Usando moléculas raras de oxigênio presas em bolhas de ar no gelo e neve antigos, Cientistas americanos e franceses responderam a uma pergunta de longa data:quanto os níveis "ruins" de ozônio aumentaram desde o início da Revolução Industrial?

"Conseguimos rastrear quanto ozônio havia na atmosfera antiga, "disse o geoquímico Laurence Yeung, da Rice University, o principal autor de um estudo publicado online hoje em Natureza . "Isso não foi feito antes, e é notável que possamos fazer tudo isso. "

Os pesquisadores usaram os novos dados em combinação com modelos de química atmosférica de última geração para estabelecer os níveis de ozônio na baixa atmosfera, ou troposfera, aumentaram em um limite superior de 40% desde 1850.

"Esses resultados mostram que os melhores modelos de hoje simulam bem os níveis de ozônio troposférico antigos, "disse Yeung." Isso reforça nossa confiança em sua capacidade de prever como os níveis de ozônio troposférico mudarão no futuro. "

A equipe de pesquisa liderada por Rice inclui pesquisadores da Universidade de Rochester, em Nova York, o Instituto de Geociências Ambientais do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) da Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratório de Controle e Sinal de Fala de Imagens Grenoble do CNRS na UGA e do Laboratório Francês de Clima e Ciências Ambientais do CNRS e da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA) na Université Versailles-St Quentin.

"Essas medições restringem a quantidade de aquecimento causado pelo ozônio antropogênico, "Yeung disse. Por exemplo, ele disse que o relatório mais recente do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) estimou que o ozônio na baixa atmosfera da Terra hoje está contribuindo com 0,4 watts por metro quadrado de força radiativa para o clima do planeta, mas a margem de erro para essa previsão foi de 50%, ou 0,2 watts por metro quadrado.

"Essa é uma barra de erro muito grande, "Yeung disse." Ter melhores estimativas de ozônio pré-industrial pode reduzir significativamente essas incertezas.

"É como adivinhar o peso da sua mala quando há uma taxa para malas com mais de 50 libras, "disse ele." Com as velhas barras de erro, você estaria dizendo, 'Acho que minha bolsa pesa entre 20 e 60 libras.' Isso não é bom o suficiente se você não pode pagar a pena. "

O ozônio é uma molécula que contém três átomos de oxigênio. Produzido em reações químicas envolvendo a luz solar, é altamente reativo, em parte por causa de sua tendência de abrir mão de um de seus átomos para formar uma molécula de oxigênio mais estável. A maior parte do ozônio da Terra está na estratosfera, que está a mais de cinco milhas acima da superfície do planeta. O ozônio estratosférico às vezes é chamado de ozônio "bom" porque bloqueia a maior parte da radiação ultravioleta do sol, e é, portanto, essencial para a vida na Terra.

O resto do ozônio da Terra encontra-se na troposfera, mais perto da superfície. Aqui, a reatividade do ozônio pode ser prejudicial às plantas, animais e pessoas. É por isso que o ozônio troposférico às vezes é chamado de ozônio "ruim". Por exemplo, o ozônio é o principal componente da poluição urbana, que se forma perto do nível do solo em reações induzidas pela luz do sol entre o oxigênio e os poluentes do escapamento de veículos motorizados. A Agência de Proteção Ambiental considera a exposição a níveis de ozônio superiores a 70 partes por bilhão por oito horas ou mais como prejudicial à saúde.

"O que acontece com o ozônio é que os cientistas só o estudam em detalhes há algumas décadas, "disse Yeung, um professor assistente da Terra, ciências ambientais e planetárias. "Não sabíamos por que o ozônio era tão abundante na poluição do ar até os anos 1970. Foi quando começamos a reconhecer como a poluição do ar estava mudando a química atmosférica. Os carros estavam elevando o ozônio ao nível do solo."

Embora as primeiras medições do ozônio troposférico datem do final do século 19, Yeung disse que esses dados conflitam com as melhores estimativas dos modelos modernos de química atmosférica.

