Partículas biológicas em nuvens de grande altitude

[ Press Release 09-100 Scientists Make First Direct Observations of Biological Particles in High-Altitude Clouds ]


Poeira em suspensão e micróbios parecem desempenhar um importante papel na formação de gelo nas nuvens

Photo of clouds taken from the window of an airplane.

Partículas biológicas – bactérias, pólen, fungos – fun­­cionam como núcleos para a formação de gelo nas nuvens.
Crédito e imagem apliada

17 de maio de 2009

Uma equipe de químicos atmosféricos chegou mais perto do que é considerado o “santo graal” da ciência das mudanças climáticas: a primeiríssima detecção de par­tículas biológicas dentro do gelo das nuvens.

A equipe, chefiada por Kimberly Prather e Kerri Pratt da Universidade da Califórnia
em San Diego, mais exatamente da Instituição Scripps de Oceanografia, colheu amostras de resíduos de gotículas de água e cristais de gelo em alta velocidade, voando através das nuvens nos céus do Wyoming.

A análise dos cristais de gelo revelou que as partículas que deram início a seu cres­cimento, eram feitas quase que inteiramente de poeira ou material bio­lógico, tal como bactérias, esporos de fungos e outros materiais de origem vegetal.

Embora se saiba, faz tempo, que se pode encontrar micro-organismos em sus­pensão no ar que cobrem grandes distâncias, este estudo foi o primeiro a apre­sentar dados diretos sobre como eles funcionam para influenciar a formação de nuvens.

Os resultados da Experiência Gelo nas Nuvens (Ice in Clouds Experiment – Layer
Clouds = ICE-L), financiada pela Fundação Nacional de Ciências (NSF), serão publicados na edição online de 17 de maio da Nature Geoscience.

Pratt, o autor principal do artigo, disse: “Se conseguirmos compreender as fon­tes das partículas que nucleiam as nuvens e sua abundância relativa, pode­remos medir seu impacto sobre o clima”.

Os efeitos das pequeninas partículas em suspensão no ar, chamadas aerossóis, na formação de nuvens tem se mostrado um dos aspectos do tempo e do clima mais difíceis de entender pelos cientistas.

Na ciência das mudanças climáticas, que cria muitas de suas projeções através de simulações em computador de fenômenos climáticos, as interações entre os aerossóis e as nuvens representam o que os cientistas consideram a maior incerteza na modelagem de previsões para o futuro.

Aeronave C-130  da NSF usada no projeto ICE-L.

Esta aeronave C-130 da NSF FOI usada no Projeto ICE-L.
Crédito e imagem ampliada

Anne-Marie Schmoltner da Divisão de Ciências Atmos­féricas da NSF, que financiou a pesquisa, disse: “Colhen­do amostras em tempo real com um avião, esses inves­tigadores foram capazes de obter informações sobre par­tí­culas de gelo nas nuvens com um nível de detalhe ja­mais visto”. 

“Determinando a composição química dos próprios nú­cleos de cada uma das partículas de gelo, eles desco­briram que tanto a poeira mineral, como, surpreen­dentemente, partículas de origem biológica desem­penham um papel de destaque na formação de nuvens”.

Os arossóis, que variam de poeira, fuligem e sal marinho, até materiais orgânicos, alguns dos quais viajam por milhares de quilômetros, formam o esqueleto das nuvens.

Em torno desses núcleos, a água e o gelo na atmosfera se condensam e cres­cem, levando às precipitações. Os cientistas estão tentando entender como os núcleos se formam, uma vez que as nuvens desempenham um papel crítico, tanto por resfriar a atmosfera, como por afetar os regimes de chuvas e outras precipitações.

A equipe ICE-L montou um espectrômetro de massa em uma aeronave C-130, operada pelo Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for
Atmospheric Research = (NCAR) em Boulder, Colorado, e realizou uma série de voos através de um tipo de nuvem conhecido como nuvens onduladas (um tipo de cirro).

Os pesquisadores realizaram medições in-situ dos resíduos de cristais de gelo das nuvens e descobriram que metade era poeira mineral e cerca de um terço era feito de ions inorgânicos misturados com nitrogênio, fósforo e carbono – os elementos-assinatura de material biológico.

Kerri Pratt inside a bordo do C-130

A cientista Kerri Pratt dentro da aeronave C-130 da NSF com os instrumentos para coleta das partículas das nuvens.
Crédito e imagem ampliada

A velocidade de análise, segundo a segundo, permitiu aos pesquisadores distinguir entre gotículas de água e partículas de gelo. Núcleos de gelo são mais raros do que núcleos de gotículas.

A equipe demonstrou que tanto poeira como material biológico formam os núcleos dessas partículas de gelo, algo que, anteriormente, só podia ser criado em simu­lações em laboratório.

“Isso foi como medir um ‘santo-graal’ para nós”, revela Prather.

“Compreender quais partículas formam núcleos de gelo, assim como quais delas tem concentrações extrema­mente baixas e que são inerentemente difíceis de medir, significa que se pode começar a entender os processos que resultam em precipitações. Qualquer nova peça de informações que se puder obter, é crítica”.

As descobertas sugerem que as partículas biológicas que são postas em sus­pensão por tempestades de poeira, ajudam a induzir a formação de gelo nas nuvens e que sua região de origem faz diferença. Os indícios apontam cada vez mais para o fato de que a poeira levantada na Ásia pode estar influenciando as precipitações na América do Norte, por exemplo.

Os pesquisadores esperam usar os dados da pesquisa ICE-L para projetar estu­dos futuros, a serem previstos para quando ocorrerem eventos onde se sus­peita que tais partículas possam estar desempenhando um papel mais impor­tante na ocorrência de chuvas e neve.

A pesquisa também foi apoiada pelo NCAR.

São também co-autores do artigo: Paul DeMott e Anthony Prenni da Univer­sidade do Estado do Colorado, Jeffrey French e Zhien Wang da Universidade de Wyoming, Douglas Westphal do Laboratório Naval de Pesquisas em Monterey, Califórnia, Andrew Heymsfield do National Center for Atmospheric Research e  Cynthia Twohy da Universidade do Estado do Oregon.


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