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As nuvens formam-se quando o vapor de água – um gás invisível na atmosfera – adere a pequenas partículas flutuantes, como a poeira, e se transforma em gotículas de água líquida ou cristais de gelo. Num estudo recentemente publicado, mostramos que as partículas microplásticas podem ter os mesmos efeitos, produzindo cristais de gelo a temperaturas 5 a 10 graus Celsius (9 a 18 graus Fahrenheit) mais quentes do que gotículas sem microplásticos.
Isto sugere que os microplásticos no ar podem afetar o tempo e o clima, produzindo nuvens em condições onde de outra forma não se formariam.
Somos químicos atmosféricos que estudam como diferentes tipos de partículas formam gelo quando entram em contato com água líquida. Esse processo, que ocorre constantemente na atmosfera, é denominado nucleação.
As nuvens na atmosfera podem ser constituídas por gotículas de água líquida, partículas de gelo ou uma mistura dos dois. Nas nuvens na atmosfera média a superior, onde as temperaturas estão entre 32 e 36 F negativos (0 a 38 C negativos), cristais de gelo normalmente se formam em torno de partículas de poeira mineral de solos secos ou partículas biológicas, como pólen ou bactérias.
Os microplásticos têm menos de 5 milímetros de largura – aproximadamente o tamanho de uma borracha de lápis. Alguns são microscópicos. Os cientistas os encontraram nos mares profundos da Antártica, no cume do Monte Everest e na neve fresca da Antártida. Por serem tão pequenos, esses fragmentos podem ser facilmente transportados no ar.
Por que isso importa
O gelo nas nuvens tem efeitos importantes sobre o tempo e o clima porque a maior parte da precipitação normalmente começa como partículas de gelo.
Muitos topos de nuvens em zonas não tropicais ao redor do mundo se estendem o suficiente na atmosfera para que o ar frio congele parte de sua umidade. Então, quando o gelo se forma, ele retira vapor de água das gotículas de líquido ao seu redor, e os cristais ficam pesados o suficiente para cair. Se o gelo não se desenvolver, as nuvens tendem a evaporar em vez de causar chuva ou neve.
Embora as crianças aprendam na escola primária que a água congela a 32 F (0 C), isso nem sempre é verdade. Sem algo para nuclear, como partículas de poeira, a água pode ser super-resfriada a temperaturas tão baixas quanto 36 F negativos (38 C negativos) antes de congelar.
Para que o congelamento ocorra em temperaturas mais altas, algum tipo de material que não se dissolva na água precisa estar presente na gota. Esta partícula fornece uma superfície onde o primeiro cristal de gelo pode se formar. Se houver microplásticos presentes, eles podem causar a formação de cristais de gelo, aumentando potencialmente a chuva ou a queda de neve.
As nuvens também afetam o tempo e o clima de diversas maneiras. Eles refletem a luz solar que chega para longe da superfície da Terra, o que tem um efeito de resfriamento, e absorvem parte da radiação emitida pela superfície da Terra, que tem um efeito de aquecimento.
A quantidade de luz solar refletida depende da quantidade de água líquida versus gelo que uma nuvem contém. Se os microplásticos aumentarem a presença de partículas de gelo nas nuvens em comparação com as gotículas de água líquida, esta mudança na proporção poderá alterar o efeito das nuvens no equilíbrio energético da Terra.
NOAA
Como fizemos nosso trabalho
Para verificar se fragmentos de microplásticos poderiam servir como núcleos para gotículas de água, utilizamos quatro dos tipos de plásticos mais prevalentes na atmosfera: polietileno de baixa densidade, polipropileno, cloreto de polivinila e tereftalato de polietileno. Cada um foi testado em estado puro e após exposição à luz ultravioleta, ozônio e ácidos. Todos estes estão presentes na atmosfera e podem afetar a composição dos microplásticos.
Suspendemos os microplásticos em pequenas gotas de água e resfriamos lentamente as gotas para observar quando congelavam. Também analisamos as superfícies dos fragmentos plásticos para determinar sua estrutura molecular, uma vez que a nucleação do gelo pode depender da química da superfície dos microplásticos.
Para a maioria dos plásticos que estudamos, 50% das gotículas estavam congeladas no momento em que esfriaram a menos 8°F (menos 22°C). Estes resultados são paralelos aos de outro estudo recente realizado por cientistas canadianos, que também descobriram que alguns tipos de microplásticos nuclearam o gelo a temperaturas mais altas do que gotículas sem microplásticos.
A exposição à radiação ultravioleta, ozônio e ácidos tendeu a diminuir a atividade de nucleação do gelo nas partículas. Isto sugere que a nucleação do gelo é sensível a pequenas alterações químicas na superfície das partículas microplásticas. No entanto, esses plásticos ainda nucleam o gelo, então ainda podem afetar a quantidade de gelo nas nuvens.
O que ainda não se sabe
Para compreender como os microplásticos afetam o tempo e o clima, precisamos de conhecer as suas concentrações nas altitudes onde as nuvens se formam. Também precisamos de compreender a concentração de microplásticos em comparação com outras partículas que poderiam nuclear o gelo, tais como poeira mineral e partículas biológicas, para ver se os microplásticos estão presentes em níveis comparáveis. Essas medições nos permitiriam modelar o impacto dos microplásticos na formação de nuvens.
Fragmentos de plástico vêm em vários tamanhos e composições. Em pesquisas futuras, pretendemos trabalhar com plásticos que contenham aditivos, como plastificantes e corantes, bem como com partículas plásticas menores.
O Research Brief é um breve resumo sobre trabalhos acadêmicos interessantes.
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