A fumaça dos muitos incêndios florestais queimados no Ocidente tornaram a qualidade do ar perigosa para milhões de pessoas nos Estados Unidos. E é a mais ínfima das partículas de aerossol nesse ar que o torna particularmente prejudicial à saúde humana. Mas por décadas, não sabemos quanto tempo essas partículas realmente permanecem no ar.

Uma nova pesquisa feita por cientistas da Colorado State University está nos dando uma compreensão muito melhor desse processo, que pode ajudar não apenas na previsão da qualidade do ar, mas também na modelagem climática global.

Partículas de aerossol, seja da fumaça do incêndio ou do escapamento do carro, desempenham um papel importante em quanto calor é absorvido ou desviado pela atmosfera. Contudo, não entendemos totalmente a rapidez com que essas minúsculas partículas foram retiradas do ar - especialmente na ausência de umidade. Isso acrescentou uma incerteza substancial aos modelos climáticos já complexos.

Delphine Farmer, professor associado do Departamento de Química da Faculdade de Ciências Naturais da CSU, sabia que era hora de fazermos melhor.

Farmer e seus colegas anunciaram recentemente que foram capazes de detectar, em ambientes do mundo real - de florestas a pastagens - a taxa em que essas partículas importantes realmente deixam a atmosfera. Suas descobertas apareceram online pela primeira vez na semana de 5 de outubro no Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Este trabalho realmente destaca a importância e o poder das medições de campo, "Farmer disse." Podemos usar diretamente as observações de estudos de campo para reduzir as incertezas nos modelos climáticos, e para melhorar nossa compreensão dos processos relevantes para o clima. "

Concentrando-se na incerteza

Partículas de aerossol caem do ar de duas maneiras principais. O primeiro e mais comum é conhecido como deposição "úmida", quando a umidade os arranca do ar, seja através da formação de nuvens, neve, ou chuva. Os cientistas têm um bom controle desta força, que é responsável por cerca de 80% do efeito do aerossol na atmosfera.

Mas a outra força, deposição "seca", tem sido muito mais misterioso, embora desempenhe um papel não insignificante globalmente. Como os aerossóis são tão pequenos (medidos em nanômetros e mícrons), eles não caem simplesmente devido à gravidade. Eles podem flutuar em correntes de ar por muito tempo. Quanto tempo, Contudo, tem sido a questão.

“Quando uma partícula é emitida para a atmosfera, a quantidade de tempo que fica no ar depende desses processos de remoção, "Farmer disse. Isso é crucial, ela explicou, porque "quanto mais tempo uma partícula permanece na atmosfera, quanto mais oportunidade tiver de viajar para mais longe, ou fazer nuvens, ou impactar a saúde humana. Portanto, acertar no processo de remoção é essencial para prever as concentrações de partículas - e seus efeitos. "

Os primeiros resultados de cálculos teóricos nas décadas de 1970 e 80, e medições mais grosseiras concluídas sobre superfícies lisas por volta de 2000, foram alimentados em modelos climáticos por décadas.

Este é o lugar onde Farmer, que fez uma carreira de pesquisa rastreando a química atmosférica com instrumentos de alta resolução, viu uma oportunidade de melhoria.

Modelos climáticos aprimorados - e saúde humana

Farmer e seus colegas sabiam disso, claro, a superfície da terra - e mesmo do oceano - não é totalmente lisa. Então, eles queriam ver o que realmente estava acontecendo com essas partículas no mundo real.

Em particular, eles olharam para as forças além da gravidade que estavam conduzindo as viagens desses aerossóis. "Para os pequenos, partículas relevantes para o clima e para a saúde, turbulência na atmosfera traz as partículas para as superfícies e permite que essas partículas fiquem presas, "Farmer disse.

E por isso, essas pequenas partículas não têm um caminho direto para a superfície - especialmente em um ambiente de superfície complexo como uma floresta. Farmer explicou isso como cada partícula microscópica de aerossol executando sua própria manopla, "mais ou menos como American Ninja Warrior, onde a partícula tem que evitar bater em obstáculos diferentes para permanecer na atmosfera. E cada manopla é particularmente desafiadora para diferentes tamanhos de partículas. "

Para ver como essas partículas de vários tamanhos estavam se saindo nesta pista de obstáculos, os pesquisadores implantaram um espectrômetro de aerossol de ultra-alta sensibilidade, que usa um laser para contar partículas. Eles montaram estações de medição em uma floresta de pinheiros na Floresta Experimental de Manitou, no Colorado, e em pastagens nas Grandes Planícies do Sul em Oklahoma, para capturar dados do mundo real sobre essas partículas à medida que pousavam.

"Medimos a velocidade com que diferentes partículas correm neste desafio, "Farmer explicou." Então usamos essas medidas para descobrir qual parte da manopla diminuía a velocidade de cada partícula.

Eles descobriram uma faixa de vida útil muito mais estreita para essas partículas importantes do que a sugerida por modelos anteriores. Na verdade, as previsões antigas contavam com uma remoção mais rápida das partículas muito pequenas (aquelas menores que 100 mícrons) e uma remoção mais lenta das partículas maiores (aquelas maiores que 400 mícrons).

"Isso significa que podemos estar subestimando o efeito indireto do aerossol nos modelos, "Farmer disse." A boa notícia é que estamos superestimando a incerteza - agora conhecemos melhor as taxas de perda de partículas. "

As novas descobertas podem ser aplicadas a todos os tipos de superfícies irregulares, de florestas a pastagens e áreas agrícolas até mares agitados.

Mais efeitos do aerossol sobre a terra

Ao integrar suas descobertas em modelos dos efeitos do aerossol globalmente, Farmer e seus co-autores preveem que haverá mais efeito de aerossol do que anteriormente assumido em certas áreas de terra, incluindo partes da América do Norte, Europa, Ásia, América do Sul, Austrália, e a África Subsaariana - e uma redução do efeito aerossol sobre os oceanos.

"Acontece que a corrida das partículas para se estabelecerem em uma superfície é muito importante para prever os efeitos radiativos" e como o clima futuro pode se parecer, Farmer disse.

Seus novos dados também sugerem que temos subestimado a quantidade de aerossóis no ar que são mais prejudiciais à saúde humana, aqueles menores que 2,5 nanômetros (também conhecidos como PM2,5), que são, por exemplo, a parte mais comumente perigosa da fumaça do incêndio florestal.

"Nosso [número] revisado aumenta as concentrações de PM2.5 na superfície em 11% globalmente e em 6,5% sobre a terra, "Farmer e seus colaboradores escreveram em seu novo artigo. O que é importante saber porque" a exposição ao PM2.5 está ligada a doenças respiratórias e cardiovasculares. "

Os co-autores do estudo incluíram Jeffery Pierce, professor associado do Departamento de Ciências Atmosféricas da Walter Scott, Jr. College of Engineering, e Kelsey Bilsback, um pesquisador de pós-doutorado lá; bem como pesquisadores de doutorado no Departamento de Química Ethan Emerson, Anna Hodshire, e Holly DeBolt; e Gavin McMeeking da empresa Handix Scientific em Boulder.

Este importante trabalho também demonstra o quão avançadas - e impactantes - as tecnologias de medição de campo estão se tornando.

"Para mim, the most exciting aspect of this work is that we are able to take real-world measurements over a forest and a grassland site and use them to directly improve our understanding of the climate system, " Farmer said.