As observações da atmosfera terrestre mostram que as tempestades costumam ser mais fortes na presença de altas concentrações de aerossóis - partículas suspensas no ar muito pequenas para serem vistas a olho nu.

Por exemplo, relâmpagos são mais frequentes ao longo das rotas de navegação, onde os cargueiros emitem partículas no ar, em comparação com o oceano circundante. E as tempestades mais intensas nos trópicos se espalharam sobre a terra, onde os aerossóis são elevados por fontes naturais e atividades humanas.

Embora os cientistas tenham observado uma ligação entre aerossóis e tempestades por décadas, a razão para esta associação não é bem compreendida.

Agora, os cientistas do MIT descobriram um novo mecanismo pelo qual os aerossóis podem intensificar as tempestades em regiões tropicais. Usando simulações idealizadas de dinâmica de nuvem, os pesquisadores descobriram que altas concentrações de aerossóis podem aumentar a atividade das tempestades, aumentando a umidade do ar ao redor das nuvens.

Este novo mecanismo entre aerossóis e nuvens, que a equipe apelidou de mecanismo de "arrastamento de umidade", podem ser incorporados em modelos de tempo e clima para ajudar a prever como a atividade de tempestades de uma região pode variar com a mudança dos níveis de aerossol.

"É possível que, limpando a poluição, lugares podem sofrer menos tempestades, "diz Tim Cronin, professor assistente de ciências atmosféricas no MIT. "Geral, isso fornece uma maneira que os humanos podem ter uma pegada no clima que não apreciamos muito no passado. "

Cronin e seu co-autor, Tristan Abbott, um estudante de pós-graduação no Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias, publicaram seus resultados hoje na revista Ciência .

Nuvens em uma caixa

Um aerossol é qualquer coleção de partículas finas em suspensão no ar. Aerossóis são gerados por processos antropogênicos, como a queima de biomassa, e combustão em navios, fábricas, e escapamentos de carros, bem como de fenômenos naturais, como erupções vulcânicas, pulverizador de mar, e tempestades de poeira. Na atmosfera, os aerossóis podem atuar como sementes para a formação de nuvens. As partículas suspensas servem como superfícies suspensas no ar nas quais o vapor de água ao redor pode se condensar para formar gotículas individuais que ficam suspensas juntas como uma nuvem. As gotículas dentro da nuvem podem colidir e se fundir para formar gotículas maiores que eventualmente caem como chuva.

Mas quando os aerossóis são altamente concentrados, as muitas partículas minúsculas formam gotículas de nuvem igualmente minúsculas que não se fundem facilmente. Exatamente como essas nuvens carregadas de aerossol geram tempestades é uma questão em aberto, embora os cientistas tenham proposto várias possibilidades, que Cronin e Abbott decidiram testar em simulações de nuvens de alta resolução.

Para suas simulações, eles usaram um modelo idealizado, que simula a dinâmica das nuvens em um volume que representa a atmosfera da Terra em um quadrado de 128 quilômetros de oceano tropical. A caixa é dividida em uma grade, e os cientistas podem observar como parâmetros como a umidade relativa mudam em células individuais da grade à medida que ajustam certas condições no modelo.

No caso deles, a equipe fez simulações de nuvens e representou os efeitos do aumento das concentrações de aerossóis, aumentando a concentração de gotículas de água nas nuvens. Eles então suprimiram os processos pensados ​​para conduzir dois mecanismos propostos anteriormente, para ver se as tempestades ainda aumentavam quando aumentavam as concentrações de aerossol.

Quando esses processos foram desligados, a simulação gerou ainda tempestades mais intensas com maiores concentrações de aerossóis.

"Isso nos disse que essas duas ideias propostas anteriormente não eram as que estavam produzindo mudanças na convecção em nossas simulações, "Abbott diz.

Em outras palavras, algum outro mecanismo deve estar funcionando.

Tempestades que conduzem

A equipe vasculhou a literatura sobre a dinâmica das nuvens e encontrou trabalhos anteriores que apontavam para uma relação entre a temperatura da nuvem e a umidade do ar circundante. Esses estudos mostraram que, à medida que as nuvens sobem, elas se misturam com o ar puro ao seu redor, evaporando parte de sua umidade e, como resultado, resfriando as próprias nuvens.

Se o ar circundante estiver seco, pode absorver mais a umidade de uma nuvem e reduzir sua temperatura interna, de forma que a nuvem, carregado de ar frio, é mais lento para subir na atmosfera. Por outro lado, se o ar circundante for relativamente úmido, a nuvem ficará mais quente à medida que evapora e aumentará mais rapidamente, gerando uma corrente de ar que pode se transformar em uma tempestade.

Cronin e Abbott questionaram se esse mecanismo poderia estar em ação no efeito dos aerossóis nas tempestades. Se uma nuvem contém muitas partículas de aerossol que suprimem a chuva, pode ser capaz de evaporar mais água para seus arredores. Por sua vez, isso pode aumentar a umidade do ar circundante, proporcionando um ambiente mais favorável para a formação de trovoadas. Esta cadeia de eventos, Portanto, poderia explicar a ligação dos aerossóis com a atividade da tempestade.

Eles colocaram sua ideia à prova usando a mesma simulação da dinâmica da nuvem, desta vez, observando a temperatura e a umidade relativa de cada célula da grade dentro e ao redor das nuvens à medida que aumentavam a concentração de aerossol na simulação. As concentrações que eles estabeleceram variaram de condições de baixo aerossol semelhantes a regiões remotas sobre o oceano, a ambientes com alto teor de aerossóis semelhantes a ar relativamente poluído próximo a áreas urbanas.

Eles descobriram que nuvens baixas com altas concentrações de aerossóis tinham menos probabilidade de chover. Em vez de, essas nuvens evaporaram água para seus arredores, criando uma camada úmida de ar que tornava mais fácil para o ar subir rapidamente através da atmosfera tão forte, correntes ascendentes que geram tempestades.

"Depois de estabelecer esta camada úmida relativamente baixa na atmosfera, você tem uma bolha de ar quente e úmido que pode funcionar como uma semente para uma tempestade, "Abbott diz." Essa bolha terá mais facilidade ascendendo a altitudes de 10 a 15 quilômetros, que é a profundidade que as nuvens precisam crescer para agir como tempestades. "

Este mecanismo de "arrastamento de umidade", em que nuvens carregadas de aerossol se misturam e mudam a umidade do ar circundante, parece ser pelo menos uma explicação para como os aerossóis conduzem a formação de tempestades, particularmente em regiões tropicais onde o ar em geral é relativamente úmido.

"Fornecemos um novo mecanismo que deve dar a você uma razão para prever tempestades mais fortes em partes do mundo com muitos aerossóis, "Abbott diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.