Como parte do projeto internacional CLOUD do CERN, pesquisadores do PSI descobriram que os chamados sesquiterpenos – hidrocarbonetos gasosos liberados pelas plantas – são um fator importante na formação de nuvens. A descoberta poderá reduzir a incerteza nos modelos climáticos e ajudar a fazer previsões mais precisas. A pesquisa já foi publicada na revista Science Advances.
De acordo com as últimas projeções do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), até 2100, o clima global será 1,5 a 4,4 graus Celsius mais quente do que os níveis pré-industriais. Este valor baseia-se em vários cenários hipotéticos que descrevem como se desenvolverão as emissões antropogénicas de gases com efeito de estufa no futuro. Assim, na melhor das hipóteses, se conseguirmos controlar as emissões de forma rápida e completa, ainda poderemos atingir a meta de 1,5 graus Celsius estabelecida no Acordo de Paris. Na pior das hipóteses, ultrapassaremos em muito esta meta.
No entanto, também há um certo grau de incerteza nesta previsão. Por exemplo, no pior cenário, se as emissões continuarem a aumentar acentuadamente, o aumento da temperatura poderá ser tão baixo quanto 3,3 graus Celsius ou tão alto quanto 5,7 graus Celsius em vez de 4,4 graus Celsius.
Estas incertezas na previsão de como desenvolvimentos específicos nas emissões de gases com efeito de estufa causarão alterações nas temperaturas devem-se em grande parte ao facto de os cientistas ainda não compreenderem completamente todos os processos que ocorrem na atmosfera - as interacções entre vários gases e aerossóis na atmosfera. Pesquisadores atmosféricos do centro de pesquisa nuclear CERN em Genebra lançaram um projeto colaborativo internacional, o projeto CLOUD (Cosmic Droplets Leaving Outdoors), que visa estabelecer esses processos. PSI ajudou a construir a câmara de testes CLOUD e é membro do comitê gestor do projeto.
O mistério da formação de nuvens
Como as nuvens se formarão no futuro, em particular, permanece em grande parte um mistério. No entanto, este é um factor chave na previsão do clima porque mais nuvens reflectem mais radiação solar, arrefecendo a superfície da Terra.
Para formar as gotículas de água que constituem as nuvens, o vapor d'água precisa de núcleos de condensação, que são partículas sólidas ou líquidas nas quais pode condensar. Essas partículas são fornecidas por uma variedade de aerossóis, que são minúsculas partículas sólidas ou líquidas entre 0,1 e 10 mícrons de diâmetro que são produzidas e liberadas no ar pela natureza e pelas atividades humanas. Essas partículas incluem sal do oceano, areia dos desertos, poluentes da indústria e do tráfego ou partículas de fumaça de incêndios.
No entanto, cerca de metade de todos os núcleos de condensação são na verdade formados quando diferentes moléculas gasosas no ar se combinam para formar um sólido, um fenómeno que os especialistas chamam de “nucleação” ou “formação de novas partículas” (NPF). No início, estas partículas são muito pequenas, com apenas alguns nanómetros de tamanho, mas com o tempo crescem através da condensação de moléculas gasosas e depois tornam-se núcleos de condensação.
Gases de efeito estufa que você pode sentir o cheiro
O principal gás antropogênico que causa a formação de partículas é o dióxido de enxofre na forma de ácido sulfúrico, principalmente proveniente da queima de carvão e petróleo. Os mais importantes destes gases naturais são as chamadas isoolefinas, monoterpenos e sesquiterpenos. Estes são hidrocarbonetos liberados principalmente pela vegetação. São os principais componentes dos óleos essenciais, que sentimos cheiro quando cortamos a grama ou caminhamos na floresta, por exemplo. Quando essas substâncias se oxidam, ou seja, reagem com o ozônio, formam aerossóis no ar.
Lubna Dada, cientista atmosférica do PSI, disse: "Deve-se notar que a concentração de dióxido de enxofre no ar caiu significativamente nos últimos anos e continuará a cair devido a uma legislação ambiental mais rigorosa. Por outro lado, a concentração de terpenos está aumentando devido ao crescimento das plantas "
Portanto, uma grande questão para melhorar as previsões climáticas é qual fatores dominarão, causando mais ou menos formação de nuvens. Para responder a esta questão, precisamos de saber como cada uma destas substâncias contribui para a formação de novas partículas. Muito já se sabe sobre o ácido sulfúrico, e o papel dos monoterpenos e do isopreno é agora melhor compreendido, graças a medições de campo e experimentos de laboratório como o CLOUD, do qual a PSI participa.
