Um estudo de uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo cientistas brasileiros, mostra que a poluição urbana de Manaus, a capital do estado do Amazonas no Brasil, aumenta a formação de aerossóis através da Floresta Amazônica muito mais do que o esperado.

Este aumento acentuado nos aerossóis produzidos pela floresta tem um impacto significativo nos principais motores da mudança climática global, como equilíbrio radioativo, produção de nuvens e chuva, e a taxa de fotossíntese da planta. Onde a poluição urbana não afeta a floresta, aerossóis orgânicos são produzidos pelo solo da região, mas em quantidades muito menores, de acordo com o estudo.

Pesquisas semelhantes sobre florestas boreais, que foram usados ​​como base para a modelagem climática global, mostraram um aumento máximo nos níveis de aerossóis orgânicos secundários de 60 por cento devido à poluição das cidades vizinhas.

"Pela primeira vez, fomos capazes de modelar e prever os níveis de aerossol na Amazônia. Os modelos climáticos baseados no Hemisfério Norte são conhecidos por não se aplicarem à Floresta Amazônica. Percebemos que os números derivados de outros estudos não batiam. Os resultados deste novo estudo irão, portanto, tornar os modelos meteorológicos mais precisos e refinar a modelagem climática regional e global, "disse publicado em Nature Communications , a poluição urbana resulta em um aumento médio de 200 por cento na formação de aerossóis orgânicos secundários, com picos de até 400 por cento. A FAPESP apoiou o estudo como parte do Experimento Amazônia Oceano Verde e um Projeto Temático vinculado ao Programa de Pesquisa em Mudanças Climáticas Globais.

Paulo Artaxo, professora titular do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) e uma das autoras do artigo, diz que o próximo passo é incluir a química do aerossol tropical nos modelos climáticos globais, tais como aqueles usados ​​pelo Painel Intergovernamental das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (IPCC), por exemplo, para que eles prevejam com mais precisão os ciclos hidrológicos na Amazônia e detectem mudanças nos padrões de chuva em toda a região tropical da Terra.

Pequena alteração, grande impacto

Um aerossol é uma suspensão de partículas sólidas finas ou gotículas de líquido no ar. Os aerossóis primários são produzidos naturalmente pelas florestas, compreendendo poeira, pólen, cinzas e partículas de carbono de incêndios florestais, por exemplo. Aerossóis secundários são formados na atmosfera pelas reações químicas de aerossóis primários e precursores gasosos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) emitidos por florestas e atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis.

O aumento de até 400% nos aerossóis orgânicos secundários devido à pluma de poluição de Manaus tem um efeito significativo no meio ambiente. Esses aerossóis desempenham um papel importante na absorção da radiação solar pela atmosfera para formar nuvens de chuva, entre outras coisas.

A pluma de Manaus contém altos níveis de ozônio (O3), óxido de nitrogênio, dióxido de enxofre (SO2) e radicais hidroxila (OH). "Quando os níveis de compostos de enxofre e nitrogênio da poluição urbana se acumulam na atmosfera, vapores biogênicos na floresta são oxidados muito mais rapidamente, formando muitos novos aerossóis - muito mais do que seria o caso se o processo fosse puramente natural, "disse Henrique Barbosa, também professor do IF-USP e coautor do artigo.

Neste estudo, o grupo de pesquisa internacional analisou as consequências dessas mudanças observacional e experimentalmente usando modelos matemáticos. Eles também realizaram simulações de computador sobre a formação desta grande quantidade de aerossóis, identificar os processos associados à sua origem e os mecanismos químicos que faltam nos modelos utilizados.

“A região amazônica é praticamente pura e livre de poluição. Um pequeno aumento nos compostos de nitrogênio, por exemplo, desencadeia um grande aumento nos níveis de aerossol florestal, "Disse Barbosa." O distúrbio causado pelas emissões antropogênicas é muito violento e afeta o clima da região, o sistema hidrológico e o clima global. "

O impacto mais forte dessa mudança está na formação de nuvens na Amazônia. "Vimos como altos níveis de aerossóis ultrafinos nas nuvens mudam a velocidade do ar ascendente, tornando as nuvens mais vigorosas com água mais precipitável, " ele adicionou.

