Uno studio di un team internazionale di ricercatori, compresi scienziati brasiliani, mostra che l'inquinamento urbano di Manaus, la capitale dello stato di Amazonas in Brasile, aumenta la formazione di aerosol attraverso la foresta pluviale amazzonica molto più del previsto.

Questo forte aumento degli aerosol prodotti dalla foresta ha un impatto significativo sui fattori chiave del cambiamento climatico globale, come il bilancio radioattivo, produzione di nuvole e pioggia, e il tasso di fotosintesi delle piante. Dove l'inquinamento urbano non colpisce la foresta, gli aerosol organici sono prodotti dal suolo nella regione, ma in quantità molto inferiori, secondo lo studio.

Ricerche simili riguardanti le foreste boreali, che sono stati utilizzati come base per la modellazione del clima globale, hanno mostrato un aumento massimo dei livelli di aerosol organici secondari del 60 per cento a causa dell'inquinamento delle città vicine.

"Per la prima volta, siamo stati in grado di modellare e prevedere i livelli di aerosol in Amazzonia. È noto che i modelli climatici basati sull'emisfero settentrionale non si applicano alla foresta pluviale amazzonica. Ci siamo resi conto che i numeri derivati ​​da altri studi non tornavano. I risultati di questo nuovo studio renderanno quindi i modelli meteorologici più accurati e raffineranno i modelli climatici regionali e globali, " ha detto pubblicato in Comunicazioni sulla natura , l'inquinamento urbano si traduce in un aumento medio del 200 percento nella formazione di aerosol organici secondari, con picchi fino al 400 per cento. FAPESP ha sostenuto lo studio nell'ambito del Green Ocean Amazon Experiment e di un progetto tematico collegato al programma di ricerca sui cambiamenti climatici globali.

Paolo Artaxo, professore ordinario presso l'Istituto di Fisica dell'Università di San Paolo (IF-USP) e uno degli autori dell'articolo, afferma che il prossimo passo è includere la chimica dell'aerosol tropicale nei modelli climatici globali, come quelli utilizzati dal Gruppo intergovernativo delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (IPCC), Per esempio, in modo da prevedere in modo più accurato i cicli idrologici in Amazzonia e rilevare i cambiamenti nei modelli di pioggia in tutta la regione tropicale della Terra.

Piccola alterazione, impatto maggiore

Un aerosol è una sospensione di particelle solide fini o goccioline liquide nell'aria. Gli aerosol primari sono prodotti naturalmente dalle foreste, composto da polvere, polline, cenere e particelle di carbonio da incendi, Per esempio. Gli aerosol secondari si formano nell'atmosfera dalle reazioni chimiche di aerosol primari e precursori gassosi o composti organici volatili (COV) emessi dalle foreste e dalle attività umane, come la combustione di combustibili fossili.

L'aumento fino al 400 percento degli aerosol organici secondari a causa del pennacchio di inquinamento di Manaus ha un effetto significativo sull'ambiente. Questi aerosol svolgono un ruolo importante nell'assorbimento della radiazione solare da parte dell'atmosfera per formare nuvole di pioggia, tra l'altro.

Il pennacchio di Manaus contiene alti livelli di ozono (O3), ossido di azoto, anidride solforosa (SO2) e radicali idrossilici (OH). "Quando i livelli di zolfo e di composti azotati dell'inquinamento urbano si accumulano nell'atmosfera, i vapori biogeni nella foresta si ossidano molto più rapidamente, formando molti nuovi aerosol, molto più di quanto accadrebbe se il processo fosse puramente naturale, " disse Henrique Barbosa, anche professore all'IF-USP e coautore dell'articolo.

In questo studio, il gruppo di ricerca internazionale ha analizzato le conseguenze di questi cambiamenti osservativamente e sperimentalmente utilizzando modelli matematici. Hanno anche eseguito simulazioni al computer sulla formazione di questa grande quantità di aerosol, identificare i processi associati alla loro origine e i meccanismi chimici mancanti dai modelli utilizzati.

