Pesquisadores estudam fronteira entre o oceano e o ar

O limite entre o oceano e a atmosfera, onde o ar e o mar interagem, é conhecido como microcamada da superfície do mar. Entender como nutrientes, poluentes e matéria orgânica são trocados entre o ar e o mar também é vital para entender melhor o papel que eles desempenham na regulação dos ciclos de carbono e do clima.

O problema, no entanto, é que estudar a microcamada da superfície do mar é uma tarefa extremamente demorada e que pode apresentar muitos desafios.

Para entender melhor as interações ar-mar de constituintes biogeoquimicamente importantes, como gases e diferentes partículas, pesquisadores da Universidade de Delaware e da Universidade da Geórgia (UGA) conduziram recentemente um cruzeiro de pesquisa a bordo do Navio de Pesquisa Hugh R. Sharp da UD para estudar a microcamada da superfície do mar no Oceano Atlântico Norte.

A equipe de pesquisa fez dois cruzeiros anteriores que foram interrompidos devido ao clima tempestuoso e à pandemia de COVID-19.

Andrew Wozniak, professor associado da Escola de Ciências e Políticas Marinhas (SMSP), é o líder do projeto na UD, enquanto a líder do projeto na UGA é Amanda Frossard, professora associada do Departamento de Química da UGA.

Wozniak disse que a microcamada da superfície do mar é um microambiente único.

“Ele acumula material orgânico de um certo tipo e então atinge a interface ar-mar e se acumula ali, e isso cria propriedades físicas interessantes que influenciam a troca de materiais de um lado para o outro”, disse Wozniak.

“Achamos que se pudéssemos entender melhor como a química da matéria orgânica muda no espaço e no tempo devido aos processos oceânicos e à biologia, teríamos uma melhor compreensão de como esses gases são trocados e como as partículas emitidas para a atmosfera podem influenciar a química atmosférica.”

Frossard explicou que a equipe de pesquisa está interessada em estudar os chamados surfactantes, compostos que reduzem a tensão superficial de um líquido, como a água do mar, e se acumulam nas águas superficiais e na microcamada da superfície do mar devido à sua afinidade por superfícies e interfaces, como bolhas ascendentes no oceano.

Um dos principais objetivos do projeto é observar e entender melhor esses surfactantes.

“Queremos entender quais surfactantes estão no oceano, como eles se dividem na microcamada e o que afeta sua concentração e composição”, disse Frossard. “Estamos coletando amostras aqui, algumas que estamos processando no navio, mas estamos levando todas de volta ao laboratório para fazer análises diferentes.

“Usaremos esses resultados para entender a microcamada da superfície do mar e entender melhor as trocas gasosas entre o ar e o mar, bem como a emissão de partículas do oceano para a atmosfera.”

Painéis de vidro

Pesquisar a microcamada da superfície do mar não é nada fácil. Como visto nos cruzeiros anteriores que enfrentaram complicações imprevistas, o trabalho oceanográfico requer persistência em meio a um mar de desafios.

Para o experimento, os pesquisadores a bordo do navio conduziram um conjunto de análises biológicas e químicas, o que requer muito material.

A microcamada da superfície é incrivelmente fina, da ordem de 100 micrômetros de espessura, que é aproximadamente a espessura de um pedaço de papel de cópia. Uma das maneiras pelas quais os pesquisadores coletam o material é mergulhando uma placa de vidro na água e, em seguida, pegando um rodo para raspar a água que grudou na placa para uma garrafa.

“Como você pode imaginar, isso leva muito tempo”, disse Wozniak. “O que queremos é cerca de um litro e meio de água, e toda vez que você faz isso, você coleta cerca de sete mililitros.”

Trabalhando com a tripulação a bordo do R/V Sharp — Jon Swallow, Timothy Deering e James Warrington — a equipe refinou sua técnica de coleta para ajudar a melhorar seu método de amostragem.

Eles usaram um amostrador Rosette, um dispositivo usado para amostragem de água em águas profundas. Esse tipo de amostrador geralmente sai da lateral de um navio equipado com garrafas para que, quando ele afunda, volte com garrafas de água.

Para este experimento, no entanto, eles equiparam a Rosette com pedaços de vidro.

“Nós estendemos o amostrador para fora da parte de trás do barco, mergulhamos, levantamos e trazemos de volta a bordo e então raspamos o vidro”, disse Wozniak. “Fazemos isso repetidamente para coletar água suficiente para combinar para uma amostra. Levamos cerca de duas horas para fazer isso e contamos o número de vezes que fazemos isso, então temos um registro de quantas vezes leva para coletar as amostras.”

Wozniak disse que a ideia é que quando a placa de vidro desce na água e sobe de volta, o material na superfície é a última coisa que ela toca. Essas moléculas surfactantes são atraídas para a placa de vidro e aderem a ela. Conforme ela sai, parte do que está pingando é principalmente aquela água subjacente.

“Elas são chamadas de moléculas surfactantes porque reduzem a tensão superficial e essa propriedade de tensão superficial vai influenciar a turbulência naquela interface ar-água”, disse Wozniak. “Essa turbulência é um fator-chave em como os gases podem ir e voltar. Com mais turbulência, você terá mais troca de materiais.”

Atualmente, a maneira de quantificar como algo como dióxido de carbono é trocado para frente e para trás é baseada na velocidade do vento, porque o vento vai influenciar essa turbulência. Mas esses modelos têm grandes margens de erro, e o pensamento é que esses erros são em parte devido à influência de outros fatores, como esses surfactantes.

“Ao raspar isso do vidro, você consolidou essa camada fina”, disse Wozniak. “Essa foi nossa solução para estudar a microcamada da superfície do mar e é realmente um ótimo exemplo de colaboração entre a tripulação do navio e os cientistas para resolver um desafio real.”

Depois que as amostras foram coletadas, os pesquisadores conduziram suas análises a bordo do navio ou nos laboratórios de suas instituições de origem.

Os alunos da UD envolvidos no cruzeiro incluem Felix Agblemanyo, um aluno de doutorado que estuda oceanografia na Escola de Ciências e Políticas Marinhas da UD, que é membro do grupo de laboratório de Wozniak e estava conduzindo a pesquisa como parte de sua dissertação de doutorado.

Audrey Tong, uma estudante de graduação a bordo da expedição para ajudar no trabalho de ciências e comunicações, e Tia Ouyang, uma estudante de doutorado e também membro do laboratório de Wozniak, e Ava Grove, uma estudante de graduação tendo seu primeiro contato com a pesquisa oceanográfica, completaram a equipe de pesquisa da UD.