Os efeitos do aerossol no clima são geralmente classificados como directos ou indirectos, no que respeita às alterações radiativas no sistema climático. As alterações radiativas provocam mudanças relevantes nos fluxos de energia da radiação solar (máxima intensidade na gama da radiação visível) e da radiação terrestre (máxima intensidade na gama da radiação infra-vermelha), na atmosfera. Estas alterações são induzidas por alterações antropogénicas ou biogénicas na composição da atmosfera, na superfície terrestre ou actividade solar.
Enquanto as alterações radiativas de sinal negativo (dispersão e a reflexão da radiação solar por parte do aerossol e das nuvens) tendem a diminuir a temperatura da superfície terrestre, as alterações radiativas de sinal positivo (absorção de radiação terrestre por gases causadores de efeito de estufa e por nuvens) tendem a aumentá-la. Na Figura I.5 apresentam-se os efeitos directos e indirectos causados pelo aerossol no sistema climático. A resposta do sistema é corolário da interacção do aerossol com: a radiação solar e terrestre; as nuvens e a precipitação; a circulação geral da atmosfera e o ciclo hidrológico; e as fontes antropogénicas e biogénicas do aerossol e de gases à escala global e regional.
(Pöschl, 2005). Assim, a reacção e resposta do sistema climático a perturbações naturais ou antropogénicas, tais como emissões vulcânicas, emissões industriais e veiculares de aerossóis e gases com efeito de estufa, entre outros, apresentam grande incerteza. Em muitos casos, o sinal e os efeitos são desconhecidos, não sendo assim fácil de clarificar se a perturbação criada vai ser reequilibrada (Pöschl, 2005).
Emissão de partículas e gases precursores de origem antropogénica e biogénica
(solo, pó mineral, poeiras de ressuspensão de estradas, cinzas, COprimário, COVs, etc...)
Aerossol atmosférico
y propriedades ópticas
y participação na formação de núcleos de condensação de nuvens e núcleos de gelo y actividade química e biológica
Radiação e temperatura
y absorção e dispersão (reflexão) y solar (UV/VIS) e terrestre ( IV)
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Nuvens e precipitação
y gotas de água e cristais de gelo y formação, evaporação, deposição
Circulação atmosférica e oceânica, ciclos biogeoquímicos
y transporte de massa e calor, transporte horizontal e vertical, eventos climáticos extremos y ciclo hidrológico: água, neve e gelo, evapotranspiração
y ciclo do carbono e enxofre : fotossíntese e decaimento da biomassa, metabolismos biológicos, queima de biomassa e de combustíveis fósseis, actividade vulcânica, etc.
Efeitos directos Efeitos Indirectos
Figura I.5. Efeitos directos e indirectos no sistema climático do aerossol atmosférico (Pöschl, 2005).
Os efeitos directos incluem a absorção e dispersão de radiação por parte do aerossol. Os efeitos indirectos prendem-se com as modificações microfísicas e radiativas introduzidas pelo aerossol nas nuvens. Os efeitos indirectos incluem efeitos como o albedo das nuvens (partículas das nuvens, mais numerosas e de menor dimensão reflectem mais radiação solar), efeitos no tempo de vida das nuvens (partículas das nuvens de menor dimensão diminuem a eficiência da precipitação), efeitos termodinâmicos (gotas das nuvens de menores dimensões atrasam transformações em gelo), e efeitos de glaciação (mais núcleos de gelo provocam um aumento na eficiência da precipitação) (Haywood e Boucher, 2000; Pöschl, 2005).
I – Introdução
comparação com um estado de inexistência ou abundância limitada de aerossol (e.g. era pré-industrial). Uma vez que a validação directa com medições de alterações ao balanço radiativo por parte do aerossol é basicamente impossível, a comunidade científica admite que a validação apenas poderá resultar com a combinação de dados resultantes da utilização de satélites e de simulações com modelos.
