Traduzido de: “Clouds: Lighter than air but laden with lead”, do Pacific Northwestern National Laboratory

O chumbo atmosférico faz com que as nuvens se formem com mais facilidade, o que pode mudar os padrões de chuvas e neves

Nuvens do tipo Cirrus (também conhecidas como nuvens de gelo) se formam em grandes altitudes da atmosfera. Sua formação pode ser afetada pelo chumbo gerado pelas atividades humanas.
Cortesia do National Weather Service
(Imagem original em alta definição.)

RICHLAND, Washington. – Tirando amostras de nuvens – e produzindo suas próprias – os pesquisadores conseguiram demonstrar que existe uma correlação direta entre a presença de chumbo nos céus e a formação de cristais de gelo que dão origem às nuvens. Os resul­tados sugerem que o chumbo gerado pelas atividades humanas causa a formação de nuvens em temperaturas mais altas e com uma quantidade menor de água. Isso pode alte­rar os padrões de chuvas e nevascas em um mundo mais quente.

As nuvens carregadas de chumbo têm, não obstante, um lado menos sombrio. Sob algu­mas condições, essas nuvens podem permitir que mais calor da Terra seja drenado pelo espaço, o que deve arrefecer ligeiramente o planeta. O chumbo presente na atmosfera vem principalmente de atividades humanas, tais como a queima de carvão.

A equipe internacional de pesquisadores relatou seus resultados na edição de maio da revis­ta Nature Geoscience. A colaboração incluiu pesquisadores de instituições nos Esta­dos Unidos, Suíça e Alemanha.

O químico atmosférico Dan Cziczo do Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste (do Depar­tamento de Energia) e um dos autores do estudo, declarou: “Nós sabemos que a esmaga­dora maioria das partículas de chumbo na atmosfera é proveniente de fontes ligadas às ati­vidades humanas. E agora demonstramos que esse chumbo está modificando as proprie­dades das nuvens e, dessa forma, a distribuição da energia solar que afeta nossa atmos­fera”.

Percorrendo o mundo em busca do chumbo

Os cientista inicialmente tentaram extrair chuvas dos céus com iodetos de chumbo e de prata na década de 1940. Desde então, os pesquisadores sabem que o chumbo pode bom­bear cristais de gelo para formar nuvens. Porém as atividades do dia-a-dia da humanidade também podem adicionar chumbo à atmosfera. As maiores fontes incluem a queima de carvão, pequenas aeronaves que voam nas altitudes onde se formam as nuvens, e o chumbo que é liberado do solo por construções ou pela atividade dos ventos. Cziczo e seus colegas queriam saber como o chumbo oriundo dessas fontes poderia afetar as nuvens.

Para descobrir como, os pesquisadores coletaram o ar do alto do topo de um pico de mon­tanha na fronteira entre o Colorado e o Wyoming. Em seu laboratório de alta altitude, eles criaram nuvens artificiais em uma câmara de nuvens do tamanho de uma pequena geladeira. Eles descobriram que metade dos cristais de gelo que eles extraíam das nuvens sintéticas, continha chumbo.

A equipe então coletou uma pequena amostra de uma nuvem de verdade no topo de uma montanha na Suíça. Metade dos cristais de gelo dessa outra nuvem também continham chumbo. Entretanto, encontrar chumbo em uma posição incriminatória não quer dizer que ele seja a causa da formação de cristais de gelo.

Para poder estabelecer se o chumbo era ou não a causa da formação dos cristais de gelo e das nuvens, a equipe se voltou para um laboratório na Alemanha que abriga uma câmara de nuvens com três andares de altura, bem como para uma câmara menor na Suíça. Eles cria­ram partículas de poeira que eram, umas, livres de chumbo, outras continham 1% de chumbo em peso, mais ou menos o conteúdo de chumbo encontrado pelos cientistas na atmosfera. Eles puseram essas partículas de poeira nas câmaras e mediram a temperatura e a umidade em cada ocasião em que o gelo se nucleava em torno da poeira.

Eles descobriram que o chumbo modificava as condições nas quais as nuvens apareciam. O ar não tinha que ficr tão frio ou tão cheio de vapor d’água se o chumbo estivesse presente.

“As partículas de poeira constituem a maioria dos núcleos em torno dos quais se formam as nuvens”, explica Cziczo. “Metade das que examinamos, tinham chumbo super-carre­gando elas”.

