Jon Thompson busca descobrir como a composição e morfologia das partículas afetam sua capacidade de absorver ou refletir a luz, assim aquecendo ou esfriando o clima.

O foco nas causas subjacentes das mudanças climáticas está principalmente centrado no dióxido de carbono (CO2), que pode viver na atmosfera por mais de 100 anos. Reduzir a quantidade de dióxido de carbono tem sido a meta de muitos que trabalham para reduzir as mudanças climáticas.

Mas o dióxido de carbono não é o único fator que levou a uma mudança climática. Partículas, mais comumente conhecido como aerossóis atmosféricos, existem na atmosfera em concentrações de vários milhares por centímetro cúbico de ar e podem aquecer ou resfriar a atmosfera. Aerossóis que absorvem a luz solar fortemente aquecem a atmosfera, enquanto aqueles que refletem a luz do sol de volta para o espaço resfriarão a Terra. A proporção específica da luz refletida para a luz absorvida é crucial para determinar o efeito líquido. Essa proporção é descrita pelo albedo do aerossol.

Mas quais são os fatores que determinam a quantidade exata de luz absorvida ou refletida pelo aerossol? Essa é a questão que Jon Thompson, pesquisador da Texas Tech University, vem tentando resolver desde seus dias de estudante de doutorado.

"Na época, sabia-se que os aerossóis provavelmente tinham um impacto no clima, mas os pesquisadores queriam melhores restrições quantitativas sobre esses efeitos, "disse Thompson, professor associado do Departamento de Química e Bioquímica. "A questão científica abrangente é, qual é o impacto climático dos aerossóis atmosféricos? A presença de aerossóis aumenta ou diminui a reflexão do planeta, e qual é o efeito líquido sobre a temperatura? "

Fazer isso, pesquisadores examinaram não apenas os diferentes tipos de aerossóis que existem na atmosfera, mas também sua combinação com outros produtos químicos, particularmente carbono negro, e como isso afeta a refletividade.

O que é um aerossol?

Mencione o aerossol para a pessoa média e ela terá visões de spray de cabelo ou outras emissões domésticas de um spray pressurizado sendo disperso em uma névoa. Mas esse não é o tipo de aerossol que Thompson e seus colegas pesquisadores examinaram ao longo dos anos.

"Eu realmente entendo muito isso e é um dos equívocos, as pessoas muitas vezes pensam que faço pesquisas sobre desodorantes ou algo parecido, "Disse Thompson.

Um aerossol é definido como uma mistura de partículas sólidas finas ou gotículas de líquido no ar ou outro gás. Existem várias fontes de aerossóis na atmosfera, mas eles se enquadram essencialmente em duas categorias - naturais ou artificiais, também conhecido como antropogênico.

Uma fonte natural de aerossol mais comum no oeste do Texas é a poeira levada pelo vento, que ocorre em áreas com ventos fortes e baixa umidade. Mas a poeira levada pelo vento pode viajar vários milhares de quilômetros de sua fonte. Não é incomum encontrar partículas de areia do deserto originárias do deserto do Saara na Flórida ou mesmo no leste do Texas. Outra fonte natural de aerossol é o aerossol de sal marinho, que é o spray criado pela quebra das ondas no oceano. Uma terceira fonte de aerossol natural resulta de erupções vulcânicas que liberam dióxido de enxofre (SO2), que pode reagir na atmosfera para criar o aerossol de sulfato.

O aerossol de sulfato é um aerossol secundário, que são aerossóis formados a partir de uma reação química na atmosfera, em vez de serem emitidos diretamente. Mas muitos aerossóis secundários têm fontes antropogênicas, como a queima de carvão ou combustíveis que contenham enxofre, amônia produzida na agricultura, ou combustíveis fósseis não queimados.

