Fig. 1:Importância do tamanho da partícula e quantidade de revestimento das partículas de carbono negro (BC). Painel a:O tamanho da partícula e a concentração do número podem ser diferentes, mesmo se a quantidade total (massa) de BC for a mesma. Painel b:O tamanho da partícula e a quantidade de revestimento determinam a eficiência de absorção solar do BC. Muitas partículas BC são emitidas como partículas BC puras (partículas BC sem revestimento). Partículas de BC são gradualmente revestidas por outras espécies de aerossóis, como sulfato e aerossóis orgânicos, por meio de processos de aerossol na atmosfera (seta). Esses processos de aerossol aumentam a eficiência de absorção de BC em até um fator de 2. Crédito:Universidade de Nagoya
Pesquisadores japoneses e americanos desenvolveram um modelo avançado para avaliar a capacidade das partículas de carbono negro de absorver a luz do sol e contribuir para o aquecimento global. O modelo obteve maior sensibilidade do que os modelos anteriores porque considerou o tamanho da partícula e os complexos estados de mistura do carbono negro no ar. Este modelo avançado ajudará na avaliação da eficácia da remoção de carbono negro da atmosfera para suprimir as mudanças climáticas.
O carbono negro se refere a minúsculas partículas de carbono que se formam durante a combustão incompleta de combustíveis à base de carbono. Partículas de carbono negro absorvem a luz solar, portanto, são considerados como contribuintes para o aquecimento global. Contudo, a contribuição do carbono negro para o aquecimento da atmosfera terrestre é atualmente incerta. Modelos que possam avaliar com precisão o efeito de aquecimento do carbono negro em nossa atmosfera são necessários para que possamos compreender a contribuição dessas minúsculas partículas de carbono para a mudança climática. O estado de mistura das partículas de carbono negro e seu tamanho de partícula influenciam fortemente sua capacidade de absorver a luz solar, mas os modelos atuais têm grandes incertezas associadas ao tamanho da partícula e ao estado de mistura.
Pesquisadores das Universidades de Nagoya e Cornell combinaram sua experiência para desenvolver um modelo que pode prever o efeito radiativo direto do carbono negro com alta precisão. A equipe alcançou esse modelo considerando vários tamanhos de partículas e misturando os estados das partículas de carbono negro no ar.
"A maioria dos modelos de aerossol está usando um ou dois estados de mistura de carbono negro, que não são suficientes para descrever com precisão a diversidade do estado de mistura do carbono negro no ar, "diz Hitoshi Matsui." Nosso modelo considera que as partículas de carbono negro têm vários estados de mistura no ar. Como resultado, podemos modelar a capacidade das partículas de carbono negro de aquecer o ar com mais precisão do que em estimativas anteriores. "
Fig 2. Uma figura esquemática mostrando o tratamento de tamanho de partícula e quantidade de revestimento em simulações de modelo (painel a) e processos de aerossol tratados no modelo global de aerossol (painel b). Painel a:Muitas simulações de modelo foram feitas alterando os tamanhos das partículas nas emissões (por exemplo, "Tamanho pequeno" e "Tamanho grande"). O "método detalhado" pode simular vários estados de revestimento de partículas BC (BC puro, BC com revestimento fino, BC com revestimento espesso, etc.). O "método simples", que é semelhante ao método usado em muitos estudos de modelagem anteriores, não pode resolver diferentes estados de revestimento de partículas BC suficientemente. Painel b:Processos de aerossol na atmosfera (emissões, transporte, transformação, e processos de deposição) e seu impacto no efeito de aquecimento do BC são simulados no modelo global de aerossol. Crédito:Universidade de Nagoya
Os pesquisadores descobriram que o efeito radiativo direto do carbono negro previsto por seu modelo era altamente sensível à distribuição do tamanho das partículas apenas quando os complexos estados de mistura do carbono negro eram adequadamente descritos.
Alta sensibilidade foi obtida pelo modelo desenvolvido porque calculou fatores como o tempo de vida do carbono negro na atmosfera, a capacidade do carbono negro de absorver a luz solar, e o efeito dos materiais que revestem as partículas de carbono negro em sua capacidade de absorver a luz do sol de forma realista. Todos esses fatores são influenciados pelo tamanho da partícula e pelo estado de mistura do carbono negro.
Os resultados mostram que descrever adequadamente o tamanho da partícula e o estado de mistura do carbono negro é muito importante para entender a contribuição do carbono negro para as mudanças climáticas.
Os resultados da equipe sugerem que as interações do carbono negro com os padrões atmosféricos e de chuva são provavelmente mais complexas do que anteriormente considerado. O modelo desenvolvido melhora nossa capacidade de estimar a eficácia da remoção de carbono negro da atmosfera para suprimir futuras mudanças de temperatura, o que deve ajudar a direcionar pesquisas sobre estratégias para mitigar as mudanças climáticas.
Fig 3. Variações do efeito de aquecimento BC (média global). Barras horizontais no "Método detalhado" e "Método simples" mostram as faixas do efeito de aquecimento BC quando os tamanhos das partículas de emissão são alterados dentro de sua incerteza atual. O "Método detalhado" tem uma faixa 7 vezes maior de efeito de aquecimento BC do que o "Método simples" (0,24 W m-2 em "Método detalhado", 0,035 W m-2 no "Método simples"). Círculos nas barras horizontais mostram efeitos de aquecimento BC quando tamanhos médios de partículas são usados para emissões. Crédito:Universidade de Nagoya
Fig 4. Razão do efeito de aquecimento BC entre as duas simulações com o menor e o maior tamanho de partícula nas emissões. A razão tem valores mais altos (está perto de 1) quando os tamanhos das partículas de emissão são importantes (não importantes) para a estimativa do efeito de aquecimento BC. Crédito:Universidade de Nagoya
