A atividade humana afeta a estrutura vertical da atmosfera

Original em inglês por Anne M Stark, LLNL.

Representação gráfica das “digitais” – tanto das atividades humanas, quanto as da natureza – sobre a estrutura vertical da atmosfera. As mudanças decorrentes das atividades humanas, tais como a produção acelerada de gases de efeito estufa, faz com que a estratosfera esfrie, enquanto a troposfera, do meio para cima, se aqueça. Um novo estudo comprova que as influências naturais não poderiam causar sozinhas essas mudanças de temperaturas.

Crédito da imagem: Lawrence Livermore National Laboratory. (Imagem ampliada)

As influências das atividades humanas causaram um impacto direto no padrão latitude/altitude da temperatura atmosféricas. Esta é a conclusão de um novo relatório apresentado pelos cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory e seis outras instituições científicas. A pesquisa compara vários registros feitos por satélites de mudanças nas temperaturas atmosféricas com os resultados de simulações computadorizadas de grande tamanho e vários modelos.

“A atividade humana tem efeitos muito diferentes sobre as temperaturas da atmosfera superior e inferior, e uma digital muito diferente das influências puramente naturais”, afirma Benjamin Santer, o principal autor do artigo publicado na edição de 16 de setembro de Proceedings of the U.S. National Academy of Sciences. “Nossos resultados fornecem indícios claros de uma distinta influência humana sobre a estrutura térmica da atmosfera”.

Os dados das observações por satélites e as previsões do modelo de computação da resposta à influência humana têm um padrão comum de latitude/altitude de mudanças da temperatura atmosférica. As características principais desse padrão são, em escala global, o aquecimento da troposfera e o resfriamento da estratosfera, ao longo dos registros dos satélites por 34 anos. (A troposfera é a parte mais baixa da atmosfera da Terra. A estratosfera fica acima da troposfera.)

“Os atuais modelos climáticos provavelmente não são capazes de produzir este padrão de sinal distinto, somente pela variabilidade interna, ou em resposta a mudanças causadas por fenômenos naturais, tais como variações na radiação solar, ou aerossóis espalhados por erupções vulcânicas”, diz Santer.

As flutuações internas naturais no clima são geradas por complexas interações no sistema atmosfera-oceano, tais como o bem conhecido El Niño. As influências externas incluem mudanças causadas pelas atividades humanas, tais como os gases de efeito estufa, camada estratosférica de ozônio e outros agentes sobre as radiações, assim como flutuações de origem puramente natural na radiação solar e os aerossóis vulcânicos. Cada uma dessas influências deixa uma “digital” inconfundível no padrão detalhado por latitude/altitude de mudanças na temperatura atmosférica.

A informação das digitais se comprovou particularmente útil para separar as influências climáticas das atividades humanas, solares e vulcânicas.

“O padrão de mudanças de temperaturas que foi observado no sentido vertical na atmosfera, desde o nível do chão até a estratosfera, se ajusta ao que era esperado da atividade humana de emissão de gases de efeito estufa. O mesmo padrão entra em conflito com o que seria de se esperar de outras explicações, tais como flutuações na emissão de radiações pelo Sol”, explica Santer.

Outra pesquisadora do LLNL, co-autora do artigo, Celine Bonfils, observa que grandes erupções vulcânicas também podem perturbar profundamente a estrutura vertical da temperatura atmosférica. “Durante o período de recuperação de tais erupções, também acontecem o aquecimento da troposfera e o resfriamento da estratosfera”, diz ela. “Porém, de forma diferente das influências vulcânicas, as mudanças de temperaturas atmosféricas causadas pela atividade humana afetam todas as latitudes e duram mais tempo. Isto sugere que as recentes mudanças de temperaturas não são uma simples recuperação de eventos vulcânicos passados”.

Os outros cientistas do Livermore incluem Jeff Painter, Peter Gleckler, Charles Doutriaux e Karl Taylor. A equipe de pesquisadores contou ainda com cientistas do Remote Sensing Systems (Carl Mears e Frank Wentz), do Massachusetts Institute of Technology (Susan Solomon), da Universidade de Adelaide, Austrália (Tom Wigley), do NASA/Goddard Institute of Space Studies (Gavin Schmidt), do Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis (Nathan Gillett) e do Nansen Environmental and Remote Sensing Center, Noruega (Peter Thorne).


É um pássaro? É um avião? É um OVNI? Não… é um sprite!


