A fuligem sai dos motores a diesel, sobe de fogões a lenha e esterco e brota de pilhas de refinarias de petróleo. De acordo com pesquisas recentes, poluição do ar, incluindo fuligem, está ligado a doenças cardíacas, alguns cânceres e, nos Estados Unidos, até 150, 000 casos de diabetes todos os anos.

Além de seu impacto na saúde, fuligem, conhecido como carbono negro pelos cientistas atmosféricos, é um poderoso agente de aquecimento global. Ele absorve a luz do sol e retém o calor da atmosfera em magnitude, perdendo apenas para o notório dióxido de carbono. Comentários recentes no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences chamou a ausência de consenso sobre a magnitude da absorção de luz da fuligem "um dos grandes desafios da ciência do clima atmosférico".

Rajan Chakrabarty, professor assistente na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Washington em St. Louis, e William R. Heinson, um pós-doutorado da National Science Foundation no laboratório de Chakrabarty, assumiu esse desafio e descobriu algo novo sobre a fuligem, ou melhor, uma nova lei que descreve sua capacidade de absorver luz:a lei da absorção de luz. Com isso, os cientistas serão capazes de entender melhor o papel da fuligem nas mudanças climáticas.

A pesquisa foi selecionada como uma "Sugestão dos Editores" publicada online em 19 de novembro na prestigiosa revista. Cartas de revisão física .

Devido à sua capacidade de absorver a luz solar e aquecer diretamente o ar circundante, cientistas do clima incorporam fuligem em seus modelos - sistemas computacionais que tentam replicar as condições do mundo real - e então prevêem tendências de aquecimento futuras. Os cientistas usam observações do mundo real para programar seus modelos.

Mas não houve um consenso sobre como incorporar a absorção de luz da fuligem nesses modelos. Eles tratam isso de forma simplista, usando uma esfera para representar um puro, aerossol de carbono negro.

"Mas a natureza é engraçada, tem suas próprias maneiras de adicionar complexidade, "Chakrabarty disse." Em massa, 80% de todo o carbono negro que você encontra está sempre misturado. Não é perfeito, como as modelos o tratam. "

As partículas são misturadas, ou revestido, com aerossóis orgânicos que são co-emitidos com a fuligem de um sistema de combustão. Acontece que, o carbono negro absorve mais luz quando é revestido com esses materiais orgânicos, mas a magnitude do aumento de absorção varia não linearmente dependendo de quanto revestimento está presente.

Chakrabarty e Heinson queriam descobrir uma relação universal entre a quantidade de revestimento e a capacidade da fuligem de absorver luz.

Primeiro, eles criaram partículas simuladas que se pareciam com as encontradas na natureza, com vários graus de revestimento orgânico. Então, usando técnicas emprestadas do trabalho de Chakrabarty com fractais, a equipe passou por cálculos exatos, medindo a absorção de luz em partículas bit a bit.

Quando eles representaram as magnitudes de absorção em relação à porcentagem de revestimento orgânico, o resultado foi o que os matemáticos e cientistas chamam de "lei de potência universal". Isso significa que, conforme a quantidade de revestimento aumenta, a absorção de luz da fuligem aumenta em uma quantidade proporcionalmente relativa.

(O comprimento e a área de um quadrado estão relacionados por uma lei de potência universal:se você dobrar o comprimento dos lados de um quadrado, a área aumenta em quatro. Não importa qual foi o comprimento inicial do lado, o relacionamento sempre será válido.)

Eles então se voltaram para o trabalho realizado por diferentes grupos de pesquisa que mediram a absorção de luz de fuligem no ambiente em todo o mundo, de Houston a Londres a Pequim. Chakrabarty e Heinson novamente plotaram os aprimoramentos de absorção em relação à porcentagem de revestimento.

O resultado foi uma lei de potência universal com a mesma proporção de um terço encontrada em seus experimentos simulados.

Com tantos valores diferentes para o aumento da absorção de luz na fuligem, Chakrabarty disse que os modeladores do clima estão confusos. "O que diabos nós fazemos? Como explicamos a realidade em nossos modelos?

"Agora você tem ordem no caos e uma lei, "ele disse." E agora você pode aplicá-lo de uma maneira computacionalmente barata. "

Suas descobertas também apontam para o fato de que o aquecimento devido ao carbono negro pode ter sido subestimado por modelos climáticos. Assumir a forma esférica dessas partículas e não levar em conta adequadamente o aumento da absorção de luz pode resultar em estimativas de aquecimento significativamente mais baixas.

Rahul Zaveri, cientista sênior e desenvolvedor do modelo abrangente de aerossol MOSAIC no Pacific Northwest National Laboratory, considera as descobertas um avanço significativo e oportuno.

"Estou particularmente animado com a elegância matemática e extrema eficiência computacional da nova parametrização, " ele disse, "que pode ser facilmente implementado em modelos climáticos, uma vez que a parametrização complementar para espalhamento de luz por partículas revestidas de carbono negro é desenvolvida."