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À medida que a fumaça dos incêndios florestais canadenses continua a impactar grandes áreas dos Estados Unidos, resultando em má qualidade do ar e resultados negativos para a saúde de milhões de americanos, mais pessoas do que nunca estão sentindo os efeitos das temporadas de incêndios mais longas e das mudanças climáticas. Agora, pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis descobriram que os incêndios florestais podem ter impactos climáticos ainda maiores do que se pensava anteriormente.
Em um novo estudo publicado em 7 de agosto na Geociência da Natureza, pesquisadores liderados por Rajan Chakrabarty, professor associado de desenvolvimento de carreira Harold D. Jolley no Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química da McKelvey School of Engineering, descobriram que os incêndios florestais estão causando um efeito de aquecimento muito maior do que o causado pelo clima cientistas. O trabalho, que se concentra no papel do “carbono marrom escuro” – uma classe de partículas abundante, mas anteriormente desconhecida, emitida como parte da fumaça do incêndio florestal – destaca a necessidade urgente de revisar os modelos climáticos e atualizar as abordagens para o ambiente em mudança.
Para realizar uma análise abrangente do que compõe as plumas de fumaça de incêndios florestais, a equipe de Chakrabarty passou 45 dias viajando para diferentes locais de incêndios florestais no oeste dos Estados Unidos, onde coletaram amostras de fumaça gasosa e espécies de aerossóis e analisaram suas propriedades químicas e ópticas. Esta pesquisa foi realizada como parte da campanha de campo Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality (FIREX-AQ), uma joint venture liderada pela National Aeronatics and Space Administration e pela National Oceanic and Atmospheric Administration.
“O entendimento convencional é que as plumas escuras de fumaça de incêndio florestal contêm fuligem de carbono preto, que absorve a radiação solar, enquanto as plumas mais claras contêm principalmente carbono orgânico que dispersa a luz solar, o que significa que compensa a absorção ou o efeito de aquecimento da fuligem”, disse Chakrabarty. “Normalmente, os modelos climáticos ignoram ou descartam o carbono orgânico como insignificante em comparação com o carbono negro quando se trata de aquecimento, mas não é isso que as observações de campo revelam.
“Esta não é uma imagem binária. Em vez disso, estamos olhando para um continuum inteiro onde há forte absorção de luz pelo carbono orgânico, ou carbono marrom escuro, semelhante ao carbono preto”, disse ele.
Durante a amostragem de fumaça terrestre e aérea de incêndios florestais em larga escala, a equipe de Chakrabarty encontrou um absorvedor de luz anormalmente forte em plumas que não era carbono negro, mas representou mais da metade da absorção total observada.
Chakrabarty recorreu a Rohan Mishra, professor associado de engenharia mecânica e ciência dos materiais, para investigar esse material desconhecido e suas propriedades. Arashdeep Thind, que obteve um doutorado em ciência e engenharia de materiais em 2021 enquanto trabalhava no laboratório de Mishra, usou um sofisticado microscópio eletrônico – alojado no Centro de Ciências de Materiais Nanofásicos, uma instalação do usuário do Departamento de Energia dos EUA no Oak Ridge National Laboratory (ORNL ) – para medir as propriedades ópticas de partículas individuais das amostras de fumaça coletadas pela equipe de Chakrabarty.
“Sabíamos que havia algo incomum com este material em sua composição, estrutura e espectro de absorção”, disse Mishra. “Observando a estrutura atômica local das partículas marrom-escuras – que têm apenas algumas dezenas de nanômetros – e medindo simultaneamente suas propriedades ópticas usando o microscópio eletrônico do ORNL, fomos capazes de decifrar que essas partículas são semelhante ao carbono negro. É provável que eles se formem de maneira semelhante à fuligem nas chamas de alta temperatura ao longo das bordas dos incêndios florestais.”
Mishra e Chakrabarty descobriram que o carbono marrom escuro absorve um pouco menos luz do que o carbono preto por partícula, mas é quatro vezes mais abundante nas plumas. Isso significa que partículas furtivas de carbono marrom escuro em incêndios florestais provavelmente resultam em muito mais aquecimento climático do que o reconhecido anteriormente.
Eles também observaram que essas partículas absorvem comprimentos de onda de luz do ultravioleta ao infravermelho próximo, cobrindo todo o espectro visível. Surpreendentemente, esse potente carbono marrom é resistente ao branqueamento fotoquímico causado pela luz solar, que faz com que os aerossóis orgânicos absorvedores de luz percam sua capacidade de absorção na atmosfera.
As descobertas da equipe têm amplas implicações. Com os incêndios florestais previstos para aumentar globalmente nas próximas décadas, o papel do carbono marrom escuro produzido nos incêndios será ainda mais impactante. Chakrabarty e Mishra dizem que isso ressalta a necessidade de aproveitar a colaboração multidisciplinar para revisar os modelos climáticos existentes para explicar os efeitos inesperados do carbono marrom na fumaça dos incêndios florestais. Sem esse ajuste crítico, disseram, existe o risco de subestimar os efeitos dos incêndios florestais no aquecimento global e, portanto, a urgência dos esforços de mitigação das mudanças climáticas.
Esta pesquisa foi apoiada pela NASA (80NSSC18K1414 e NNH20ZDA001N-ACCDAM), National Oceanic and Atmospheric Administration (NA16OAR4310104), National Science Foundation (AGS-1455215 e AGS-1926817) e Departamento de Energia dos EUA (DE-SC0021011).
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