Traduzido de: Is it a bird, a plane, a UFO? It’s a…red sprite

Cientistas atmosféricos estudam as estranhas luzes nos céus

Original em inglês por Cheryl Dybas, NSF[email protected]

A sky with red sprites

Essas estranhas luzes nos céus são chamadas sprites vermelhos; elas se formam acima das nuvens de tempestade.

Crédito e imagem ampliada

26 de agosto de 2013

É um pássaro? É um avião? É um OVNI? As estranhas luzes no céu estão sendo vigiadas de perto pelos cientistas atmosféricos.

Chamadas de sprites pelos pesquisadores, essas fadas dançarinas das nuvens são às vezes vislumbradas como clarões vermelhos de luz com a forma de águas-vivas.

Outras vezes, elas se parecem com clarões azuis em forma de corneta (e são chamadas de jatos azuis). No entanto, tal como as ninfas mais elusivas, os sprites vermelhos e os jatos azuis só aparecem em uma ocasião: durante fortes trovoadas.

Muito embora tenham esporadicamente relatados por muitos anos por pilotos de aeronaves, somente na última década se coletou indícios suficientes para convencer os cientistas atmosféricos a investigar o fenômeno.

O que é isso no céu?

Agora os pesquisadores atônitos que se perguntavam “Que diabos é isso?”, podem ter encontrado respostas.

Acima das nuvens negras de uma trovoada, aparecem os sprites, na forma de clarões de luz vermelha lançados muito para cima, na atmosfera da Terra, explica o cientista Hans Nielsen da Universidade do Alaska em Fairbanks.

Os breves clarões se parecem com brilhantes águas-vivas, com “umbrelas” vermelhas e tentáculos arroxeados. Em uma única noite, uma trovoada de bom tamanho pode emitir até cem sprites.

Na imensidão azul – ou vermelha – acima

sky with red sprites

Um milésimo de segundo: o quanto dura um sprite, mais rápido do que um piscar de olhos.

Crédito e imagem ampliada

Nielsen, Jason Ahrns, também da Universidade do Alaska em Fairbanks, Matthew McHarg da Academia da Força Aérea dos EUA e pesquisadores do Fort Lewis College formaram uma equipe neste verão [NT: verão lá no Hemisfério Norte] para estudar os sprites.

Eles empregaram a aeronave Gulfstream-V da Fundação Nacional de Ciências (NSF)/Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (NCAR), uma aeronave que é capaz de voar a grandes altitudes, alcançando os 50.000 pés (pouco mais de 15 km), para realizar sua pesquisa. Seu projeto é financiado pela NSF.

Sky with red sprites resembling glowing jellyfish

Sprites vermelhos podem parecer águas-vivas luminosas, com estruturas parecidas com “umbrelas” e tentáculos.

Crédito e imagem ampliada


Os sprites são semelhantes aos relâmpagos, dizem Nielsen e McHarg, em tanto quanto são ambos resultantes de descargas de eletricidade que partem da atmosfera.

Embora os sprites imitem os relâmpagos “de algumas maneiras”, explica McHarg, “eles são diferentes em outras. Os relâmpagos acontecem abaixo e dentro das nuvens, em altitudes entre 3,5 a 8 km. Os sprites ocorrem muito acima das nuvens, a cerca de 80 km de altitude – 10 vezes mais alto do que os relâmpagos.

Eles são enormes, prossegue McHarg, atingindo 50 km acima de seu ponto de origem.

“Os sprites vermelhos não duram por muito tempo, entretanto; cerca de um milésimo de segundo. Isso é 300 vezes mais rápido do que um piscar de olhos!”

Os jatos azuis, que não faziam parte diretamente do estudo dos cientistas, duram mais do que os sprites vermelhos, têm origem no topo das nuvens de tempestade e se lançam para cima a uma altitude de menos da metade daquela dos sprites vermelhos. Os jatos azuis são mais estreitos do que os sprites vermelhos e se propagam no formato de cornetas em tons de azul e roxo.

“Este campo de pesquisas está evoluindo rapidamente e é importante para a compreensão do circuito elétrico global”, diz Anne-Marie Schmoltner, diretora de programa na Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da NSF, que patrocina da pesquisa. “A campanha aerotransportada [para detecção] dos sprites, durante o presente verão, nos forneceu observações com resoluções temporais sem precedentes”.

O que cria as luzes celestiais das trovoadas

Above a thunderstorm's black clouds, red sprites mimic lightning.

Acima das nuvens negras da tempestade, os sprites vermelhos (canto superior direito) imitam os relâmpagos.

Crédito e imagem ampliada

Os pesquisadores da atmosfera desenvolveram teorias para explicar essas luzes celestiais.

