Nature revela descoberta de mecanismo de formação de nuvens de tempestades na Amazônia

INPE

24 de outubro de 2016

Transporte vertical de partículas e gases na Amazônia.

Artigo publicado na Nature revela descoberta de mecanismo de formação de nuvens de tempestades na Amazônia. Cientistas brasileiros participaram das pesquisas.

Há mais de 15 anos cientistas procuravam descobrir os mecanismos de produção de partículas responsáveis pela formação de núcleos de condensação de nuvens na Amazônia. Sabia-se que parte dessas partículas vinha da própria floresta, pelas emissões biogênicas, mas os números não fechavam. Faltavam partículas.

Um estudo divulgado hoje, na revista Nature, que conta com autores brasileiros, mostra como esse mistério que intrigava os pesquisadores foi desvendado. A pesquisa descobriu a origem dos aerossóis atmosféricos que alimentam as nuvens da região amazônica em condições livres de poluição, e o mecanismo que repõe aqueles que foram retirados pela chuva.

Os aerossóis são fundamentais para a formação das nuvens e para o controle do balanço de radiação solar que atinge a superfície do planeta. Também são responsáveis pela formação das gotas de nuvens, atuando como núcleos de condensação. Na Amazônia, as partículas biogênicas primárias emitidas eram insuficientes para nuclear tantas gotículas de nuvens. E sem essas gotículas, não há nuvens e nem chuva.

Processo recém-descoberto de formação
de novas partículas na Amazônia.

Essa descoberta foi feita a partir do experimento Green Ocean Amazon Experiment(GoAmazon), planejado para estudar o efeito da poluição de Manaus nas propriedades da atmosfera amazônica. Contudo, inesperadamente, os cientistas chegaram a esse novo mecanismo de formação de partículas e aos processos convectivos (movimentos verticais de massas de ar) com nuvens que transportam essas partículas de cima para baixo. Por esses mesmos processos, os VOCs (gases conhecidos como compostos orgânicos voláteis, da sigla em inglês) são transportados da superfície da floresta até a alta atmosfera.

A chuva limpa a atmosfera removendo os aerossóis, e o mistério era como a atmosfera reestabelecia rapidamente a concentração de aerossóis. Este estudo mostra que as nuvens através de suas correntes descendentes trazem uma grande concentração de nanopartículas que foi encontrada em alta concentração em altos níveis. Essas nanopartículas se combinam com VOCs e crescem rapidamente ao tamanho de núcleos de condensação para auxiliar na formação das nuvens, formadas com correntes ascendentes.

Segundo Paulo Artaxo, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) e coautor do artigo, há muito tempo seu grupo vinha medindo em solo, sem sucesso, a formação de novas partículas de aerossóis na Amazônia. “As novas partículas nanométricas simplesmente não apareciam. As medições eram sempre feitas em solo ou com aviões voando até no máximo três mil metros de altura. Mas a resposta, na verdade, estava ainda muito mais no alto da atmosfera amazônica”, disse o pesquisador.

A floresta, em seu metabolismo, naturalmente emite VOCs, entre eles terpenos e isoprenos. O que a equipe descobriu foi que as nuvens transportam, pela forte convecção, esses gases da superfície para a alta atmosfera, podendo chegar a 15 mil metros de altitude. Nessa altitude, a temperatura, em torno de 70°C negativos, faz com que gases semivoláteis se condensem e formem novas partículas nanométricas (entre 5 a 10 nanômetros).

As medidas foram feitas por dois aviões que participaram do experimento GoAmazon2014/15. Um deles era o Gulfstream-1, pertencente ao Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), dos Estados Unidos. Mas foi a partir dos voos de até 15 km de altitude, de um segundo avião, do Instituto Max Planck e DLR (Centro Alemão de Aeronáutica), o HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft), que foi possível confirmar essas medidas.

Medidas em solo

O resultado descrito no artigo publicado na Nature também foi confirmado com medidas em solo no laboratório Torre Alta de Observação da Amazônia (ATTO, na sigla em inglês), operado pelo INPA como parte do experimento LBA. Os dados coletados por essa torre, de 320 metros de altura e situada na Reserva Biológica de Uatumã, mostraram que as correntes convectivas descendentes transportam as nanopartículas até a superfície.

“Essas observações são surpreendentes”, segundo Luiz Augusto Machado do INPE, um dos coordenadores do experimento e também co-autor do estudo. O pesquisador explica que quando se ultrapassa a chamada camada limite planetária – com altitudes superiores a 2.500 metros – ocorre uma inversão de temperatura que costuma inibir o transporte vertical de partículas. No entanto, “o transporte através das nuvens convectivas quebra essa barreira e permite o mecanismo funcionar em regiões tropicais”, acrescenta.

Artaxo esclarece que os VOCs oriundos das plantas fazem parte de um mecanismo fundamental para a produção de aerossóis em áreas continentais. “O conjunto dos VOCs emitidos pela floresta e as nuvens fazem uma dinâmica muito peculiar e produzem enormes quantidades de partículas em altas altitudes, onde acreditava-se que elas não existiriam. São mecanismos biológicos da floresta atuando junto com as nuvens para manter o ecossistema Amazônico em funcionamento”.

Segundo Artaxo, esses gases são jogados para a alta atmosfera, onde a velocidade do vento é muito grande, e são redistribuídos pelo planeta de forma muito eficiente. “Estamos atualmente realizando trabalhos de modelagem para precisar as regiões afetadas pelas emissões de VOCs da Amazônia e transportadas pela circulação atmosférica”, salienta o professor da USP.

Como tais mecanismos eram até agora desconhecidos, essa produção de aerossóis não está contemplada em nenhum modelo climático. “É um conhecimento que terá de ser incluído, pois ajudará a tornar as simulações de chuva na Amazônia mais precisas”, conclui Machado, pesquisador do INPE.

A pesquisa foi financiada pela FAPESP entre outras fontes de apoio e financiamento. O trabalho foi liderado pelo cientista Jian Wang, do Brookhaven National Laboratory, dos Estados Unidos, e contou com a participação da Universidade de Harvard, Instituto Max Planck, INPA, UEA, USP e INPE.

O artigo “Amazon boundary layer aerosol concentration sustained by vertical transport during rainfall” foi publicado na última edição da revista Nature, acessível em: http://dx.doi.org/10.1038/nature19819. Caso não consiga acesso, contatar a Biblioteca do INPE pelo tel: 12 3208-6910/6911 ou e-mail: biblioteca.sid@inpe.br.