Fotossíntese

A quantidade de aerossóis também influencia fortemente a fotossíntese através da floresta, que depende da radiação solar para fixar os níveis de carbono. "Observamos que, de certa forma, o aumento dos níveis de aerossóis secundários torna a fotossíntese mais eficiente. Então, as reações ocorrem mais lentamente, "Disse Barbosa.

Ele explicou que isso ocorre por causa da interação entre aerossóis e radiação solar. Os aerossóis circulam livremente no ar e alteram a quantidade de radiação direta (luz solar que cria sombra) e difusa recebida pela floresta.

A radiação difusa na floresta penetra mais profundamente na vegetação, do dossel até as folhas mais baixas, para que as plantas possam usá-lo para fotossíntese. A radiação direta atinge apenas as folhas mais altas, e de lá para baixo, cria sombra.

"Quando os níveis de aerossol na atmosfera aumentam, aumenta a fotossíntese, mas se esses níveis se tornarem excessivos, eles impedem a fotossíntese. Em última análise, não faz diferença se a radiação difusa aumenta, como os aerossóis bloqueiam a luz do sol, e as plantas são incapazes de usar muito carbono, "Disse Barbosa.

Isopreno

De acordo com pesquisadores, o estudo mostra que as florestas tropicais são significativamente mais dinâmicas do que se pensava originalmente. "O aumento de aerossóis causado pela poluição é muito maior nas florestas tropicais [400 por cento] do que nas florestas boreais [60 por cento]. Isso se deve a diferentes mecanismos de emissão e oxidação, bem como a presença de isopreno apenas em florestas tropicais, "Disse Artaxo.

O isopreno é um tipo de COV emitido naturalmente pela vegetação em florestas tropicais como parte do metabolismo da vegetação. O isopreno é emitido em grandes quantidades pela Floresta Amazônica e tem meia-vida curta na atmosfera, onde é convertido em partículas de aerossol. “A transformação do isopreno em partículas é bastante acelerada pela presença da poluição de Manaus, especialmente as emissões de óxido de nitrogênio, "Disse Artaxo.

Nas florestas boreais, não há emissões de isopreno, embora essas florestas emitam baixos níveis de terpeno (outro COV). Contudo, a química atmosférica desse gás é totalmente diferente daquela do isopreno.

"Isso torna as emissões de florestas tropicais a chave para a produção de partículas e formação de ozônio, com uma química que era desconhecida antes do experimento GOAmazon, "Disse Artaxo." Agora que conhecemos os mecanismos químicos, podemos incluí-los em modelos climáticos globais para avançar nossa compreensão do papel desempenhado pelas florestas tropicais no clima do planeta. "

Ele acrescentou que o aumento de aerossóis orgânicos secundários não está apenas associado à poluição urbana, como as emissões dos veículos. Isso também pode ser devido a outras atividades que produzem óxido de nitrogênio, como incêndios florestais e uso de geradores em pequenas cidades da região amazônica.

"Descobrimos que o óxido de nitrogênio é o catalisador para a formação de aerossol orgânico secundário. Se esse composto estiver presente na poluição, independentemente da causa ou origem, a produção de partículas vai se intensificar, "Disse Artaxo.

Mais precisão

A maioria dos modelos climáticos é atualmente baseada em dados e processos típicos do Hemisfério Norte. No caso de aerossóis orgânicos secundários e seus impactos, os modelos não refletem com precisão as condições nas florestas tropicais, como a Amazônia.

Para produzir um novo modelo incluindo dados para a Amazônia, os pesquisadores usaram medições feitas por aeronaves pertencentes ao Departamento de Energia dos Estados Unidos (DoE), dados obtidos na superfície por uma série de estações de amostragem, e um software de computador sofisticado que simulava a química atmosférica e a meteorologia em escala regional para detectar correlações entre o clima e os processos químicos na atmosfera dessa floresta.

Esta abordagem permitiu aos pesquisadores usar os dados sobre as reações químicas envolvidas para calibrar o modelo WRF-Chem, um modelo existente que une dinâmica atmosférica e química, para que pudessem simular a dispersão da pluma de poluição de Manaus e a produção adicional de aerossóis devido à interação entre este episódio de poluição e as emissões naturais (biogênicas) da floresta.

A próxima etapa será integrar esses processos em modelos climáticos globais para melhorar a previsão do tempo de longo prazo e as projeções de chuva e formação de partículas, ao mesmo tempo em que aumenta a compreensão dos cientistas sobre o papel das florestas tropicais nas mudanças climáticas.