Os sprites vermelhos podem acontecer quando um raio de carga positiva nuvem-solo cai, o que perfaz cerca de 10% de todos os raios e que são muito mais poderosos do que os raios comuns de carga negativa.

Os clarões podem ser parentes das centelhas elétricas.

Depois que um possante raio cai, o campo elétrico acima de uma trovoada pode ficar reforçado a ponto de causar uma “ruptura elétrica”, uma sobrecarga que enfraquece a resistência da atmosfera ao fluxo da corrente elétrica. O resultado é uma imensa centelha, um sprite, na atmosfera.

Scientists next to the NSF/NCAR Gulfstream-V aircraft.

Os cientistas realizaram suas pesquisas a bordo da aeronave Gulfstream-V da NSF/NCAR.
Crédito e imagem ampliada


Embora ainda sejam ainda algo misteriosos, os sprites vermelhos ajudaram a responder algumas questões que vinham se perpetuando.

Os cientistas descobriram que os sprites vermelhos criam algumas das emissões de rádio em baixa frequência que vêm sendo captados ao longo dos anos pelos instrumentos, mas cuja fonte era desconhecida.

Grandes emissões de raios gama, provenientes da Terra, em lugar do espaço, também aparecem durante trovoadas, muito embora seu exato relacionamento com os sprites vermelhos permaneça obscuro.

Os pesquisadores agora avaliam se os sprites vermelhos (e os jatos azuis) podem afetar a atmosfera de modo importante.

Por exemplo, os sprites e jatos podem alterar a composição química da atmosfera superior. Embora sejam breves, eles podem deixar cargas de longa duração.

A cor vermelha profunda dos sprites é causada pela luz emitida pelas moléculas de nitrogênio na atmosfera, explica McHarg. Os sprites vermelhos podem se revelar importantes para a química da atmosfera e para o clima global, ao mudar as concentrações de óxido nítrico nas camadas superiores da atmosfera.

Os pesquisadores empregam uma técnica chamada espectroscopia de alta velocidade para estudar as diferentes cores dos sprites para determinar a quantidade de energia que os sprites carregam e descobrir mais sobre sua composição química.

Como ver um sprite

Blue jets ona  dark sky

Outra pesquisa financiada pela NSF estudou os jatos azuis, parentes próximos dos sprites vermelhos.
Crédito e imagem ampliada

Podem as pessoas que observam trovoadas em terra, vislumbrar os sprites vermelhos e os jatos azuis a olho nú? Sim, se eles souberem para onde olhar.

Os observadores têm que estarem em condições de visualizar uma trovoada distante, sem nuvens no meio, em uma área sem as luzes de uma cidade. E aí eles precisam olhar para cima da tempestade, não para os relâmpagos dentro das nuvens.

É provável, segundo os cientistas, que, se os observadores esperarem o suficiente, eles vejam um sprite vermelho. Os jatos azuis são mais difíceis de flagrar. O melhor ponto de observação provavelmente seria de dentro de uma aeronave que sobrevoasse a trovoada a quilômetros de distância.

Com seus pneus de borracha, um carro pode ser o veículo mais seguro de onde se pode caçar os efêmeros sprites das nuvens de trovoadas.


As pequenas colisões dão energia às tempestades de poeira

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Crédito da imagemt: squeaks2569 via flickr | http://bit.ly/133kwVc
Informações sobre direitos: http://bit.ly/c34Awz

