Modelos climáticos atuais
subestimam o aquecimento causado por aerossóis de carbono negro.
Carbono Negro – Nova
descoberta da lei de absorção de luz ajuda cientistas do clima a construir
melhores modelos.
Fuligem é expelida de motores a
diesel, ascende de fornalhas queimando estrume e madeira e é lançada de
chaminés das refinarias de petróleo. De acordo com pesquisa recente, a poluição
do ar, incluindo a fuligem, está ligada à doenças cardíacas, alguns tipos de
câncer e, nos Estados Unidos, a nada mais nada menos que 150 mil casos de
diabetes todo ano.
Além de seu impacto na saúde, a
fuligem, conhecida como carbono negro pelos cientistas atmosféricos, é uma
poderosa agente do aquecimento global. Ela absorve a luz solar e
aprisiona calor na atmosfera em uma magnitude que fica atrás somente do
conhecido dióxido de carbono. Comentários recentes na revista Proceedings of
the National Academy of Sciences chamaram a falta de consenso na magnitude da
absorção de luz da fuligem de “um dos grandes desafios das ciências
atmosféricas”.
Rajan Chakrabarty, professor
assistente na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Washington
em St. Louis, e William R. Heinson, da Fundação Nacional da Ciência e colega de
pós-doutorado no laboratório de Rajan, aceitaram o desafio e descobriram algo
novo sobre a fuligem, ou antes, uma nova lei que descreve sua habilidade de
absorver luz: a lei de absorção da luz. Com ela, os cientistas poderão entender
melhor o papel da fuligem na mudança climática.
A pesquisa foi selecionada como
uma “Sugestão dos Editores”, publicada online no dia 19 de novembro na
prestigiada revista Physical Review Letters.
Por causa de sua habilidade de
absorver luz solar e diretamente aquecer o ar circunvizinho, os cientistas do
clima incorporam a fuligem em seus modelos – sistemas computacionais que tentam
replicar condições reais – e então predizem futuras tendências de aquecimento.
Os cientistas usam observações concretas para programar seus modelos.
Mas não há um consenso sobre
como incorporar a absorção de luz da fuligem em tais modelos. Eles a tratam de
forma simplista demais, utilizando uma esfera para representar um aerossol puro
de carbono negro.
“Mas a natureza é curiosa e tem
seus próprios meios de tornar as coisas mais complexas,” disse Rajan. “Pela
massa, 80% de todo o carbono negro é sempre misto”. Não é perfeito, como os
modelos o apresentam.
As partículas estão misturadas,
ou revestidas, com aerossóis orgânicos que são, com a fuligem, emitidos de um
sistema de combustão. No fim das contas, o carbono negro absorve mais luz
quando está revestido destes materiais orgânicos, mas o aumento da magnitude de
absorção varia de forma não-linear, dependendo da quantidade de revestimento
presente.
Rajan e William queriam
descobrir uma relação universal entre a quantidade de revestimento e a
habilidade da fuligem de absorver luz.
Primeiro, eles criaram partículas
simuladas idênticas às encontradas na natureza, com graus variados de
revestimento orgânico. Então, utilizando técnicas emprestadas do estudo de
Rajan sobre fractais, a equipe analisou cálculos minuciosos, medindo
gradualmente a absorção de luz nas partículas.
Quando eles esquematizaram as
magnitudes de absorção com a porcentagem de revestimento orgânico, o resultado
foi o que os matemáticos e cientistas chamam de “lei universal de potência.”
Isto significa que, conforme a quantia de revestimento aumenta, a absorção de
luz da fuligem aumenta proporcionalmente.
(O comprimento e a área de um
quadrado estão relacionados por uma lei universal de potência: Se você dobra o
comprimento dos lados de um quadrado, a área aumenta quatro vezes. Não importa
qual era o comprimento inicial dos lados, a relação sempre se manterá).
Eles então se voltaram para um
estudo feito por diferentes grupos de pesquisa, que mediu a absorção de luz da
fuligem em todo o globo, de Houston a Londres e Pequim. Rajan e William novamente
esquematizaram os aumentos de absorção com a porcentagem de revestimento.
O resultado foi uma lei
universal de potência com a mesma proporção de um terço, assim como foi
encontrada em seus experimentos simulados.
Com tantos valores diferentes
para o aumento de absorção de luz na fuligem, Rajan disse que os modeladores do
clima estão confusos. “O que fazemos? Como podemos representar a realidade em
nossos modelos?
Agora você tem ordem no caos e
uma lei,” ele disse. “E agora você pode aplicá-la computacionalmente, de uma
forma econômica.”
As descobertas deles também
indicam o fato de que o aquecimento devido ao carbono negro pode ter sido
subestimado pelos modelos climáticos. Pressupor um formato esférico para essas
partículas e não levar em conta de forma adequada o aumento da absorção de luz
pode resultar em estimativas de aquecimento significativamente mais baixas.
Rahul Zaveri, cientista sênior
e desenvolvedor do modelo detalhado de aerossol MOSAIC do Laboratório Nacional
do Noroeste Pacífico, chama essas descobertas de um avanço significativo e
oportuno.
“Estou especialmente animado com
a elegância matemática e a extrema eficiência computacional da nova
parametrização, que pode ser prontamente implementada aos modelos climáticos
uma vez que a acompanhante parametrização da dispersão de luz das partículas do
carbono negro for desenvolvida,” ele disse.
Fontes de Emissão de Carbono
Negro
Existem basicamente quatro
principais fontes de carbono negro:
1. Motores a diesel que são
usados para o transporte ou para fins industriais.
2. Fornos alimentados por
carvão ou madeira.
3. Queima de biomassa, tanto
naturais como artificiais.
4. Processos industriais que
queimam carvão ou derivados de petróleo em caldeiras de pequeno porte.
Reação de um pioneiro na
pesquisa de carbono negro
“Esse estudo fortalece a ciência
e confirma o papel do carbono negro como um forçador significativo da mudança
climática,” disse Mark Z. Jacobson, professor de engenharia civil e ambiental e
diretor do Programa de Atmosfera/Energia na Universidade Stanford.
“Esse estudo mostra, com uma
combinação de dados e uma modelagem altamente detalhada, que os fortes efeitos
climáticos previamente encontrados não são somente corroborados, mas também que
eles talvez tenham sido até mesmo subestimados em alguns dos estudos
anteriores, pois muitos deles não levaram em conta as formas reais das
partículas de carbono negro e as misturas resultantes”. (ecodebate)
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