"Assim que os gases precursores começarem a reagir, eles têm uma tendência a incorporar átomos de oxigênio nos produtos de reação, e isso torna os materiais resultantes menos voláteis, "Disse Thompson." Como resultado, os produtos da reação começam a condensar em outras partículas, aumentando assim a massa do aerossol secundário. Esse é o processo que vemos em muitos grandes centros populacionais, como Los Angeles e Bejing, China. "" A deposição de material adicional pode alterar dramaticamente as propriedades ópticas das partículas, portanto, estudar o processo e as mudanças resultantes é crucial para compreender o efeito climático do aerossol. "

Medindo propriedades ópticas de aerossol

Thompson começou a examinar a questão da ótica do aerossol como parte de um grupo que adaptou o método da Espectroscopia de Anel para Baixo da Cavidade (CRDS) para medir aerossóis enquanto trabalhava em sua dissertação. CRDS é um processo onde a luz de um laser pulsado salta para frente e para trás entre espelhos altamente reflexivos para criar um longo caminho - geralmente vários quilômetros - para medir a perda óptica.

Thompson e seus colegas integraram o CDRS ao Integrating Sphere Nepholometry (ISN), que foi originalmente desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Nevada-Reno. O ISN usa lasers e uma câmara esférica para medir a quantidade de luz espalhada pelos aerossóis.

Ao combinar as duas técnicas, Thompson e seus colegas determinaram que poderiam medir simultaneamente quanta luz é espalhada por aerossóis e quanta é absorvida com a mesma amostra, e fazer isso em uma atmosfera natural evitou que as partículas de aerossol se acumulassem em um filtro, o que pode alterar os resultados. Outros avanços do instrumento permitiram a medição da concentração de massa de carbono negro ou fuligem em conjunto com as medições ópticas.

Isso é conhecido como medição do albedo do aerossol.

“Se o albedo for igual a um, as partículas de aerossol são perfeitamente reflexivas e não absorvem luz, "Disse Thompson." Se o albedo for igual a zero, o que nunca ocorre, eles são perfeitamente absorventes. Apesar disso, podemos medir essa proporção, e isso é extremamente importante para determinar se o aerossol na atmosfera levará ou não ao aquecimento ou resfriamento do clima. "

Carbono negro

Um dos principais fatores desconhecidos para determinar se os aerossóis irão absorver ou refletir a luz é sua interação com o carbono negro, que é formado a partir da combustão incompleta dos motores a diesel ou a gasolina.

A mistura de carbono negro com um material secundário, como orgânicos ou sulfatos, na verdade aumenta a capacidade de absorção das partículas misturadas, mas o quanto depende de onde o carbono negro está localizado, seja no centro da partícula ou anexado ao lado.

A umidade também desempenha um grande fator na composição das partículas. O carbono negro em si não é muito adsorvente de água, mas quando misturado com sulfato ou nitrato, se tornará mais higroscópico e captará água da atmosfera, o que permite que a partícula cresça.

“Queremos estudar a organização da partícula e saber como os materiais se misturam e onde o carbono negro está localizado dentro da partícula, "Thompson disse." Isso se dissolve? Ele submerge até o centro da gota? Está na superfície? Como isso afeta as propriedades de absorção de luz do material? Acreditamos que esses detalhes não foram todos resolvidos, no entanto, eles têm consequências profundas na quantidade de luz que é absorvida. "

Thompson já fez medições ópticas em um laboratório aqui em Lubbock - e em Houston, onde o clima é muito mais úmido ao longo da Costa do Golfo. Os resultados desses experimentos mostraram a promessa de que, com mais pesquisas, os segredos para a organização de partículas de aerossol com carbono negro podem ser desvendados e suas propensões de absorção de luz podem ser determinadas.

Thompson e seus colegas esperam garantir mais financiamento para continuar esta pesquisa em uma escala maior.

"Todas essas coisas precisam ser trabalhadas para entender melhor como o carbono negro influencia o sistema climático, "Thompson disse." Esses são os tipos de coisas que gostaríamos de trabalhar com os dispositivos que desenvolvemos. "