Efeitos climáticos dos particulados atmosféricos

 Tradução de: en.wikipedia.org - Particulates - Climate_effects 

Os aerossóis atmosféricos afetam o clima da Terra alterando a quantidade de radiação solar incidente e de radiação terrestre de ondas longas retida no sistema terrestre. Isso ocorre por meio de vários mecanismos distintos que são divididos em efeitos de aerossóis diretos, indiretos[Twomey, 1977; Haywood, 2000] e semidiretos. Os efeitos climáticos dos aerossóis são a maior fonte de incerteza nas previsões climáticas futuras.[Forster, 2007] O Painel Intergovernamental sobre as Alterações Climáticas (PIAC) declarou em 2001:[IPCC, 2001] 

Embora o forçamento radiativo devido aos gases de efeito estufa possa ser determinado com um grau razoavelmente alto de precisão... as incertezas relacionadas aos forçamentos radiativos dos aerossóis continuam grandes e dependem, em grande parte, das estimativas de estudos de modelagem global que são difíceis de verificar no momento atual.

Aerossol radiativo

Direto

O efeito direto do aerossol consiste em qualquer interação direta da radiação com aerossóis atmosféricos, como absorção ou espalhamento. Afeta tanto a radiação de ondas curtas quanto de ondas longas, produzindo um forçamento radiativo líquido negativo.[Charlson, 1992] A magnitude do forçamento radiativo resultante devido ao efeito direto de um aerossol depende do albedo da superfície subjacente, pois isso afeta a quantidade líquida de radiação absorvida ou espalhada no espaço. Por exemplo, se um aerossol altamente dispersivo estiver acima de uma superfície de baixo albedo, ele terá uma força radiativa maior do que se estivesse acima de uma superfície de alto albedo. O inverso é verdadeiro para o aerossol absorvente, com a maior força radiativa surgindo de um aerossol altamente absorvente sobre uma superfície de alto albedo.[Haywood, 2000] O efeito direto do aerossol é um efeito de primeira ordem e, portanto, é classificado como um forçamento radiativo pelo IPCC.[Forster, 2007] A interação de um aerossol com a radiação é quantificada pelo albedo de espalhamento simples (SSA, single-scattering albedo), a razão entre o espalhamento sozinho e o espalhamento mais a absorção (extinção) da radiação por uma partícula.[Nota 1] O SSA tende à unidade quando a dispersão domina, com relativamente pouca absorção, e diminui à medida que a absorção aumenta, tornando-se zero para absorção infinita. Por exemplo, o aerossol de sal marinho tem um SSA de 1, pois uma partícula de sal marinho apenas dispersa, enquanto a fuligem tem um SSA de 0,23, mostrando que é um grande absorvedor de aerossóis atmosféricos.[Pokhrel, 2016]  

Indireto

O efeito aerossol indireto consiste em qualquer alteração no balanço radiativo da Terra devido à modificação das nuvens pelos aerossóis atmosféricos e consiste em vários efeitos distintos. Gotículas de nuvens se formam em partículas de aerossol preexistentes, conhecidas como núcleos de condensação de nuvens (CCN). As gotículas que se condensam em torno de aerossóis produzidos pelo homem, como as encontradas na poluição particulada, tendem a ser menores e mais numerosas do que as que se formam em torno de partículas de aerossóis de origem natural (como a poeira transportada pelo vento).[Hardin, 2010] 

Para quaisquer condições meteorológicas, um aumento no CCN leva a um aumento no número de gotas de nuvem. Isso leva a uma maior dispersão da radiação de onda curta, ou seja, um aumento no albedo da nuvem, conhecido como efeito albedo da nuvem, primeiro efeito indireto ou efeito Twomey.[Twomey, 1977][Nota 2] As evidências que apoiam o efeito do albedo das nuvens foram observadas a partir dos efeitos das plumas de exaustão dos navios[Ackerman, 2000] e da queima de biomassa[Kaufman, 1997] no albedo das nuvens em comparação com as nuvens ambientais. O efeito do aerossol do albedo da nuvem é um efeito de primeira ordem e, portanto, classificado como um forçamento radiativo pelo IPCC.[Forster, 2007] 