08 de agosto de 2013
Por: Sophie Bushwick, Contribuidora do ISNS
(ISNS) – Tempestades de poeira podem varrer milhões de toneladas de solo e mandar o turbilhão de poeira a milhares de quilômetros de distância. Muito embora essas tempestades pareçam ser enormemente poderosas, parte de sua força na verdade deriva da fonte mais aparentemente insignificante: as colisões em pleno ar entre os grãos de poeira ou areia.
Quando as partículas em suspensão no ar se chocam contra o chão durante uma tempestade de poeira, elas lançam as partículas que repousavam no solo, para atmosfera, da mesma forma que uma ventania recolhe as gotículas d’água de um lago. Este processo, chamado saltação, carrega ainda mais poeira e debris para a atmosfera. Algumas dessas partículas vão voar como saltons, enquanto que as assim chamadas reptons caem de volta e se assentam sobre o solo.
Porém um novo estudo publicado na Physical Review Letters sugere que o destino de uma partícula depende de mais fatores do que estes derrame sobre o solo. Uma colisão em pleno ar pode modificar o comportamento individual de uma partícula — e o movimento da tempestade como um todo.
Para examinar os efeitos dessas colisões, uma equipe internacional de pesquisadores criou um modelo tri-dimensional de computação que incorpora o comportamento de partículas individuais durante uma tempestade de poeira, dando a cada partícula o tamanho aproximado de um grão de areia.
Quando os cientistas mandavam sua simulação ignorar essas colisões em pleno ar, o fluxo da tampestade ficava três vezes mais fraco do que quando o computador levava em conta essas colisões. Isso soa meio contra-intuitivo — seria de se esperar que ir de encontro a um obstáculo fosse encurtar a trajetória de uma partícula, não aumentá-la. No entanto, as colisões em pleno ar podem criar mais saltons que voam mais alto, o que acrescenta mais poeira à tempestade.
“Os saltons passam a maior parte do tempo no ar e, por causa disso, ganham mais velocidade graças às interações com os ventos”, explica o co-autor Nuno Araújo do Instituto de Materiais de Construção de Zurique. “Assim, quando eles colidem com o chão, causam um efeito splash maior”.
Claramente, os saltons podem contribuir para a intensidade de uma tempestade. Porém sua criação depende de colisões com o chão, não com outras partículas em suspensão no ar, ao menos de acordo com o modelo original. O novo estudo afirma que esse quadro está errado. Para começo de conversa, os reptons se dividem em duas categorias distintas: os rastejantes que mantêm o contato com o chão, e os saltadores que dão pequenos saltos sobre a superfície.
“Quando os saltons tentam voltar e tocar o chão, eles colidem com esses saltadores”, explana Araújo. “Em vez de caírem direto no chão, eles tocam um e tocam outro. O que estamos explicando agora é que esses saltons são criados devido ao histórico de colisões que eles têm em pleno ar, não durante o splash. Na maioria das vezes, é quando estão no meio do salto que os saltadores colidem com outras partículas e se tornam saltons”.
Além de poder incluir ou excluir as colisões em pleno ar em suas tempestades de poeira, os pesquisadores também podiam alterar várias propriedades de suas partículas simuladas. Isto os ajudou a encontrar os fatores que maximizariam o fluxo de debris voadores.
Os cientistas descobriram que uma tempestade fica mais forte quando for feita do tipo de partículas que percam cerca de 30% de sua energia cinética em uma colisão. E – surpresa!… – grãos de areia preenchem estes requisitos.
A areia é o material perfeito para aumentar a intensidade de uma tempestade de poeira, o que explica por que as tempestades de areia podem ser tão destrutivas. Além de jogarem o solo de um lado para o outro, tempestades de poeira e areia contribuem para a erosão, danos a obras humanas e uma pletora de problemas de saúde, desde asma até os fungos aeromóveis que causam a febre do vale de San Joaquin.
Para se preparar adequadamente para essas tempestades e, quem sabe, impedir que a poeira se torne voadora, para começar, os cientistas precisam fazer modelos de tempestades de poeira tão acurados quanto possível. “Não se pode começar observando um modelo e identificar exatamente quais serão os locais de onde a poeira pode subir”, afirma William Sprigg, da Universidade do Arizona em Tucson.
Uma vez que os pesquisadores saibam a fonte da poeira, eles podem tentar mantê-la no chão, usando vários métodos, desde a proibição de veículos recreacionais, o que permite que a área mantenha uma crosta firme, até a mais trabalhosa colocação de redes com sementes, o que criaria uma vegetação de superfície para manter o solo fixo.
Embora a incorporação do novo estudo possa acrescentar novas informações para os modelos de tempestades de poeira, alguns deles já provaram sua capacidade. Por exemplo, o Dust REgional Atmosphere Model, (DREAM = Modelo Regional de Poeira) da Universidade do Arizona, desenvolvido por Slobodan Nickovic. Em julho de 2011, o DREAM previu a massiva tempestade de poeira que engolfou a cidade de Phoenix, Arizona.
Tal como descreve Sprigg, “Essa poeira tem quilômetros de altura, cerca de 60 km de profundidade. E nosso modelo se saiu muito bem na previsão do que essa tempestade iria se tornar com dois dias de antecedência”.
E enquanto as novas informações sobre as colisões em pleno ar podem auxiliar os sistemas de previsão de tempestades de poeira, também tem outras aplicações. Afinal, a saltação não afeta apenas a formação de tempestades de poeira, ela também contribui para a movimentação dos solos dos desertos.
Como explica Araújo, “Esta mudança de comportamento no transporte em massa pode modificar o que sabemos acerca da formação e evolução das dunas”.

Sophie Bushwick é uma escritora de ciências freelance da cidade de Nova York. Seus trabalhos já foram publicados em vários meios de comunicação impressos e online.

 

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