Nuvens carregadas (de chumbo), climas mais frios

Para investigar o possível significado disso para o clima da Terra, os pesquisadores criaram simu­lações do clima global, com três cenários: um com partículas de poeira livres de chum­bo; outra com um conteúdo de 10% de chumbo; e uma terceira com todas as partículas de poeira contendo chumbo.

A simulação em computador mostrou que as nuvens que eles estudavam — nuvens tipica­mente altas e rarefeitas — se formavam em altitudes inferiores e em locais diferentes, no Hemisfério Norte, quando havia a presença de chumbo nas partículas de poeira. Isso prova­velmente afetaria as precipitações, segundo Cziczo.

“Em nossa atmosfera, o chumbo afeta a distribuição e a densidade dos tipos de nuvens que estudamos”, explicou Cziczo, “o que pode, por sua vez, afetar onde e quando vai cair chuva ou neve”.

Nuvens em altitudes menores permitem que mais calor da Terra – a chamada radiação de ondas longas – escape para o espaço. Assim, as nuvens causadas pelo chumbo poderiam compensar parcialmente o aquecimento global causado pelos gases de efeito estufa.

Mas isso não quer dizer que o chumbo na atmosfera poderá sinplesmente refrigerar o planeta, explica Cziczo, uma vez que eles só estudaram um tipo de nuvem. Céus nebulo­sos são muito mais complicados do que sua aparência sugere.

Cziczo prossegue: “Este trabalho sublinha o quão complexas são essas interações entre o chumbo e o vapor d’água. Elas não são tão simples quanto gases de efeito estufa”.

Futuros trabalhos examinarão os tipos de chumbo e o quanto é necessário para afetar a for­mação de nuvens e as precipitações, assim como a distibuição pela atmosfera da poeira metálica.

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Referência: D. J. Cziczo, O. Stetzer, A. Worringen, M. Ebert, S.
Weinbruch, M. Kamphus, S. J. Gallavardin, J. Curtius, S. Borrmann, K.
D. Froyd, S. Mertes, O. Möhler and U. Lohmann, Inadvertent Climate
Modification Due to Anthropogenic Lead, Nature Geoscience, Maio 2009, DOI 10.1038/NGEO499.

Esta simulação mostra o avanço e recuo sazonais do ozônio sobre o hemisfério Norte de 1974 a 2065. Observe como a extensão geográfica e as concentrações de ozônio — os vermelhos escuros denotam as maiores concentrações — diminuem na virada do século e, então, sobrem novamente. Crédito: Trent Schindler, Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
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Esta simulação mostra o avanço e recuo sazonais das concentrações de ozônio sobre a Antárctica. Observe o crescimento na intensidade e na área do buraco do ozônio no Sul (as faltas de ozônio aparecem em azul) que levará várias décadas para ser sanado no século XXI.
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Este gráfico da concentração de ozônio por latitude mostra os ganhos líquidos (vermelhos e laranjas) e as perdas líquidas desde os período de 1975-84 até
2060-69. Crédito: Feng Li et al, NASA, publicado em Atmospheric Chemistry and Physics
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Gráfico das mudanças nas concentrações de ozônio por latitude desde 1975-84 até 2060-69, que mostra um excesso sobre as altas latitudes e uma perda nas proximidades dos trópicos e do equador.Crédito: Feng Li et al, NASA, publicado em Atmospheric Chemistry and Physics
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Esta animação mostra como a camada de ozônio absorve quase toda a radiação UV (nociva aos organismos) vinda do Sol, antes que esta atinja a superfície da Terra. Crédito: Estúdio de Visualizações Científicas da NASA
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A Camada de Ozônio da Terra deve se recuperar, mais cedo ou mais tarde, da destruição não intencional causada pelo uso de cloro-fluor-carbonos (CFCs) e outras substâncias químicas que destroem o ozônio, durante o século XX. No entanto, novas pesquisas feitas por cientistas da NASA sugerem que a camada de ozônio no futuro dificilmente parecerá com a que havia, porque os gases de efeito estufa estão mudando a dinâmica da atmosfera.

Estudos anteriores mostraram que, enquanto o acúmulo de gases de efeito estufa torna o ambiente mais quente na troposfesra – a camada da atmosfera que vai da superfície da Terra até 10 km de altitude – ele na verdade resfria a estratosfera superior – a faixa que vai dos 30 aos 50 km de altitude. Esse resfriamento retarda as reações químicas que destroem o ozônio na estratosfera superior e permite que a produção natural de ozônio nessa região supere a destruição pelos CFCs.

