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Nossa sociedade industrializada libera muitos e variados poluentes no mundo. A combustão, em particular, produz massa de aerossol, incluindo carbono negro. Embora isso represente apenas uma pequena porcentagem das partículas de aerossol, o carbono preto é especialmente problemático devido à sua capacidade de absorver calor e impedir a capacidade de reflexão de calor de superfícies como a neve. Portanto, é essencial saber como o carbono negro interage com a luz solar. Os pesquisadores quantificaram o índice de refração do carbono negro no grau mais preciso até agora, o que pode afetar os modelos climáticos.
Existem muitos fatores que impulsionam a mudança climática; alguns são muito familiares, como as emissões de dióxido de carbono da queima de combustíveis fósseis, dióxido de enxofre da fabricação de cimento ou emissões de metano da pecuária. As partículas de aerossol de carbono negro, também provenientes da combustão, são menos abordadas nas notícias, mas são particularmente importantes. Essencialmente fuligem, o carbono negro é muito bom para absorver o calor da luz solar e armazená-lo, aumentando o calor atmosférico. Ao mesmo tempo, como as cores escuras são menos eficazes para refletir a luz e, portanto, o calor, como o carbono preto cobre superfícies mais claras, incluindo a neve, reduz o potencial dessas superfícies de refletir o calor de volta ao espaço.
“Entender a interação entre o carbono negro e a luz solar é de fundamental importância na pesquisa do clima”, disse o professor assistente Nobuhiro Moteki, do Departamento de Terra e Ciência Planetária da Universidade de Tóquio. “A propriedade mais crítica do carbono negro a esse respeito é seu índice de refração, basicamente como ele redireciona e dispersa os raios de luz que chegam. No entanto, as medições existentes do índice de refração do carbono negro eram imprecisas. Minha equipe e eu realizamos experimentos detalhados para melhorar isso. Com Com nossas medições aprimoradas, agora estimamos que os modelos climáticos atuais podem estar subestimando a absorção da radiação solar devido ao carbono negro em 16% significativos.”
Medições anteriores das propriedades ópticas do carbono negro eram muitas vezes confundidas por fatores como a falta de amostras puras ou dificuldades em medir as interações da luz com partículas de diferentes formas complexas. Moteki e sua equipe melhoraram essa situação capturando as partículas de carbono preto na água e, em seguida, isolando-as com sulfatos ou outros produtos químicos solúveis em água. Ao isolar as partículas, a equipe foi mais capaz de iluminá-las e analisar a forma como elas se espalham, o que deu aos pesquisadores os dados para calcular o valor do índice de refração.
“Nós medimos a amplitude, ou força, e a fase, ou passo, da luz espalhada pelas amostras de carbono negro isoladas na água”, disse Moteki. “Isso nos permitiu calcular o que é conhecido como índice de refração complexo do carbono negro. Complexo porque, em vez de ser um número único, é um valor que contém duas partes, uma das quais é ‘imaginária’ (relacionada à absorção), embora sua impacto é muito, muito real. Tais números complexos com componentes imaginários são realmente muito comuns no campo da ciência óptica e além.”
Como as novas medições ópticas do carbono negro indicam que os modelos climáticos atuais estão subestimando sua contribuição para o aquecimento atmosférico, a equipe espera que outros pesquisadores climáticos e formuladores de políticas possam fazer uso de suas descobertas. O método desenvolvido pela equipe para verificar o índice de refração complexo das partículas pode ser aplicado a outros materiais além do carbono negro. Isso permite a identificação óptica de partículas desconhecidas na atmosfera, oceano ou núcleos de gelo, e a avaliação de propriedades ópticas de materiais em pó, não apenas aquelas relacionadas ao problema contínuo das mudanças climáticas.
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