O estudo também analisa o impacto da crise climática.

Por Jan Berndorff, Instituto Paul Scherrer com informações de Phys.

Como parte do projecto internacional CLOUD do centro de investigação nuclear CERN, os investigadores do PSI identificaram os chamados sesquiterpenos – hidrocarbonetos gasosos libertados pelas plantas – como sendo um fator importante na formação de nuvens. Esta descoberta poderia reduzir as incertezas nos modelos climáticos e ajudar a fazer previsões mais precisas. O estudo foi agora publicado na revista Science Advances .

De acordo com as últimas projeções do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), o clima global será 1,5 a 4,4 graus Celsius mais quente do que os níveis pré-industriais até 2100. Este número é baseado em vários cenários que descrevem como as emissões antropogênicas de gases de efeito estufa podem evoluir no futuro. Portanto, na melhor das hipóteses, se conseguirmos reduzir as emissões de forma rápida e radical, ainda poderemos cumprir a meta de 1,5 graus do Acordo de Paris.

Na pior das hipóteses, acabaremos muito acima disso. No entanto, tais projeções também estão sujeitas a alguma incerteza. No pior cenário, por exemplo, com as emissões continuando a aumentar acentuadamente, o aumento da temperatura poderia ser tão baixo quanto 3,3 ou tão alto quanto 5,7 graus Celsius, em vez de 4,4 graus.

Estas incertezas na previsão de como as temperaturas irão mudar como resultado de desenvolvimentos concretos nas emissões de gases com efeito de estufa devem-se essencialmente ao facto de os cientistas ainda não compreenderem completamente todos os processos que ocorrem na atmosfera – as interações entre os vários gases e aerossóis nela contidos. . Estabelecê-los é o objetivo do projeto CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets), uma colaboração internacional entre investigadores atmosféricos do centro de investigação nuclear CERN em Genebra. PSI ajudou a construir a câmara CLOUD e é membro do comitê gestor do projeto.

O mistério da formação de nuvens

Particularmente, a forma como a cobertura de nuvens se desenvolverá no futuro permanece em grande parte nebulosa por enquanto. No entanto, este é um fator chave na previsão do clima porque mais nuvens refletem mais radiação solar, arrefecendo assim a superfície da Terra.

Para formar as gotículas que constituem as nuvens, o vapor d’água precisa de núcleos de condensação, partículas sólidas ou líquidas para se condensar. Estes são fornecidos por uma grande variedade de aerossóis, minúsculas partículas sólidas ou líquidas entre 0,1 e 10 micrômetros de diâmetro, que são produzidas e liberadas no ar tanto pela natureza quanto pela atividade humana. Estas partículas podem incluir sal do mar, areia do deserto, poluentes da indústria e do tráfego ou partículas de fuligem de incêndios, por exemplo.

No entanto, cerca de metade dos núcleos de condensação são formados no ar quando diferentes moléculas gasosas se combinam e se transformam em sólidos, um fenômeno que os especialistas chamam de “nucleação” ou “formação de novas partículas” (NPF). Para começar, essas partículas são minúsculas, pouco maiores que alguns nanômetros, mas com o tempo podem crescer através da condensação de moléculas gasosas e depois servir como núcleos de condensação.

Gases de efeito estufa que você pode sentir

O principal gás antrópico que contribui para a formação de partículas é o dióxido de enxofre na forma de ácido sulfúrico, proveniente principalmente da queima de carvão e petróleo. Os gases naturais mais importantes envolvidos são os chamados isoprenos, monoterpenos e sesquiterpenos. São hidrocarbonetos liberados principalmente pela vegetação. São componentes-chave dos óleos essenciais que cheiramos quando, por exemplo, cortamos a grama ou caminhamos na floresta. Quando estas substâncias se oxidam, formam aerossóis no ar.

“Deve-se notar que a concentração de dióxido de enxofre no ar diminuiu significativamente nos últimos anos devido a uma legislação ambiental mais rigorosa e continuará a diminuir”, afirma Lubna Dada, cientista atmosférica do PSI.

“A concentração de terpenos, por outro lado, está a aumentar porque as plantas libertam mais deles quando passam por stress – por exemplo, quando há um aumento nas temperaturas e condições climáticas extremas e a vegetação é mais frequentemente exposta a secas.”