"A maioria desses dados mais antigos são de testes de goma-papel, onde o papel muda de cor após reagir com o ozônio, "disse ele." Os testes não são os mais confiáveis ​​- a mudança de cor depende da umidade relativa, por exemplo, mas eles sugerem, no entanto, que o ozônio ao nível do solo poderia ter aumentado até 300% no século passado. Em contraste, os melhores modelos de computador atuais sugerem um aumento mais moderado de 25-50%. Essa é uma grande diferença.

"Simplesmente não há outros dados por aí, então é difícil saber o que é certo, ou se ambos estão corretos e essas medições particulares não são um bom ponto de referência para toda a troposfera, "Yeung disse." A comunidade tem lutado com essa questão há muito tempo. Queríamos encontrar novos dados que pudessem avançar nesse problema não resolvido. "

Encontrando novos dados, Contudo, não é simples. "O ozônio é muito reativo, por si próprio, para ser preservado em gelo ou neve, "ele disse." Então, procuramos o rastro de ozônio, os vestígios que deixa nas moléculas de oxigênio.

"Quando o sol está brilhando, moléculas de ozônio e oxigênio estão constantemente sendo feitas e quebradas na atmosfera pela mesma química, "Yeung disse." Nosso trabalho nos últimos anos encontrou uma 'marca' de ocorrência natural para essa química:o número de isótopos raros que são agrupados. "

O laboratório de Yeung é especializado em medir e explicar a ocorrência desses isótopos aglomerados na atmosfera. Eles são moléculas que têm o número usual de átomos - dois para o oxigênio molecular - mas eles têm isótopos raros desses átomos substituídos no lugar dos comuns. Por exemplo, mais de 99,5% de todos os átomos de oxigênio na natureza têm oito prótons e oito nêutrons, para um número de massa atômica total de 16. Apenas dois de cada 1, 000 átomos de oxigênio são o isótopo mais pesado oxigênio-18, que contém dois nêutrons adicionais. Um par desses átomos de oxigênio-18 é chamado de amontoado de isótopos.

A grande maioria das moléculas de oxigênio em qualquer amostra de ar conterá dois oxigênio-16s. Algumas raras exceções conterão um dos raros átomos de oxigênio-18, e mais raros ainda serão os pares de oxigênio-18.

O laboratório de Yeung é um dos poucos no mundo que pode medir exatamente quantos desses pares de oxigênio-18 existem em uma determinada amostra de ar. Ele disse que esses aglomerados de isótopos no oxigênio molecular variam em abundância dependendo de onde ocorre o ozônio e a química do oxigênio. Porque a baixa estratosfera é muito fria, a probabilidade de que um par oxigênio-18 se forme a partir da química do ozônio / oxigênio aumenta ligeiramente e de forma previsível em comparação com a mesma reação na troposfera. Na troposfera, onde é mais quente, a química do ozônio / oxigênio produz um pouco menos pares de oxigênio-18.

Com o início da industrialização e a queima de combustíveis fósseis por volta de 1850, os humanos começaram a adicionar mais ozônio à baixa atmosfera. Yeung e seus colegas raciocinaram que esse aumento na proporção de ozônio troposférico deveria ter deixado um traço reconhecível - uma diminuição no número de pares de oxigênio-18 na troposfera.

Usando núcleos de gelo e firn (neve comprimida que ainda não formou gelo) da Antártica e da Groenlândia, os pesquisadores construíram um registro de pares de oxigênio-18 no oxigênio molecular desde os tempos pré-industriais até o presente. As evidências confirmaram tanto o aumento do ozônio troposférico quanto a magnitude do aumento que havia sido previsto por modelos atmosféricos recentes.

"Limitamos o aumento para menos de 40%, e o modelo químico mais abrangente prevê cerca de 30%, "Yeung disse.

"Um dos aspectos mais empolgantes foi o quão bem o registro do núcleo de gelo correspondeu às previsões do modelo, "disse ele." Este foi um caso em que fizemos uma medição, e independentemente, um modelo produziu algo que estava de acordo com as evidências experimentais. Eu acho que mostra o quão longe os cientistas atmosféricos e climáticos chegaram ao serem capazes de prever com precisão como os humanos estão mudando a atmosfera da Terra - particularmente sua química. "