O clima da Terra está a mudar em todo o mundo, mas as mudanças mais rápidas ocorrem perto dos pólos. Um novo estudo da Penn State oferece uma visão detalhada de como ocorrem as reações químicas na atmosfera do Ártico, mostrando que vários processos diferentes interagem simultaneamente para alterar o clima da região.
Durante a campanha de campo de dois meses, os cientistas usaram duas aeronaves de pesquisa especialmente equipadas, juntamente com instrumentos terrestres. O objetivo deles era comparar a química da atmosfera em duas regiões do Ártico, bem como perto do maior campo de petróleo da América do Norte, com áreas próximas. Como resultado desse esforço, os pesquisadores descobriram três descobertas principais. Buracos no gelo marinho – conhecidos como leads – têm um efeito profundo na química atmosférica e no desenvolvimento de nuvens. A poluição dos campos petrolíferos altera significativamente a composição da atmosfera regional. Juntos, estes factores formam um ciclo de feedback que acelera a perda de gelo marinho e amplifica o aquecimento do Árctico.
O projeto CHACHA e seus objetivos mais amplos
As descobertas foram publicadas recentemente em Boletim da Sociedade Meteorológica Americana e fazem parte de uma colaboração maior conhecida como Química no Ártico: Nuvens, Halogênios e Aerossóis, ou CHACHA. Este projecto multi-institucional, liderado por cinco organizações de investigação, centra-se na forma como as alterações químicas ocorrem à medida que o ar próximo da superfície sobe para a baixa atmosfera. Essas mudanças são impulsionadas por interações entre gotículas de água, nuvens baixas e poluição.
“Esta campanha de campo é uma oportunidade sem precedentes para investigar mudanças químicas na camada limite – a camada da atmosfera mais próxima da superfície do planeta – e compreender como a influência humana está a mudar o clima nesta importante região”, disse Jose D. Fuentes, professor de meteorologia no Departamento de Meteorologia e Ciências Atmosféricas e autor correspondente do artigo. “Os conjuntos de dados resultantes fornecem uma melhor compreensão da interação entre aerossóis marinhos, nuvens à superfície, emissões de campos petrolíferos e química multifásica de halogéneos no novo Ártico.”
Para estudar a atividade química na camada limite do Ártico, a equipe de pesquisa coletou amostras de ar sobre gelo marinho coberto de neve e recentemente congelado nos mares de Beaufort e Chukchi. As medições também foram feitas em espaços abertos e na tundra coberta de neve da encosta norte do Alasca, incluindo áreas próximas aos campos de petróleo e gás da Baía de Prudhoe. A campanha operou em Utkigwick, Alasca, de 21 de fevereiro a 16 de abril de 2022. Este período seguiu-se à aurora boreal – a duração da luz do dia contínua após meses de escuridão – quando o aumento da luz ultravioleta aumenta as reações químicas na superfície e na baixa atmosfera.
Como as rachaduras no gelo marinho aceleram o aquecimento
Os pesquisadores descobriram que as aberturas, que podem variar em largura de alguns metros a vários quilômetros de largura, criam fortes correntes ascendentes e formação de nuvens. Estas plumas elevam produtos químicos potencialmente nocivos, poluentes em aerossol e vapor de água a centenas de metros de altura – todos factores que podem amplificar o aquecimento. Segundo Fuentes, esse processo aumenta a transferência de calor e umidade, acelera a perda de gelo marinho e contribui para a formação de ainda mais chumbo, reforçando o ciclo.
Outro ciclo de feedback foi encontrado ao longo da costa do Ártico, onde os produtos químicos da neve salgada interagem com as emissões das operações nos campos petrolíferos. Durante a campanha CHACHA, os cientistas observaram a produção de bromo nestas camadas de neve salgada, um processo único nos ambientes polares. O bromo remove rapidamente o ozônio da camada limite, permitindo que mais luz solar alcance a superfície. Essa luz solar extra aquece a neve, liberando ainda mais bromo e aumentando o feedback.
Poluição e poluição atmosférica em uma região remota
A campanha de campo também descobriu grandes mudanças na camada limite acima dos campos petrolíferos da Baía de Prudhoe. As plumas de gás da mineração reagiram na baixa atmosfera, aumentando a acidez e produzindo compostos nocivos e poluição atmosférica, disse Fuentes. Os pesquisadores também descobriram que os halogênios interagem com as emissões dos campos petrolíferos para formar radicais livres, que mais tarde se tornam compostos mais estáveis que podem viajar longas distâncias. Estas substâncias podem contribuir para alterações ambientais muito além dos próprios campos petrolíferos.
Fuentes observou que os cientistas do CHACHA estão agora a estudar como estas reações químicas afetam o ambiente mais amplo do Ártico. Uma área problemática é a formação de plumas de smog, que apesar de terem origem numa região muitas vezes vista como intocada, podem atingir níveis de poluição semelhantes aos de grandes cidades como Los Angeles. Durante a campanha, as concentrações de dióxido de azoto atingiram aproximadamente 60-70 partes por mil milhões, níveis normalmente associados ao smog urbano.
Melhorar os modelos climáticos
A próxima fase da investigação centrar-se-á na criação de conjuntos de dados detalhados que os modeladores climáticos possam utilizar para compreender melhor como estes processos localizados no Árctico poderão afectar os padrões climáticos globais no futuro.
A equipe CHACHA também incluiu pesquisadores da Stony Brook University, da University at Albany, da University of Michigan e da University of Alaska em Fairbanks. O projeto foi financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA.
