Destaques
- Pesquisadores de Lamont-Doherty e do MIT descobriram que o aquecimento poderia aumentar ligeiramente o fornecimento de radicais hidroxila na atmosfera, moléculas-chave que ajudam a quebrar o metano.
- Enquanto hmaior vapor de água aumenta esses radicais, O aumento das emissões provenientes de árvores e outras plantas funciona no sentido oposto, tornando o efeito global mais complexo.
- Os radicais hidroxila também ajudam a remover o ozônio e outros poluentes atmosféricos, portanto, as descobertas são importantes tanto para o clima quanto para a qualidade do ar.
O metano é um poderoso gás de efeito estufa, perdendo apenas para o dióxido de carbono no aumento das temperaturas globais. Mas não permanece na atmosfera por muito tempo graças a moléculas chamadas radicais hidroxila, que são conhecidos como o “detergente da atmosfera” por sua capacidade de decompor o metano. À medida que o planeta aquece, no entanto, não está claro como os agentes purificadores do ar responderão.
Pesquisadores do Observatório Terrestre Lamont-Doherty e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts estão agora lançando alguma luz sobre isso. A equipe desenvolveu um novo modelo para estudar diferentes processos que controlam como os níveis de radical hidroxila mudarão com o aumento das temperaturas.
Eles acham que o quadro é complicado. À medida que as temperaturas aumentam, também aumenta o vapor de água na atmosfera, o que, por sua vez, aumenta as concentrações da molécula. Mas o aumento das temperaturas também aumentará as “emissões biogénicas de compostos orgânicos voláteis” – gases que são naturalmente libertados por algumas plantas e árvores. Estas emissões naturais podem reduzir o radical hidroxila e amortecer o efeito estimulante do vapor de água.
Especificamente, a equipe descobriu que se a temperatura média do planeta aumentar em 2 graus Celsius, o aumento concomitante do vapor de água aumentará os níveis de radicais hidroxila em cerca de 9%. Mas o aumento correspondente nas emissões biogénicas, por sua vez, reduziria os níveis de radicais hidroxila em 6%. A contabilização final poderá significar um pequeno aumento, de cerca de 3%, na capacidade da atmosfera de decompor o metano e outros compostos químicos à medida que o planeta aquece.
“Os radicais hidroxila são importantes na determinação da vida útil do metano e de outros gases reativos de efeito estufa, bem como de gases que afetam a saúde pública, incluindo o ozônio e alguns outros poluentes atmosféricos”, diz o autor principal Qindan Zhu, que liderou o trabalho como pós-doutorado no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT.
“Há toda uma série de razões ambientais pelas quais queremos compreender o que se passa com esta molécula”, acrescenta Arlene Fiore, do MIT. “Queremos ter certeza de que ele estará disponível para remover quimicamente todos esses gases e poluentes.” Fiore é pesquisador sênior adjunto do Observatório da Terra Lamont-Doherty, que faz parte da Escola Climática de Columbia, e ex-professor do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais de Columbia.
O novo estudo aparece no Journal of Advances in Modeling Earth Systems (JAMES). Os co-autores do estudo incluem Robert Pincus, de Lamont-Doherty, professor pesquisador em física oceânica e climática.
Um neutralizador natural
O radical hidroxila, conhecido quimicamente como OH, é composto por um átomo de oxigênio e um átomo de hidrogênio, juntamente com um elétron desemparelhado. Essa configuração torna a molécula extremamente reativa. Como um aspirador químico, o OH afasta facilmente um elétron ou átomo de hidrogênio de outras moléculas, quebrando-as em formas mais fracas e mais solúveis em água. Desta forma, o OH reduz uma vasta gama de produtos químicos, incluindo alguns poluentes atmosféricos, patógenos e ozônio. E as mudanças no OH são uma alavanca poderosa para o metano.
“Para o metano, a reação com OH é considerada a via de perda mais importante”, diz Zhu. “Cerca de 90 por cento do metano removido da atmosfera é devido à reação com OH.”
Na verdade, é graças às reações com o radical hidroxila que o metano só consegue permanecer na atmosfera por cerca de uma década – muito menos que o dióxido de carbono, que pode permanecer por 1.000 anos ou mais. Mas mesmo que o OH decomponha o metano que já se encontra na atmosfera, mais metano continua a acumular-se. O aumento das concentrações de metano, além das emissões humanas de dióxido de carbono, está impulsionando o aquecimento global, e não está claro como o poder de eliminação de metano do OH se manterá.
“As questões que estamos explorando aqui são: Quais são os principais processos que controlam as concentrações de OH? E como o OH responderá às mudanças climáticas?” Fiore diz.