Um aumento no número de gotículas de nuvem devido à introdução de aerossol atua para reduzir o tamanho das gotículas de nuvem, pois a mesma quantidade de água é dividida em mais gotículas. Isto tem o efeito de suprimir a precipitação, aumentando a vida útil da nuvem, conhecido como efeito aerossol da vida útil da nuvem, segundo efeito indireto ou efeito Albrecht.[Forster, 2007][Nota 3] Isto foi observado como a supressão da garoa na pluma de exaustão dos navios em comparação com as nuvens ambientais,[Ferek, 2000] e a inibição da precipitação nas plumas de queima de biomassa.[Rosenfeld, 1999] Este efeito da vida útil das nuvens é classificado como um feedback climático (em vez de uma força radiativa) pelo IPCC devido à interdependência entre ele e o ciclo hidrológico.[Forster, 2007] No entanto, foi anteriormente classificado como um forçamento radiativo negativo.[Hansen, 1997]  

Semi-direto

O efeito semidireto diz respeito a qualquer efeito radiativo causado pela absorção de aerossóis atmosféricos, como fuligem, além da dispersão e absorção diretas, que são classificadas como efeito direto. Ela abrange muitos mecanismos individuais e, em geral, é menos definida e compreendida do que os efeitos diretos e indiretos dos aerossóis. Por exemplo, se os aerossóis absorventes estiverem presentes numa camada elevada na atmosfera, eles podem aquecer o ar circundante, o que inibe a condensação do vapor de água, resultando em menos formação de nuvens.[Ackerman, 2000-B] Além disso, aquecer uma camada da atmosfera em relação à superfície resulta em uma atmosfera mais estável devido à inibição da convecção atmosférica. Isto inibe a elevação convectiva da humidade,[Koren, 2004] o que por sua vez reduz a formação de nuvens. O aquecimento da atmosfera também leva ao resfriamento da superfície, resultando em menor evaporação da água superficial. Todos os efeitos descritos aqui levam a uma redução na cobertura de nuvens, ou seja, um aumento no albedo planetário. O efeito semi-direto classificado como feedback climático) pelo IPCC devido à interdependência entre ele e o ciclo hidrológico.[Forster, 2007] No entanto, foi anteriormente classificado como um forçamento radiativo negativo.[Hansen, 1997]  

Papéis específicas do aerossol

Sulfato

Os aerossóis de sulfato são principalmente compostos de enxofre inorgânicos como SO2−4, HSO−4 e H2SO−4,[Riva, 2019] que são produzidos principalmente quando o dióxido de enxofre reage com o vapor de água para formar ácido sulfúrico gasoso e vários sais (frequentemente por meio de uma reação de oxidação nas nuvens), que então passam por crescimento higroscópico e coagulação e depois encolhem por evaporação.[Seinfeld, 1998; Legras, 2022] Alguns deles são biogênicos (tipicamente produzidos por meio de reações químicas atmosféricas com sulfeto de dimetila, principalmente de plâncton marinho[Charlson, 1994]) ou geológicos por meio de vulcões ou causados ​​pelo clima a partir de incêndios florestais e outros eventos de combustão natural,[Legras, 2022] mas nas últimas décadas os aerossóis de sulfato antropogênicos produzidos pela combustão de combustíveis fósseis com alto teor de enxofre, principalmente carvão e certos combustíveis menos refinados, como combustível de aviação e combustível de bunker, dominaram.[Allen, 2015] Em 1990, as emissões globais de enxofre na atmosfera causadas pelo homem tornaram-se "pelo menos tão grandes" quanto todas as emissões naturais de compostos contendo enxofre combinadas e eram pelo menos 10 vezes mais numerosas do que os aerossóis naturais nas regiões mais poluídas da Europa e da América do Norte,[IPCC, 1990] onde representavam 25% ou mais de toda a poluição atmosférica.[EPA, 2006] Isto levou à chuva ácida,[EPA, 2006; Likens, 1996] e também contribuiu para problemas cardíacos e pulmonares[EPA, 2006] e até mesmo para o risco de parto prematuro e baixo peso ao nascer.[Wang, 1997] A poluição por sulfato também tem uma relação complexa com a poluição por NOx e ozônio, reduzindo o ozônio troposférico, também prejudicial, mas capaz de danificar também a camada de ozônio estratosférica.[Tie, 2003]  