A grande questão para melhorar as previsões climáticas é, portanto, qual dos fatores irá predominar, levando a um aumento ou a uma diminuição na formação de nuvens. Para responder a isto, seria necessário saber como cada uma destas substâncias contribui para a formação de novas partículas. Já se sabe muito sobre o ácido sulfúrico, e o papel dos monoterpenos e do isopreno agora também é melhor compreendido graças a medições em campo e experimentos em câmara como o CLOUD, nos quais o PSI esteve envolvido.

Os sesquiterpenos são raros, mas eficazes

Até agora, os sesquiterpenos não têm sido foco de pesquisa. “Isso ocorre porque são muito difíceis de medir”, explica Dada. “Primeiro porque reagem muito rapidamente com o ozônio e, segundo, porque ocorrem com muito menos frequência do que as outras substâncias”.

Cerca de 465 milhões de toneladas métricas de isopreno e 91 milhões de toneladas métricas de monoterpenos são libertadas todos os anos, enquanto os sesquiterpenos representam apenas 24 milhões de toneladas métricas. No entanto, o novo estudo, do qual Dada é o autor principal, mostrou que estes compostos desempenham um papel importante na formação de nuvens. Segundo as medições, elas formam dez vezes mais partículas que as outras duas substâncias orgânicas na mesma concentração.

Para determinar isso, Dada e seus coautores usaram a câmara CLOUD exclusiva da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, CERN. A câmara é uma sala selada na qual diferentes condições atmosféricas podem ser simuladas. “Com quase 30 metros cúbicos, esta câmara climática é a mais pura do seu tipo em todo o mundo”, diz Dada. “Tão puro que nos permite estudar sesquiterpenos mesmo nas baixas concentrações registradas na atmosfera”.

Foi exatamente isso que o estudo se propôs a fazer. Ele foi projetado para simular a formação de partículas biogênicas na atmosfera. Mais especificamente, os investigadores estavam interessados ​​em estudar os tempos pré-industriais, quando não havia emissões antropogênicas de dióxido de enxofre. Isto permite que o efeito das atividades humanas seja determinado de forma mais clara e projetado no futuro. No entanto, o dióxido de enxofre antropogênico já se tornou onipresente na natureza. Esta é outra razão pela qual apenas a câmara CLOUD era viável. Também permite a produção de uma mistura pré-industrial em condições controladas.

Partículas persistentes levam a mais nuvens

Os experimentos revelaram que a oxidação de uma mistura natural de isopreno, monoterpenos e sesquiterpenos em ar puro produz uma grande variedade de compostos orgânicos – os chamados ULVOCs (Compostos Orgânicos de Ultra Baixa Volatilidade). Como o nome sugere, estes não são muito voláteis e, portanto, formam partículas de forma muito eficiente, que podem crescer ao longo do tempo para se tornarem núcleos de condensação.

O enorme efeito dos sesquiterpenos foi revelado quando os pesquisadores adicionaram sesquiterpenos à câmara com uma suspensão apenas de isoprenos e monoterpenos. Mesmo a adição de apenas 2% duplicou a taxa de formação de novas partículas. “Isso pode ser explicado pelo fato de uma molécula de sesquiterpeno ser composta por 15 átomos de carbono, enquanto os monoterpenos são compostos por apenas dez e os isoprenos apenas cinco”, diz Dada.

Por um lado, o estudo revela outro meio pelo qual a vegetação pode influenciar o tempo e o clima. Acima de tudo, porém, os resultados da investigação sugerem que os sesquiterpenos devem ser incluídos como um fator separado em futuros modelos climáticos, juntamente com os isoprenos e os monoterpenos, para tornar as suas previsões mais precisas.

Isto é particularmente verdade à luz da diminuição das concentrações atmosféricas de dióxido de enxofre e do aumento simultâneo das emissões biogénicas como resultado do stress climático, o que significa que este último deverá tornar-se cada vez mais importante para o nosso clima futuro. No entanto, outros estudos também são necessários para melhorar ainda mais as previsões de formação de nuvens. Estes já estão sendo planejados no Laboratório de Química Atmosférica.

“Em seguida”, diz Imad El Haddad, Líder do Grupo de Processos Moleculares Atmosféricos, “nós e nossos parceiros CLOUD queremos investigar o que exatamente aconteceu durante a industrialização, quando a atmosfera natural tornou-se cada vez mais misturada com gases como dióxido de enxofre, amônia e outros compostos orgânicos antropogênicos.

Mais informações:  Lubna Dada et al, Role of sesquiterpenes in biogenic new particle formation, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adi5297. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi5297