Sesquiterpenos são raros, mas potentes
"Até agora, os sesquiterpenos não têm sido o foco da pesquisa." Dada explica: "Isso ocorre porque eles são difíceis de medir. Primeiro, porque reagem muito rapidamente com o ozônio e, em segundo lugar, porque aparecem com muito menos frequência do que outras substâncias. "
Cerca de 465 milhões de toneladas de isopreno e 91 milhões de toneladas de monoterpenos são liberados na Terra todos os anos, enquanto os sesquiterpenos representam apenas 24 milhões de toneladas. No entanto, estes compostos desempenham um papel importante na formação de nuvens. Segundo medições, eles formam dez vezes mais partículas do que as outras duas substâncias orgânicas na mesma concentração.
Para determinar isso, Dada e seus colaboradores usaram o laboratório CLOUD exclusivo do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN). A câmara de teste é uma sala selada que simula diferentes condições atmosféricas. Esta câmara climática tem quase 30 metros cúbicos e é a mais pura do gênero no mundo. A pureza é tão alta que os sesquiterpenos podem ser estudados mesmo nas concentrações muito baixas registradas na atmosfera.
É exatamente disso que trata este estudo. Este estudo teve como objetivo simular a formação de partículas biológicas na atmosfera. Mais especificamente, os investigadores estavam interessados em estudar a era pré-industrial, quando não havia emissões antropogénicas de dióxido de enxofre. Isto permitirá que os impactos das atividades humanas sejam determinados e previstos com mais clareza para o futuro. No entanto, as emissões de dióxido de enxofre provocadas pelo homem são omnipresentes na natureza há muito tempo. Esta é outra razão pela qual apenas as câmaras de nuvens são viáveis. Também pode produzir misturas pré-industriais sob condições controladas.
Partículas persistentes trazem mais nuvens
Os experimentos descobriram que a oxidação de misturas naturais de isopreno, monoterpenos e sesquiterpenos em ar puro produz um grande número de compostos orgânicos, os chamados ULVOCs (compostos orgânicos voláteis ultrabaixos). Como o nome sugere, estes compostos orgânicos não são muito voláteis e, portanto, muito eficientes na formação de partículas que aumentam de tamanho ao longo do tempo e se tornam núcleos de condensação. O efeito dramático dos sesquiterpenos tornou-se aparente quando os investigadores os adicionaram a uma suspensão contendo apenas isopentenos e monoterpenos. Mesmo a adição de apenas 2% duplicou a taxa de formação de novas partículas. Isso pode ser explicado pelo fato de as moléculas de sesquiterpenos serem compostas por 15 átomos de carbono, enquanto os monoterpenos possuem apenas 10 átomos de carbono e os isopentenos possuem apenas 5 átomos de carbono.
Por um lado, este estudo revela outra forma como a vegetação afeta o tempo e o clima. Mas o mais importante é que as descobertas sugerem que os sesquiterpenos devem ser incluídos como um factor separado em futuros modelos climáticos, juntamente com os isopentenos e os monoterpenos, para tornar as suas previsões mais precisas. Especialmente tendo em conta a redução das concentrações de dióxido de enxofre na atmosfera e o aumento simultâneo das emissões biológicas devido ao stress climático, isto significa que este último terá provavelmente um impacto crescente no clima futuro. No entanto, são necessárias pesquisas adicionais para melhorar ainda mais as previsões de formação de nuvens. O Laboratório de Química Atmosférica já está planejando esses estudos.
Imad El-Haddad, chefe do grupo de pesquisa de Processos Moleculares Atmosféricos, disse: "Em seguida, nós e nossos parceiros CLOUD queremos investigar o que exatamente aconteceu durante a industrialização, quando a atmosfera natural estava cada vez mais misturada com gases antropogênicos, como dióxido de enxofre, amônia e outros compostos orgânicos antropogênicos."