Uma vez que o problema se tornou claro, os esforços para remover esta poluição através de medidas de dessulfuração dos gases de combustão e outros controlos de poluição foram amplamente bem-sucedidos,[ScienceDaily, 1998] reduzindo a sua prevalência em 53% e provocando poupanças em cuidados de saúde avaliadas em 50 mil milhões de dólares anuais apenas nos Estados Unidos.[EPA, 2005; EPA, 2006; Moses, 2020] No entanto, quase na mesma época, a investigação mostrou que os aerossóis de sulfato estavam a afectar tanto a luz visível recebida pela Terra como a sua temperatura à superfície,[Stanhill, 2001] e à medida que o chamado escurecimento global começou a inverter-se na década de 1990, em consonância com a redução da poluição antropogénica por sulfato,[Cohen, 2021; NASA, 2007; Guardian, 2017] as alterações climáticas aceleraram.[Seneviratne, 2021] Em 2021, os modelos CMIP6 de última geração estimam que o resfriamento total dos aerossóis atualmente presentes está entre 0,1 °C (0,18 °F) e 0,7 °C (1,3 °F);[Gillett, 2021] o Sexto Relatório de Avaliação do IPCC usa a melhor estimativa de 0,5 °C (0,90 °F),[IPCC, 2021] com a incerteza causada principalmente por pesquisas contraditórias sobre os impactos dos aerossóis das nuvens.[Manshausen, 2018; Andrew, 2019; Rosenfeld, 2019; McCoy, 2020; Glassmeier, 2021; Jongebloed, 2023] Alguns têm a certeza de que arrefecem o planeta, e isto levou a propostas de geoengenharia solar conhecidas como injecção de aerossóis estratosféricos, que procuram replicar e melhorar o arrefecimento causado pela poluição por sulfato, minimizando ao mesmo tempo os efeitos negativos na saúde através da implementação na estratosfera, onde apenas uma fracção da poluição actual por enxofre seria necessária para evitar múltiplos graus de aquecimento,[Visioni, 2020] mas a avaliação dos custos e benefícios permanece incompleta,[Charlton-Perez, 2009] mesmo com centenas de estudos sobre o assunto concluídos no início da década de 2020.[Trisos, 2021]  

Carbono negro

O carbono negro (BC, black carbon) ou carbono elementar (EC, elemental carbon), frequentemente chamado de fuligem, é composto de aglomerados de carbono puro, esferas esqueléticas e fulerenos, e é uma das espécies de aerossóis absorventes mais importantes na atmosfera. Deve ser diferenciado do carbono orgânico (CO): moléculas orgânicas agrupadas ou agregadas, isoladas ou permeando uma buckyball de CE.[Nota 4] O carbono negro proveniente de combustíveis fósseis é estimado pelo IPCC, no Quarto Relatório de Avaliação do IPCC, 4AR, como contribuindo para uma força radiativa média global de +0,2 W/m2 (era +0,1 W/m2 no Segundo Relatório de Avaliação do IPCC, SAR), com uma faixa de +0,1 a +0,4 W/m2. Um estudo publicado em 2013, no entanto, afirma que "a melhor estimativa para o reforço radiativo direto da era industrial (1750 a 2005) do carbono negro atmosférico é de +0,71 W/m2 com limites de incerteza de 90% de (+0,08, +1,27) W/m2" com "o reforço direto total por todas as fontes de carbono negro, sem subtrair o fundo pré-industrial, é estimado em +0,88 (+0,17, +1,48) W/m2".[Bond, 2013] 

