Cientistas encontram uma “impressão digital” humana no aumento do ozônio na alta troposfera

E em algum lugar no meio, na alta troposfera — a camada da atmosfera logo abaixo da estratosfera, onde a maioria das aeronaves voa — o ozônio contribui para o aquecimento do planeta como um potente gás de efeito estufa.

Há sinais de que o ozônio continua a aumentar na troposfera superior, apesar dos esforços para reduzir suas fontes na superfície em muitas nações. Agora, cientistas do MIT confirmam que muito do aumento do ozônio na troposfera superior é provavelmente devido aos humanos.

Em um artigo publicado hoje na revista Ciência e Tecnologia Ambientala equipe relata que detectou um sinal claro de influência humana nas tendências de ozônio da troposfera superior em um registro de satélite de 17 anos, iniciado em 2005.

“Confirmamos que há uma tendência clara e crescente no ozônio troposférico superior nas latitudes médias do norte devido aos seres humanos e não ao ruído climático”, diz o principal autor do estudo, Xinyuan Yu, um estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT.

“Agora podemos fazer mais trabalho de detetive e tentar entender quais atividades humanas específicas estão levando a essa tendência do ozônio”, acrescenta a coautora Arlene Fiore, professora Peter H. Stone e Paola Malanotte Stone em Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias.

Os autores do estudo no MIT incluem Sebastian Eastham e Qindan Zhu, juntamente com Benjamin Santer da Universidade da Califórnia em Los Angeles, Gustavo Correa da Universidade de Columbia, Jean-François Lamarque do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica e Jerald Zimeke do Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA.

A teia emaranhada do ozônio

Entender as causas e influências do ozônio é um exercício desafiador. O ozônio não é emitido diretamente, mas sim um produto de “precursores” — ingredientes iniciais, como óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis (VOCs), que reagem na presença da luz solar para formar ozônio. Esses precursores são gerados a partir de escapamentos de veículos, usinas de energia, solventes químicos, processos industriais, emissões de aeronaves e outras atividades induzidas pelo homem.

Se e por quanto tempo o ozônio permanece na atmosfera depende de um emaranhado de variáveis, incluindo o tipo e a extensão das atividades humanas em uma determinada área, bem como a variabilidade climática natural. Por exemplo, um ano forte de El Niño pode empurrar a circulação da atmosfera de uma forma que afeta as concentrações de ozônio, independentemente de quanto ozônio os humanos estão contribuindo para a atmosfera naquele ano.

Destrinchar as causas humanas versus climáticas da tendência do ozônio, particularmente na troposfera superior, é especialmente complicado. Para complicar as coisas, na troposfera inferior — a camada mais baixa da atmosfera, mais próxima do nível do solo — o ozônio parou de subir e até caiu em algumas regiões nas latitudes médias do norte nas últimas décadas. Essa diminuição no ozônio da troposfera inferior é principalmente resultado de esforços na América do Norte e na Europa para reduzir fontes industriais de poluição do ar.

“Perto da superfície, observou-se que o ozônio diminui em algumas regiões, e suas variações estão mais intimamente ligadas às emissões humanas”, observa Yu. “Na troposfera superior, as tendências do ozônio são menos bem monitoradas, mas parecem se desvincular daquelas perto da superfície, e o ozônio é mais facilmente influenciado pela variabilidade climática. Então, não sabemos se e quanto desse aumento no ozônio observado na troposfera superior é atribuído aos humanos.”

Um sinal humano em meio ao ruído climático

Yu e Fiore se perguntaram se uma “impressão digital” humana nos níveis de ozônio, causada diretamente por atividades humanas, poderia ser forte o suficiente para ser detectável em observações de satélite na troposfera superior. Para ver tal sinal, os pesquisadores primeiro teriam que saber o que procurar.

Para isso, eles olharam para simulações do clima da Terra e da química atmosférica. Seguindo abordagens desenvolvidas na ciência do clima, eles raciocinaram que se pudessem simular uma série de variações climáticas possíveis nas últimas décadas, todas com fontes idênticas de emissões precursoras de ozônio derivadas do homem, mas cada uma começando com uma condição climática ligeiramente diferente, então quaisquer diferenças entre esses cenários deveriam ser devido ao ruído climático. Por inferência, qualquer sinal comum que surgisse ao calcular a média dos cenários simulados deveria ser devido a causas causadas pelo homem. Tal sinal, então, seria uma “impressão digital” revelando ozônio causado pelo homem, que a equipe poderia procurar em observações reais de satélite.

Com essa estratégia em mente, a equipe executou simulações usando um modelo climático de química de última geração. Eles executaram múltiplos cenários climáticos, cada um começando no ano de 1950 e indo até 2014.

A partir de suas simulações, a equipe viu um sinal claro e comum em todos os cenários, que eles identificaram como uma impressão digital humana. Eles então olharam para produtos de ozônio troposférico derivados de múltiplos instrumentos a bordo do satélite Aura da NASA.

“Sinceramente, pensei que os dados de satélite seriam muito barulhentos”, admite Fiore. “Não esperava que o padrão fosse robusto o suficiente.”

Mas as observações de satélite que eles usaram deram a eles uma boa chance. A equipe analisou os dados de ozônio da troposfera superior derivados dos produtos de satélite, dos anos de 2005 a 2021, e descobriu que, de fato, eles podiam ver o sinal de ozônio causado pelo homem que suas simulações previram. O sinal é especialmente pronunciado na Ásia, onde a atividade industrial aumentou significativamente nas últimas décadas e onde a luz solar abundante e os eventos climáticos frequentes elevam a poluição, incluindo o ozônio e seus precursores, para a troposfera superior.

Yu e Fiore agora estão tentando identificar as atividades humanas específicas que estão levando ao aumento do ozônio na alta troposfera.

“De onde vem essa tendência crescente? São as emissões próximas à superfície da combustão de combustíveis fósseis em motores de veículos e usinas de energia? São as aeronaves que voam na troposfera superior? É a influência de incêndios florestais? Ou alguma combinação de todos os itens acima?” Fiore diz. “Ser capaz de separar os impactos causados ​​pelo homem das variações climáticas naturais pode ajudar a informar estratégias para lidar com as mudanças climáticas e a poluição do ar.”

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pela NASA.