As partículas de carbono negro - mais comumente conhecidas como fuligem - absorvem o calor da atmosfera. Por anos, os cientistas sabem que essas partículas estão afetando o aquecimento do clima da Terra, mas medir seu efeito exato revelou-se ilusório.

Pesquisadores da Michigan Technological University e do Brookhaven National Laboratory, junto com parceiros de outras universidades, indústria, e laboratórios nacionais, determinaram que, embora a forma das partículas contendo carbono negro tenha algum efeito no aquecimento atmosférico, é importante levar em consideração as diferenças estruturais nas partículas de fuligem, e também como as partículas interagem com outros materiais orgânicos e inorgânicos que revestem o carbono negro conforme ele viaja pela atmosfera.

Publicado hoje no Proceedings of the National Academy of Sciences , o artigo fornece uma estrutura que reconcilia simulações de modelo com observações de laboratório e empíricas, e isso pode ser usado para melhorar as estimativas do impacto do carbono negro no clima.

Cada partícula de carbono negro é única

A absorção da radiação solar pelo carbono negro é comparável à do dióxido de carbono. No entanto, o carbono negro só permanece na atmosfera por dias a semanas, enquanto o dióxido de carbono pode permanecer na atmosfera por centenas de anos.

Os cientistas por anos têm aproximado as partículas de carbono negro como esféricas em modelos que frequentemente ficavam revestidos por outros materiais orgânicos. O pensamento era que, à medida que as partículas de fuligem viajam pela atmosfera, o revestimento tinha o que é chamado de "efeito de lente"; a pelagem focaliza a luz no carbono negro, causando aumento da absorção de radiação. E embora as partículas de fuligem sejam realmente revestidas de materiais orgânicos, esse revestimento não é uniforme de partícula para partícula.

"Quando você tira uma imagem no microscópio, as partículas nunca parecem perfeitamente com uma esfera com o mesmo revestimento, "disse Claudio Mazzoleni, professor de física da Michigan Tech e um dos co-autores do artigo. "Se você fizer um cálculo numérico sobre esferas perfeitas revestidas por uma casca, um modelo mostrará uma absorção aprimorada das partículas de carbono negro por um fator de até três. "

Estudos empíricos de partículas de carbono negro demonstram que a absorção é muito menor do que os modelos sugerem, questionando a eficácia do modelo, bem como nossa compreensão do efeito de forçamento climático do carbono negro.

A pesquisa sugere que o revestimento de material orgânico não é totalmente esférico; dependendo de como os materiais orgânicos aderem a uma partícula de carbono negro, a forma resultante pode fazer com que a partícula atue de maneira muito diferente, mesmo que tenha a mesma quantidade de material que outra partícula de fuligem com forma diferente. Mas ainda mais importante é que a quantidade de revestimento pode mudar de forma diferente de partícula para partícula. Esses dois atributos diminuem o aumento de absorção esperado.

Laura Fierce, um cientista atmosférico associado no Laboratório Nacional de Brookhaven, aplicou o modelo de partículas resolvidas para contabilizar a heterogeneidade das partículas ao modelar o carbono negro.

"Considerando que a maioria dos modelos de aerossol simplifica a representação da composição das partículas, o modelo de partícula resolvida rastreia a composição de partículas individuais conforme elas evoluem na atmosfera, "Disse Fierce." Este modelo é exclusivamente adequado para avaliar o erro resultante de aproximações comuns aplicadas em modelos de aerossol em escala global. "

Menos efeito sobre o aquecimento climático do que pensávamos

Essencialmente, os pesquisadores introduziram na modelagem climática a diversidade do revestimento orgânico e inorgânico nas partículas e a natureza não uniforme das próprias partículas. Ao combinar um modelo empírico com medições de laboratório, o modelo previu um aumento de realce muito menor na absorção pelo carbono negro do que se pensava anteriormente. A modelagem atualizada também traz a saída do modelo muito mais próxima do que foi medido em campo.

“As pessoas pensam que o carbono negro tem um efeito de aquecimento muito forte na atmosfera, que depende da absorção, "Mazzoleni disse." Se você tiver uma absorção maior, contribui para o aquecimento e tem maior impacto climático. Para entender o quanto o carbono negro contribui para o aquecimento do clima, precisamos entender esses detalhes porque eles podem fazer a diferença. "

Esta pesquisa fornece um caminho para melhorar as previsões do efeito radiativo do carbono negro no clima. A redução das emissões de carbono negro na atmosfera pode ajudar a reduzir alguns dos efeitos das mudanças climáticas. Os resultados deste estudo sugerem que a absorção de uma partícula por massa é menor do que se pensava anteriormente, mas quanto carbono negro está forçando o aquecimento atmosférico também depende dos níveis de emissões, interações com nuvens e a distância que uma partícula viaja. E embora a redução das emissões de fuligem seja significativa, reduzir o dióxido de carbono na atmosfera ainda é de extrema importância.