Pesquisadores quantificam absorção solar por carbono negro em nuvens de fogo

Em um mundo em aquecimento ativo, incêndios florestais em larga escala estão se tornando mais comuns. Esses incêndios florestais emitem carbono negro para nossa atmosfera, um dos mais potentes agentes de aquecimento atmosférico de curta duração. Isso ocorre por causa de suas fortes características de absorção de luz solar. Mas os cientistas ainda precisam entender a extensão do aquecimento atmosférico causado pelo carbono negro em nuvens pirocumulonimbus (pyroCb) que se desenvolvem a partir de incêndios florestais de alta intensidade.

Em sua forma mais extrema, essas nuvens de incêndio florestal injetarão fumaça na troposfera superior e na estratosfera inferior, onde ela pode permanecer e impactar as temperaturas e a composição da estratosfera por vários meses. Alguns dos detalhes desse impacto foram investigados agora, graças à nova pesquisa do Center for Aerosol Science & Engineering (CASE) da Washington University em St. Louis.

A pesquisa foi liderada por Rajan Chakrabarty, um professor da McKelvey School of Engineering da WashU e seu ex-aluno Payton Beeler, agora um distinto bolsista de pós-doutorado Linus Pauling no Pacific Northwest National Laboratory. O estudo foi publicado em Comunicações da Natureza.

“Este trabalho aborda um desafio fundamental na quantificação do efeito radiativo do carbono negro na alta atmosfera”, disse Chakrabarty.

A equipe fez medições aéreas de dentro da parte superior de uma tempestade ativa de piroCb no estado de Washington como parte da campanha de campo de 2019 NOAA/NASA Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality (FIREX-AQ), acrescentou ele.

“Consideramos toda a complexidade e diversidade do tamanho e morfologia do carbono negro medidos em uma base por partícula para estimativa precisa de sua absorção solar. O que descobrimos é que uma partícula de carbono negro pyroCb absorve luz solar visível duas vezes mais do que uma partícula de carbono negro nascente emitida por incêndios menores e fontes urbanas”, disse ele.

Os autores combinaram exclusivamente medições da massa de carbono negro e da espessura de revestimentos orgânicos em partículas individuais nas plumas com um modelo detalhado de óptica de partícula única. Eles usaram um modelo resolvido de partículas numericamente exato para calcular as propriedades ópticas do carbono negro e quantificaram quanta luz essas partículas de carbono negro estão absorvendo (e, portanto, quanto mais calor elas trazem para a atmosfera superior).

Além disso, o trabalho destaca as propriedades únicas de absorção de luz do carbono negro em nuvens de piroCbs em comparação ao carbono negro de incêndios florestais que não acaba em piroCbs e ao carbono negro de fontes urbanas.

O próximo passo desta pesquisa é fazer mais medições e um estudo mais preciso do comportamento do carbono negro na estratosfera.

O carbono negro injetado na estratosfera inferior por eventos recentes de piroCb no Canadá e na Austrália viajou ao redor do globo, persistiu por meses e alterou a circulação dinâmica e a força radiativa em grandes regiões, observou Chakrabarty. Essas tempestades são consideradas responsáveis ​​por 10% a 25% do carbono negro na estratosfera inferior atual, com impactos que se estendem aos hemisférios Norte e Sul. Os cientistas estão cada vez mais observando o quanto isso impacta o clima, mas há mais a aprender.

“Precisamos de medições mais diretas da absorção de luz do carbono negro pyroCb para restringir melhor as previsões dos modelos climáticos sobre o aquecimento estratosférico”, disse Chakrabarty.