Um enorme laboratório voador revela os segredos de como a vida marinha afeta a formação de nuvens

A visão da aeronave de pesquisa DC-8 enquanto voa através da camada limite marinha, a porção da atmosfera próxima à superfície do oceano onde o oceano influencia processos como a formação de nuvens. Crédito: Sam Hall

A vida no oceano ajuda a produzir nuvens, mas as nuvens existentes mantêm as novas nuvens afastadas

Fique na costa do oceano e inspire uma grande lufada de névoa salgada e você sentirá o aroma inconfundível do mar. Esse cheiro de maduro, quase mofado? Isso é enxofre.

O plâncton marinho respira mais de 20 milhões de toneladas de enxofre no ar a cada ano, principalmente na forma de sulfeto de dimetila (DMS). No ar, este produto químico pode se transformar em enxofre azedo, que auxilia na formação de nuvens por fornecer um local para a formação de gotículas de água. Na escala dos oceanos do mundo, esse processo afeta todo o clima.

Mas uma nova pesquisa da Universidade de Wisconsin-Madison, da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional e outros revela que mais de um terço do DMS emitido do mar nunca pode ajudar a formar novas nuvens porque estão perdidos nas próprias nuvens. As novas descobertas mudam drasticamente a compreensão predominante de como a vida marinha afeta as nuvens e podem mudar a maneira como os cientistas prevêem como a formação de nuvens responderá às mudanças nos oceanos.

O primeiro autor do estudo, Gordon Novak, foi fotografado usando o equipamento de detecção química da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional usado no estudo. Crédito: Cortesia de Gordon Novak

Ao refletir a luz solar de volta para o espaço e controlar a precipitação, as nuvens desempenham um papel importante no clima global. Prevê-los com precisão é essencial para compreender os efeitos das mudanças climáticas.

“Acontece que essa história de formação de nuvens estava realmente incompleta”, diz Tim Bertram, professor de química da Universidade de Wisconsin-Madison e autor sênior do novo relatório. “Nos últimos três ou quatro anos, temos nos perguntado sobre partes dessa história, seja por meio de experimentos de laboratório ou experimentos de campo em grande escala. Agora podemos conectar melhor os pontos entre o que está saindo do oceano e como essas partículas que encorajam a formação de nuvens. “

Com colaboradores de outras 13 instituições, Gordon Novak, estudante de graduação da University of Wisconsin-Madison, colocou a análise publicada em 11 de outubro de 2021, em Proceedings of the National Academy of Sciences.

Há alguns anos, esse grupo de colaboradores, liderado por Patrick Ferris da NOAA, descobriu que, no caminho para se tornar ácido sulfúrico, o DMS primeiro se converte em uma molécula conhecida como HPMTF, que não havia sido reconhecida antes. Para o novo estudo, a equipe usou NASAUma aeronave carregada com instrumentos proprietários para fazer medições detalhadas desses produtos químicos sobre o oceano aberto, dentro das nuvens e sob um céu ensolarado.

“Esta é uma enorme aeronave DC-8. É um laboratório voador. Essencialmente, todos os assentos foram removidos e instrumentos químicos muito precisos foram colocados no lugar que permitem à equipe medir, em concentrações muito baixas, ambas as moléculas liberadas no a atmosfera e todos os intermediários químicos ”, afirma Bertram.

A equipe descobriu a partir dos dados de voo que o HPMTF se dissolve prontamente nas gotículas de água das nuvens existentes, removendo permanentemente esse enxofre do processo de nucleação da nuvem. Em áreas sem nuvens, mais HPMTF permanece para se tornar ácido sulfúrico e ajuda a formar novas nuvens.

Liderado por colaboradores Florida State UniversityA equipe levou essas novas medições em consideração em um grande modelo global de química da atmosfera do oceano. Eles descobriram que 36% do enxofre do DMS é perdido para as nuvens dessa forma. Outros 15% do enxofre são perdidos em outros processos, então o resultado é que menos da metade da liberação de plâncton marinho sulfuroso, como o DMS, pode ajudar a formar nuvens nucleares.

“A perda de enxofre nas nuvens reduz a taxa de formação de pequenas partículas, portanto, reduz a taxa de formação dos próprios núcleos de nuvem. O efeito sobre o brilho da nuvem e outras propriedades terão que ser explorados no futuro”, diz Bertram.

Até recentemente, os pesquisadores ignoravam amplamente os efeitos das nuvens nos processos químicos sobre o oceano, em parte porque bons dados da camada de nuvens são difíceis de obter. Mas o novo estudo mostra o poder das ferramentas certas para obter esses dados e as funções importantes que as nuvens podem desempenhar, influenciando até mesmo os processos que dão origem às próprias nuvens.

“Este trabalho realmente reabriu esta área da química marinha”, diz Bertram.

Referência: “A rápida remoção de nuvem de produtos de oxidação de sulfeto de dimetila limita a produção de nucleação de SO e condensação de nuvem na atmosfera marinha” Gordon A. Novak, Charles H. Fett, Christopher D. Holmes, Patrick R. Ferris, J. Andrew Newman, Ian Valona, ​​Joel A. Thornton, Glenn M. Wolf, Michael B. Vermeuil, Christopher M. Jernigan, Jeff Peschel, Thomas B. Kanako Sekimoto, T. Bullboy, Jonathan Dean Day, Glenn S. Diskin, Joshua B. Deganji, John B. Nowak, Richard H. Moore, Elizabeth B. Wiggins, Edward L. Winstead, Claire Robinson, K. Lee Thornhill, Kevin J. Sanchez, Samuel R. Hall, Kirk Ullmann, Maximilian Dollner, Bernadette Wenzierl, Donald R. Blake e Timothy H. Bertram, 11 de outubro de 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas.2110472118

Este trabalho foi apoiado em parte pela National Science Foundation (concessão GEO AGS 1822420 e CHE 1801971), NASA (concessão 80NSSC19K1368 e NNX16AI57G) e pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (concessão CA-D-LAW-2481-H).