Porém, os cientistas da NASA observam que o acúmulo de gases de efeito estufa também modifica a circulação das massas de ar estratosféricas dos trópicos para os polos. Nas latitudes médias da Terra, isso sigifica que o ozônio deve apresentar uma recuperação excessiva, atingindo concentrações ainda mais altas do que antes da produção em massa dos CFCs. Nos trópicos, as mudanças na circulação estratosférica podem impedir que a camada de ozônio se recupere plenamente.

O cientista Feng Li do Centro Goddard de Ciências e Tecnologia da Terra, na Universidade de Maryland em Baltimore diz: “A maior parte dos estudos sobre o ozônio e as mudanças globais se focalizou no resfriamento da estratosfera superior, mas descobrimos que a circulação é igualmente importante. Não se trata deste processo ou daquele: trata-se de ambos”.

As descobertas se basieam em um detalhado modelo computacional que inclui os efeitos das mudanças químicas atmosféricas, mudanças nos ventos e mudanças na radiação solar. A experiência de Li faz parte de um esforço internacional em curso, organizado pelo Painel de Avaliação Científica do Ambiente, um programa das Nações Unidas, para avaliar o estado da camada de ozônio. Li e seus colegas publicaram suas análises na edição de março de Atmospheric
Chemistry and Physics.

Trabalhando em conjunto com Richard Stolarski e Paul Newman do Centro Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Md., Li adaptou o modelo Goddard Earth Observing
System Chemistry-Climate Model (GEOS-CCM) para examinar como as mudanças climáticas afetariam a recuperação da camada de ozônio. A equipe inseriu medições passadas e projeções futuras de substâncias que destroem o ozônio e de gases de efeito estufa no modelo. A partir desses dados o modelo projetou como o ozônio, a química em geral e a dinamica da estratosfera mudaria até o ano de 2100..

Richard Stolarski, co-autor do estudo, diz: “No mundo real, temos observado uma reversão estatiscamente significativa na destruição do ozônio, que pode ser atribuida ao banimento das substâncias que atacam o ozônio. Mas o estabelecimento desta conexão é complicado pela resposta do ozônio aos gases de efeito estufa”.

Os pesquisadores descobriram que os gases de efeito estufa alteram um padrão natural de circulação que influencia a distribuição do ozônio. A Circulação Brewer-Dobson funciona como uma bomba para a estratosfera, bombeando o ozônio das camadas inferiores da atmosfera para a estratosfera superior sobre os trópicos. Daí as massas de ar fluem para o Norte ou Sul através da estratosfera, dos trópicos para os polos.

Na experiência de Li, esta bomba de circulação acelerou a um ritmo tal que o ozônio bombeado para cima e para longe dos trópicos criava um excesso nas latitudes médias, Embora a concentração de cloro e outras substâncias que atacam o ozônio não retorne aos níveis anteriores a 1980 até 2060, a camada de ozônio sobre as latitudes médias estará recuperada aos níveis anteriores a 1980 até 2025.

O Ártico — que tem conexões com as massas de ar das latitudes médias melhores do que a Antártica — será beneficiado pelo excesso no hemisfério Norte e pelo declínio geral das substâncias que atacam o ozônio, se recperando até 2025. A média global de ozônio e as concentrações sobre a Antártica vão etrar no passo até 2040, na medida em que a produção natural de ozônio na atmosfera reiniciar.

Esta recuperação nas latitudes médias e polares terá consequências mistas, como observou Li. Pode trazer alguns benefícios, tais como níveis menores de radiação ultravioleta atingindo a Terra e uma correspondente menor incidência de câncer de pele. Por outro lado, pode ter efeitos não programados, tais como um aumento nos níveis de ozônio da troposfera, a camada atmosférica mais próxima da superfície da Terra. O modelo também mostra um défcit continuado de ozônio na estratosfera sobre os trópicos. Com efeito, quando o processamento do modelo terminou no ano de 2100, a camada de ozônio sobre os trópicos ainda não mostrava sinais de recuperação.

E fevereiro, pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, se juntaram a Stolarski e outros cientistas da NASA em um artigo similar, sugerindo que o aumento nos gases de efeito estufa podem retardar ou mesmo adiar a recuperação dos níveis de ozônio na estratosfera inferior sobre algumas partes do globo. Usando o mesmo modelo que Li, Stolarski e Newman, os pesquisadores descobriram que a estratosfera inferior sobre as latitudes tropicais e intermediárias do Sul podem não conseguir retornar aos níveis de ozônio anteriores a 1980 por mais de um século, se é que vão conseguí-lo.

Michael Carlowicz
NASA Earth Science News Team