Uma nova análise revelou que recursos avançados de instrumentos baseados em satélite são necessários para o monitoramento global de partículas microscópicas, ou aerossóis, na camada estratosférica da atmosfera. Aerossóis na estratosfera - localizados acima de aproximadamente 12 quilômetros - aumentam drasticamente após uma erupção vulcânica, levando a mudanças no clima da Terra e fornecendo uma oportunidade crítica para testar modelos científicos projetados para prever variações climáticas de curto e longo prazo.

Pesquisadores do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA em Nova York e da Academia Nacional de Ciências de Kiev, Ucrânia, relatar as novas descobertas na revista The Optical Society (OSA) Optics Express .

Quando um vulcão entra em erupção, grandes quantidades de cinzas e partículas de ácido sulfúrico podem cobrir todo o planeta, bloqueando grande parte da luz solar e causando temporariamente o resfriamento global. Os cientistas estão agora explorando se esse efeito de cobertura poderia ser usado para neutralizar o aquecimento global, injetando aerossóis feitos pelo homem na estratosfera. Esses projetos de geoengenharia também exigiriam uma forma de monitorar a quantidade e o tamanho das partículas artificiais na estratosfera e o efeito climático resultante.

"A natureza global dos aerossóis estratosféricos naturais e artificiais significa que um instrumento especializado em órbita da Terra é necessário para obter informações abrangentes sobre suas propriedades e distribuição, "disse Janna Dlugach, membro da equipe de pesquisa da Academia Nacional de Ciências da Ucrânia. "Esta informação é crítica para testar modelos climáticos e monitorar efeitos climáticos de projetos de geoengenharia potenciais e grandes erupções vulcânicas, o que pode afetar o sustento de toda a população. "

Monitorando aerossóis do espaço

Na próxima década, a NASA planeja realizar uma missão especializada para monitorar aerossóis e nuvens na Terra. Esta missão incluiria um instrumento que mede não só o brilho da luz solar refletido pela atmosfera e a superfície da Terra, mas também a polarização da luz, que carrega informações valiosas sobre o tamanho, composição e quantidade de partículas de aerossol.

“As características técnicas deste futuro polarímetro são atualmente objeto de intenso debate na comunidade científica, "disse Michael Mishchenko, um membro da equipe de pesquisa da NASA. "Nosso artigo traz para esta discussão a necessidade de monitorar não apenas aerossóis na baixa atmosfera, mas também aerossóis estratosféricos que podem se tornar uma parte importante do sistema climático no caso de uma grande erupção vulcânica ou a implementação de um programa de geoengenharia massivo. "

As medições da luz solar refletida por instrumentos orbitais são geralmente dominadas por nuvens de água brilhantes, a superfície da terra e os aerossóis encontrados na troposfera - a camada atmosférica mais próxima do solo. "Isso não é problemático quando os aerossóis estratosféricos são mínimos e, portanto, sem importância em relação aos aerossóis troposféricos, "explicou Dlugach." No entanto, torna-se essencial separar a luz proveniente dos aerossóis estratosféricos no caso de erupções vulcânicas ou atividades de geoengenharia. "

Separando aerossóis estratosféricos

No novo estudo, os pesquisadores argumentam que qualquer instrumento orbital de monitoramento de aerossol futuro deve fornecer medições dentro de um canal espectral estreito centrado em 1,378 micrômetros. "Neste comprimento de onda, o vapor de água na troposfera pode absorver quase completamente a luz do sol espalhada pelas nuvens, superfícies terrestres e aerossóis troposféricos, "disse Mishchenko." Isso nos permite inferir as propriedades dos aerossóis estratosféricos separadamente daquelas dos aerossóis troposféricos. "

Os pesquisadores usaram medições simuladas para determinar a melhor maneira de medir os aerossóis estratosféricos. Eles começaram usando um modelo realista de aerossóis estratosféricos para calcular o brilho teórico e a polarização da luz solar que esses aerossóis refletiriam no espaço. Eles então adicionaram erros de medição que imitam aqueles encontrados em dados reais de satélite. Com as informações resultantes, eles simularam vários tipos de medições realistas para determinar quais fornecem informações suficientes para determinar a quantidade, tamanho e composição dos aerossóis estratosféricos.

"Descobrimos que medir o brilho da luz por si só não permite a inferência de aerossóis estratosféricos, "disse Dlugach." Nossa análise sugere que a futura missão espacial de monitoramento de aerossol deve incluir um instrumento que possa obter medições precisas de polarização de uma cena terrestre de vários ângulos no comprimento de onda de 1,378 micrômetro. "

O forte canal de absorção de vapor de água é necessário para cancelar a luz proveniente da baixa atmosfera e da superfície, enquanto as medições precisas de polarização de vários ângulos fornecem informações detalhadas sobre os aerossóis estratosféricos.

Próximo, os pesquisadores planejam analisar condições de observação mais desafiadoras que colocariam requisitos adicionais no projeto do instrumento. Eles também desejam determinar se a combinação de observações polarimétricas e lidar da mesma plataforma orbital seria benéfico para certas condições.