Até ao momento foram efectuadas algumas tentativas para estimar as alterações ao balanço radiativo desde a era pré-industrial (e.g. Boucher e Haywood, 2001; Schwartz, 2004). O balanço radiativo total resultante (gases com efeito de estufa, actividade solar, ozono, efeitos directos do aerossol e o efeito indirecto do aerossol - albedo) apresenta uma probabilidade de 75 a 97% de ser positivo. Estas estimativas não consideram todos os outros efeitos indirectos porque o conhecimento sobre eles é limitado (Lohmann e Feichter, 2005). Mesmo assim, podem ser estimadas gamas de probabilidade a partir de simulações inversas ou considerações termodinâmicas (e.g. Forest et al., 2002; Knutti et al., 2002; Anderson et al., 2003). Estes autores limitam nas suas estimativas a soma de
todos os efeitos negativos do aerossol entre 0 e -2 W.m-2. Uma vez que as estimativas
com modelo geral de circulação apenas para o efeito indirecto albedo apresentam
valores entre -0,5 e -1,9 W.m-2 (Lohmann e Feichter, 2005) então os restantes efeitos
indirectos anulam-se uns aos outros ou o efeito do albedo é menor do que os modelos actualmente prevêem.
Os constituintes principais do aerossol carbonoso (CE, CO) influenciam o balanço radiativo directamente de formas distintas considerando quer a sua origem, quer a sua distribuição no aerossol (misturas internas – cada partícula contém uma combinação de diferentes espécies; externas – cada partícula contém uma espécie química distinta), como referem Haywood e Boucher (2000).
O carbono orgânico provoca, maioritariamente, a dispersão da radiação alterando o balanço radiativo negativamente, quer em misturas internas ou externas ou quer tenha origem na queima de combustíveis fósseis ou na queima de biomassa (Hobbs et al., 1997; Penner et al., 1998; Cooke et al., 1999; Grant et al., 1999). Os valores estimados para o efeito sobre a radiação por parte do carbono orgânico, nas diferentes
circunstâncias estudadas variaram entre -0,02 W.m-2 e -0,41 W.m-2 (a 0,55 µm).
Enquanto o primeiro valor representa apenas a queima de combustíveis fósseis com mistura externa (Cooke et al., 1999), o segundo valor representa a queima de biomassa e
O carbono elementar absorve, principalmente, a radiação visível alterando o balanço radiativo positivamente com um coeficiente estimado de absorção mássica entre 7 e 12
m2.g-1 a 0,55 µm (Reddy e Boucher, 2004), sendo estes valores influenciados pelo tipo
de mistura e pela origem (Haywood e Boucher, 2000). Estimativas do efeito radiativo directo por parte do CE resultante da queima de combustíveis fósseis e/ ou de biomassa
variam entre 0,20 W.m-2 e 0,42 W.m-2 considerando misturas internas ou externas,
respectivamente (Haywood e Ramaswamy, 1998; Myhre et al., 1998; Penner et al., 1998).
Na Figura I.6 apresenta-se uma estimativa dos efeitos no balanço radiativo por parte das emissões de aerossol carbonoso, resultantes da queima de biomassa e de combustíveis fósseis. O aerossol carbonoso proveniente da queima de biomassa resulta, principalmente, na alteração do balanço radiativo negativamente e, maioritariamente, no hemisfério sul. Já o aerossol carbonoso proveniente da queima de combustíveis fósseis resulta, principalmente, numa alteração positiva e, na sua maioria, no hemisfério norte.
Figura I.6. Exemplos de alterações ao balanço radiativo (W.m-2) devido ao efeito directo do aerossol carbonoso (a) da queima de biomassa e (b) queima de combustíveis fósseis (Adaptado de Haywood e Boucher, 2000).
I – Introdução
Os estudos sobre efeitos indirectos causados pelo aerossol carbonoso são muito mais escassos do que os dos efeitos directos pelas razões indicadas acima (e.g. Penner et al., 1996; Lohmann et al., 2000). Para além dessas razões, o grau de incerteza destas estimativas é exponenciado pela escassez de elementos fundamentais como a absorção de radiação solar pelo carbono elementar existente nas nuvens ou os efeitos do aerossol secundário. Assim, enquanto Penner et al. (1996) apresentaram como valores de
alteração ao balanço radiativo por parte dos efeitos indirectos entre -2,5 a -4,5 W.m-2,
Lohmann et al. (2000) apresentaram valores entre -1,3 e 0,9 W.m-2 para misturas
externas e internas de aerossol carbonoso, respectivamente.
Os estudos até aqui efectuados parecem indicar que os efeitos indirectos do aerossol (em termos médios globais) resultam no cancelamento de pelo menos metade do aquecimento provocado pelos gases de efeito de estufa com origem antropogénica (2,4
W.m-2). De qualquer forma é necessário ter em atenção que os efeitos indirectos
apresentam variações geográficas relacionadas com a distribuição e altura das nuvens, a distribuição do aerossol, albedo da superfície e ângulo zénite solar.