Instâncias

Vulcões são uma grande fonte natural de aerossol e estão associados a mudanças no clima da Terra, muitas vezes com consequências para a população humana. As erupções ligadas a mudanças climáticas incluem a erupção de Huaynaputina em 1600, que foi ligada à fome russa de 1601-1603,[GeoTimes, 2008; Thompson, 2008; Thouret, 2009; SciCentric, 2010] levando à morte de dois milhões, e a erupção do Monte Pinatubo em 1991, que causou um resfriamento global de aproximadamente 0,5 °C com duração de vários anos.[Stowe, 1992; McCormick, 1995] Pesquisas que rastreiam o efeito dos aerossóis de dispersão de luz na estratosfera durante 2000 e 2010 e comparam seu padrão com a atividade vulcânica mostram uma correlação próxima. As simulações do efeito de partículas antropogênicas mostraram pouca influência nos níveis atuais.[Neely, 2013; Perkins, 2013]  

Acredita-se também que os aerossóis afetam o clima e o tempo em escala regional. O fracasso das monções indianas foi associado à supressão da evaporação da água do Oceano Índico devido ao efeito semidireto do aerossol antropogênico.[Chung, 2006]  

Estudos recentes sobre a seca do Sahel[Gray, 2008] e os grandes aumentos desde 1967 na precipitação na Austrália sobre o Território do Norte, Kimberley, Pilbara e ao redor da Planície de Nullarbor levaram alguns cientistas a concluir que a névoa de aerossol sobre o sul e o leste da Ásia tem deslocado constantemente a precipitação tropical em ambos os hemisférios para o sul.[Chung, 2006; Rotstayn, 2012]   

Notas

1.O albedo de espalhamento simples, abreviado na literatura em inglês com a sigla SSA, de single-scattering albedo, é a razão entre a eficiência de espalhamento e a eficiência total de extinção (que também é chamada de "atenuação", uma soma de espalhamento e absorção). Na maioria das vezes, ela é definida para espalhamento de pequenas partículas de ondas eletromagnéticas. O albedo de espalhamento simples não tem unidade, e um valor de unidade implica que toda extinção de partículas é devido ao espalhamento; por outro lado, um albedo de espalhamento único de zero implica que toda extinção é devida à absorção. - https://en.wikipedia.org/wiki/Single-scattering_albedo 

2.O efeito Twomey descreve como núcleos adicionais de condensação de nuvens (CCN), possivelmente provenientes da poluição antropogênica, podem aumentar a quantidade de radiação solar refletida pelas nuvens. Este é um efeito indireto (ou forçamento radiativo) dessas partículas, diferentemente dos efeitos diretos (forçamento) devido à dispersão ou absorção aumentada de radiação por essas partículas que não estão nas nuvens. - https://en.wikipedia.org/wiki/Twomey_effect 

3.O efeito Albrecht descreve como uma maior densidade de núcleos de condensação de nuvens (CCN), possivelmente provenientes da poluição antropogênica, pode aumentar a vida útil das nuvens e, consequentemente, aumentar a quantidade de radiação solar refletida pelas nuvens. Como não interage diretamente com a radiação incidente ou emitida, tem um efeito indireto no clima. - https://en.wikipedia.org/wiki/Albrecht_effect 

4.Buckminsterfullereno é um tipo de fulereno com a fórmula C60. Possui uma estrutura de anéis fundidos em forma de gaiola (icosaedro truncado) feita de vinte hexágonos e doze pentágonos, e lembra uma bola de futebol. Cada um dos seus 60 átomos de carbono está ligado aos seus três vizinhos. - https://en.wikipedia.org/wiki/Buckminsterfullerene 

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