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Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da University of Colorado Boulder decifrou o código químico que conduz à formação de partículas de iodo na atmosfera, revelando como o elemento contribui para o aumento da cobertura de nuvens e esgota moléculas na camada protetora de ozônio da Terra.
A pesquisa, realizada no maior laboratório de física de partículas do mundo, a Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), foi publicada hoje na revistaQuímica da Natureza. É a primeira vez que qualquer experimento no mundo demonstrou o mecanismo de como a forma de fase gasosa do iodo – conhecido como ácido iódico – se forma e sugere que ele tem um papel catalítico na formação de partículas atmosféricas.
Chega em um momento em que o iodo atmosférico está aumentando globalmente, com os níveis atuais triplicando do que eram há 70 anos. Os pesquisadores esperam que esse novo conhecimento sobre as interações atmosféricas do iodo possa ser adicionado aos modelos atmosféricos e climáticos globais para ajudar os cientistas a entender melhor seus impactos ambientais – como o aumento da cobertura de nuvens, que pode exacerbar o desbaste do gelo marinho do Ártico relacionado ao aquecimento global.
“Este artigo estabelece uma ligação entre as fontes de iodo, como elas são emitidas para a atmosfera e a formação de partículas, que através do crescimento subsequente, semeia nuvens”, disse Rainer Volkamer, co-autor principal do artigo, professor de química na CU Boulder. e bolseiro do Instituto Cooperativo de Investigação em Ciências Ambientais (CIRES). “Esse link não existia antes, e agora estabelecemos esse link no nível molecular.”
Esta ligação entre as fontes de iodo e a formação de partículas atmosféricas é um processo de várias etapas. Primeiro os radicais de óxido de iodo ligam-se entre si, depois reagem com o ozônio e a água para formar ácido iódico, com oxigênio (singuleto) e ácido hipoiodoso como coprodutos.
O iodo é um elemento comum e altamente reativo que forma espécies radicais que sofrem reações químicas rápidas que duram segundos a minutos na atmosfera. A maior parte do iodo encontrado na atmosfera vem do oceano – onde existe como iodeto, também presente no sal de cozinha. Seu aumento de três vezes na atmosfera nos últimos 70 anos está ligado a um aumento na poluição atmosférica antropogênica: à medida que o ozônio prejudicial ao nível do solo reage com o iodeto do oceano, ele libera gases voláteis de iodo na atmosfera.
Embora o iodo seja estudado há 150 anos, foi apenas nas últimas duas décadas que pesquisadores como Volkamer revelaram seu importante papel na atmosfera. Em 2020, os pesquisadores Volkamer e CU Boulder e CIRES publicaram uma pesquisa mostrando como o iodo atinge a estratosfera e corrói o ozônio que protege o planeta da radiação ultravioleta prejudicial.
“O iodo é o novo garoto do quarteirão, entre outros halogênios, que atuam na recuperação da camada de ozônio”, disse Volkamer.
Discernindo processos químicos
Para estudar esse elo perdido, a equipe de pesquisa recorreu ao CERN, que abriga as condições primitivas necessárias para observar e coletar dados sobre essas partículas. Aqui, um experimento conhecido como CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) tornou-se o principal experimento de laboratório do mundo para estudar os aspectos ainda mal compreendidos da formação de aerossóis e nuvens.
O grupo de pesquisa de Volkamer, o Atmospheric Trace Molecule Spectroscopy Lab (ATMOSpec), é uma das três únicas universidades nos EUA (juntamente com a Caltech e a Carnegie Mellon University) que fazem parte dessa colaboração, juntamente com 16 parceiros europeus.
“Este é o único experimento desse tipo que existe no mundo”, disse Volkamer. “É uma honra fazer parte da colaboração e liderá-la no contexto de um estudo como este.”
Na câmara CLOUD do CERN, os pesquisadores tiveram acesso a um ambiente de laboratório com controle perfeito sobre condições como temperatura, pressão, umidade, concentração de ozônio e concentração de iodo, além de acesso a diferentes fontes de luz que se assemelham a diferentes aspectos do espectro solar.
Ao criar essa atmosfera interna artificial, onde certas reações podem ou não acontecer, os cientistas puderam coletar dados com precisão sobre as reações químicas do iodo que formam e desenvolvem partículas.
“Este é um ótimo exemplo de experimentos e cálculos reunidos para responder a uma pergunta que nenhum deles poderia ter respondido sozinhos”, disse Theo Kurten, co-autor principal do estudo e professor de química na Universidade de Helsinque.
Para determinar se o que observaram no laboratório se traduzia no mundo real, eles também testaram suas descobertas no ar ao redor do observatório Maïdo, na Ilha Reunião, no sul do Oceano Índico – um local remoto livre de grande parte da influência da atividade humana – – e foram capazes de corroborar seus resultados laboratoriais.
Um papel catalisador no clima
Ao contrário de outros elementos como o enxofre (ou ácido sulfúrico), o iodo não precisa da ajuda de outras moléculas (conhecidas como “bases”) para formar partículas atmosféricas. Também é bastante eficiente nesse processo, em comparação com outros elementos, descobriram os pesquisadores.
Portanto, a formação de partículas de ácido iódico não se limita a pontos quentes de iodo costeiros ou locais onde essas bases químicas estão disponíveis, mas pode ocorrer em toda a atmosfera.
“É um fenômeno global, e o significado global do iodo na formação de partículas pode ser maior do que se pensa atualmente”, disse Henning Finkenzeller, primeiro autor do estudo, parte de sua dissertação na CU Boulder.
O iodo também é fundamentalmente diferente de outros vapores formadores de partículas, disse Finkenzeller, devido à sua capacidade de iniciar a formação de partículas atmosféricas e ao fato de que um átomo de iodo pode iniciar esse processo várias vezes. Este papel catalisador na formação de partículas aumenta seus efeitos na atmosfera onde quer que vá, seja eliminando moléculas protetoras de ozônio ou aumentando a cobertura de nuvens.
Como a atividade humana aumenta a disponibilidade de iodo na atmosfera, devido aos nossos impactos negativos na qualidade do ar em todo o mundo, os impactos deste elemento de curta duração podem ser duradouros. À medida que o gelo marinho derrete no Ártico, mais iodo pode entrar na atmosfera, aumentar a cobertura de nuvens e aumentar os efeitos do aquecimento na região. E nos trópicos, as tempestades podem enviar esse iodo para o alto na atmosfera, onde impacta nossa camada protetora de ozônio.
“Ainda precisamos entender melhor a química da reciclagem de iodo. Mas agora que entendemos o mecanismo da fonte, estamos um passo mais perto de entender como o excesso de iodo afeta a formação de partículas, nuvens e recuperação de ozônio na atmosfera do nosso planeta”, disse Volkamer.
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