Tracy Sykes de Materiais e Tecnologias Energéticas; e Roy Gordon, o Thomas Dudley Cabot Professor de Química e Professor de Ciência dos Materiais, estão se desenvolvendo não tóxicos, baterias de fluxo de longa duração e econômicas para armazenar energia de fontes de energia intermitentes, como vento e solar.

Os alunos de graduação da SEAS também estão se envolvendo no esforço no campus de Harvard.

Em uma classe ES96, Os alunos do SEAS trabalharam com o Escritório de Sustentabilidade da universidade para avaliar abordagens de resiliência às mudanças climáticas e desenvolver estratégias para melhorar a integridade da rede elétrica, edifícios frios durante o calor extremo, e minimizar os danos de inundações.

"Embora possamos ter disfunções em Washington, partes dos EUA estão fazendo coisas sérias sobre a mudança climática, "disse McElroy." Califórnia e Nova Inglaterra são exemplos brilhantes. Prefeitos das principais cidades dos EUA têm sido líderes no enfrentamento dessas questões. Então, do lado otimista, há sinais de que as pessoas podem se reunir e fazer as coisas. "

É importante não perder esse otimismo, disse Wofsy.

Ele e a equipe ATom viram outra coisa naquele primeiro vôo da Califórnia:fazendas solares e eólicas gerando eletricidade sem carbono.

"Essa visão foi muito mais esperançosa, "Wofsy disse." Se aplicarmos nossas mentes e recursos para o problema, podemos fazer um progresso significativo na redução do aumento do CO2 atmosférico. Mas é um desafio geracional. "