O ar de um aquaplaneta
Para o seu estudo, os investigadores desenvolveram um novo modelo para simular os níveis de OH na atmosfera num cenário climático global atual, em comparação com um clima futuro mais quente. Seu modelo, apelidado de “AquaChem”, é uma expansão de um modelo simplificado que faz parte de um conjunto de ferramentas desenvolvidas pelo projeto Community Earth System Model (CESM). O modelo que a equipe escolheu para construir representa a Terra como um “aquaplaneta” simplificado, com uma superfície totalmente coberta pelo oceano.
“Problemas idealizados, como o estudo dos aquaplanetas, fazem parte da forma como os cientistas da Terra constroem a compreensão, uma vez que nos permitem ver o sistema mais simples em que surge um fenómeno”, diz Pincus.
Os modelos Aquaplanet permitem aos cientistas estudar interações detalhadas na atmosfera em resposta a mudanças nas temperaturas da superfície, sem ter que gastar tempo e energia computacional na simulação de dinâmicas complexas entre a terra, a água e as calotas polares.
Ao modelo do aquaplaneta, Zhu adicionou um componente químico atmosférico que simula reações químicas detalhadas na atmosfera consistentes com as temperaturas de superfície aplicadas. As reações químicas que ela modelou representam aquelas que afetam as concentrações de OH.
OH é produzido principalmente quando o ozônio interage com a luz solar na presença de vapor d’água. Por exemplo, os cientistas descobriram que os níveis de OH podem variar dependendo de certas emissões antrópicas e naturais, todas as quais Zhu incorporou separadamente e em conjunto no modelo AquaChem, a fim de isolar o impacto de cada processo no OH.
As emissões, em particular, incluem monóxido de carbono, metano, óxidos de azoto e compostos orgânicos voláteis (COV), alguns dos quais são emitidos através de práticas humanas e outros emitidos por processos naturais. Um tipo de COV de origem natural são as emissões “biogênicas” – gases, como o isopreno, que algumas plantas e árvores emitem através de minúsculos poros chamados estômatos durante a transpiração.
No modelo AquaChem, Zhu inseriu dados que estavam disponíveis para cada tipo de emissões do ano 2000 – um ano que geralmente é considerado como representando o clima atual de uma forma simplificada. Ela definiu as temperaturas da superfície do mar do aquaplaneta para a média anual zonal daquele ano e descobriu que o modelo reproduzia com precisão as principais sensibilidades da química do OH ao processamento químico subjacente, conforme simulado em um modelo químico-clima mais complexo.
Então, Zhu executou o modelo sob um segundo cenário de aquecimento global. Ela definiu que as temperaturas da superfície do mar do planeta aumentariam em 2 graus Celsius (um aquecimento que provavelmente ocorrerá a menos que as emissões antropogénicas globais de carbono sejam mitigadas). A equipa analisou como este aquecimento afectaria os vários tipos de emissões e processos químicos, e como estas mudanças acabariam por afectar os níveis de OH na atmosfera.
No final, descobriram que os dois maiores impulsionadores dos níveis de OH eram o aumento do vapor de água e as emissões biogénicas. Eles descobriram que o aquecimento global aumentaria a quantidade de vapor de água na atmosfera, o que por sua vez aumentaria a produção de OH em 9%. No entanto, este mesmo grau de aquecimento também aumentaria as emissões biogénicas, como o isopreno, que reage e decompõe o OH, reduzindo os seus níveis em 6 por cento.
A equipa reconhece que existem muitos outros factores que afectam a resposta das emissões de isopreno ao aquecimento da superfície. Aumento de CO2não considerado neste estudo, pode atenuar esta resposta impulsionada pela temperatura. De todos os factores que podem alterar os níveis de OH no contexto do aquecimento global, os investigadores alertam que as emissões biogénicas são as mais incertas, embora pareçam ter uma grande influência. No futuro, os cientistas planeiam atualizar o AquaChem para continuar a estudar como as emissões biogénicas, bem como outros processos e cenários climáticos, podem influenciar as concentrações de OH.
“Sabemos que as mudanças no OH atmosférico, mesmo que sejam de uma pequena percentagem, podem realmente ser importantes para a interpretação de como o metano pode acumular-se na atmosfera”, diz Zhu. “Compreender as tendências futuras do OH nos permitirá determinar as tendências futuras do metano.”
Os coautores do estudo são Nicole Neumann, George Milly e Clare E. Singer de Lamont-Doherty, Jian Guan e Paolo Giani do MIT, e Brian Medeiros do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica.
Este trabalho foi apoiado, em parte, pela Spark Climate Solutions e pela Administração Oceânica e Atmosférica Nacional.
Adaptado de um Comunicado de imprensa por Jennifer Chu do Instituto de Tecnologia de Massachusetts
