Incêndios na floresta amazônica produzem partículas ultrafinas secundárias que podem afetar o clima e o tempo

A fumaça espessa vista em incêndios de vegetação na floresta amazônica contém milhões de partículas ultrafinas (diâmetros menores que 50 nm), que podem semear gotículas de nuvens e intensificar chuvas pesadas na atmosfera. O entendimento atual é que a fumaça da queima de biomassa não inclui partículas ultrafinas, embora partículas maiores (>100 nm de diâmetro) sejam conhecidas por serem prevalentes. Crédito: Jason Tomlinson | Pacific Northwest National Laboratory

Partículas na fumaça de incêndios florestais podem reduzir a qualidade do ar e prejudicar a saúde humana. Aerossóis de fumaça também podem influenciar o tempo e o clima, modificando a formação de nuvens e mudando a quantidade de energia solar refletida ou absorvida pela atmosfera. Em comparação com partículas maiores emitidas diretamente por incêndios, a formação e a presença de partículas ultrafinas (UFPs) foram negligenciadas anteriormente, pois se pensava que elas eram rapidamente “eliminadas” pelas partículas maiores.

Ao analisar medições de aeronaves e conduzir simulações detalhadas de modelos, uma equipe de pesquisadores descobriu que partículas ultrafinas eram abundantes na fumaça de incêndios de vegetação na região amazônica, e sua formação e sobrevivência eram favorecidas. Além disso, a modelagem de alta resolução mostrou que essas partículas ultrafinas podem intensificar nuvens de tempestade e chuvas pesadas. Esta pesquisa aprofunda nossa compreensão de como os incêndios de vegetação produzem aerossóis que podem impactar o clima e as mudanças climáticas.

Os modelos do sistema terrestre não consideraram UFPs secundários formados pela nucleação e crescimento de constituintes atmosféricos que são formados pela oxidação química na fumaça da queima de biomassa, porque o entendimento anterior sugeria que havia grandes perdas de espécies nucleantes para partículas de fumaça primárias. Contrariamente a esse entendimento, uma equipe de pesquisadores identificou mecanismos eficientes de nucleação e crescimento para UFPs secundários que produziram espécies nucleantes na fumaça que poderiam superar suas perdas para partículas de fumaça primárias e, assim, sustentar a nucleação e a presença de longo prazo de muitas UFPs na fumaça.

Espera-se que este trabalho preencha uma grande lacuna na compreensão do processo de UFPs e abra novas fronteiras de pesquisa ao destacar os grandes impactos potenciais de UFPs que são formados na fumaça da queima de biomassa na formação de nuvens, desenvolvimento de chuva, condições climáticas de curto prazo e condições climáticas de longo prazo que foram previamente negligenciadas. O estudo foi publicado no periódico Uma Terra.

Acredita-se que a formação de novas partículas na fumaça de incêndios de vegetação seja improvável devido a grandes sumidouros de condensação e coagulação que eliminam aglomerados moleculares recém-nucleados na fumaça. Ao analisar as medições da aeronave G-1 do gás traçador de fumaça acetonitrila e distribuições de tamanho de partículas coletadas sobre a floresta amazônica, uma equipe multi-institucional de pesquisadores identificou UFPs abundantes presentes na fumaça de incêndios de vegetação fresca.

Usando modelagem regional detalhada com o Weather Research and Forecasting Model acoplado à química (WRF-Chem), eles elucidaram mecanismos-chave que explicam a formação de UFPs na fumaça de biomassa. Suas análises sugerem que, para manter as concentrações observadas de UFP e superar as grandes perdas de espécies nucleantes para aerossóis de queima de biomassa primária, as emissões de dimetilaminas (DMA) da queima de biomassa precisam ser incluídas no modelo.

Além disso, as taxas de emissão de DMA, juntamente com as taxas de produção química de ácido sulfúrico e gases orgânicos de volatilidade extremamente baixa na fumaça, precisam ser aumentadas proporcionalmente às distribuições de tamanho de partículas observadas na fumaça.

Para simular os impactos dos UFPs e das partículas maiores na fumaça nas nuvens e na precipitação, a equipe usou as distribuições de tamanho de partículas e perfis de higroscopicidade simulados pelo WRF-Chem e os forneceu a um modelo detalhado de microfísica de nuvem, chamado WRF com microfísica de nuvem de bin espectral. As simulações de WRF de resolução fina com microfísica de nuvem de bin espectral mostraram que os UFPs podem causar uma tempestade mais forte com uma bigorna maior e chuva mais pesada, enquanto as partículas maiores emitidas diretamente por incêndios atrasam e suprimem a chuva.