"La regione amazzonica è per lo più abbastanza incontaminata e priva di inquinamento. Un piccolo aumento dei composti azotati, Per esempio, innesca un enorme aumento dei livelli di aerosol forestale, Barbosa ha detto. "Il disturbo causato dalle emissioni antropiche è molto violento e colpisce il clima della regione, il sistema idrologico e il clima globale".

L'impatto più forte di questo cambiamento è sulla formazione delle nuvole in Amazzonia. "Abbiamo visto come alti livelli di aerosol ultrafini nelle nuvole cambiano la velocità dell'aria ascendente, rendendo le nuvole più vigorose con acqua più precipitabile, " Ha aggiunto.

Fotosintesi

La quantità di aerosol influenza fortemente anche la fotosintesi attraverso la foresta, che dipende dalla radiazione solare per fissare i livelli di carbonio. "Abbiamo osservato che in una certa misura, l'aumento dei livelli di aerosol secondari rende la fotosintesi più efficiente. Quindi, le reazioni avvengono più lentamente, " disse Barbosa.

Ha spiegato che ciò si verifica a causa dell'interazione tra aerosol e radiazione solare. Gli aerosol circolano liberamente nell'aria e modificano la quantità di radiazione sia diretta (luce solare che crea ombra) che diffusa ricevuta dalla foresta.

La radiazione diffusa nella foresta penetra più in profondità nella vegetazione, dalla chioma fino alle foglie più basse, così le piante possono usarlo per la fotosintesi. La radiazione diretta raggiunge solo le foglie più alte, e da lì giù, crea ombra.

"Quando i livelli di aerosol nell'atmosfera aumentano, aumenta la fotosintesi, ma se questi livelli diventano eccessivi, ostacolano la fotosintesi. In definitiva, non fa differenza se la radiazione diffusa aumenta, mentre gli aerosol bloccano la luce del sole, e le piante non sono in grado di utilizzare molto carbonio, " disse Barbosa.

isoprene

Secondo i ricercatori, lo studio mostra che le foreste tropicali sono significativamente più dinamiche di quanto si pensasse inizialmente. "L'aumento degli aerosol causati dall'inquinamento è molto maggiore nelle foreste tropicali [400 percento] che nelle foreste boreali [60 percento]. Ciò è dovuto a diversi meccanismi di emissione e ossidazione, nonché la presenza di isoprene solo nelle foreste tropicali, " disse Artasso.

L'isoprene è un tipo di COV emesso naturalmente dalla vegetazione nelle foreste tropicali come parte del metabolismo della vegetazione. L'isoprene è emesso in grandi quantità dalla foresta pluviale amazzonica e ha una breve emivita nell'atmosfera, dove viene convertito in particelle di aerosol. "La trasformazione dell'isoprene in particelle è notevolmente accelerata dalla presenza di inquinamento proveniente da Manaus, in particolare le emissioni di ossido di azoto, " disse Artasso.

Nelle foreste boreali, non ci sono emissioni di isoprene, sebbene queste foreste emettano bassi livelli di terpeni (un altro VOC). Però, la chimica atmosferica di questo gas è completamente diversa da quella dell'isoprene.

"Questo rende le emissioni della foresta tropicale la chiave per la produzione di particelle e la formazione di ozono, con una chimica sconosciuta prima dell'esperimento GOAmazon, " disse Artaxo. "Ora che conosciamo i meccanismi chimici, possiamo includerli nei modelli climatici globali per far progredire la nostra comprensione del ruolo svolto dalle foreste tropicali nel clima del pianeta".

Ha aggiunto che l'aumento degli aerosol organici secondari non è solo associato all'inquinamento urbano, come le emissioni dei veicoli. Ciò può essere dovuto anche ad altre attività che producono ossido di azoto, come gli incendi boschivi e l'uso di generatori nelle piccole città della regione amazzonica.

"Abbiamo scoperto che l'ossido di azoto è il catalizzatore per la formazione di aerosol organici secondari. Se questo composto è presente nell'inquinamento, indipendentemente dalla causa o dall'origine, la produzione di particelle si intensificherà, " disse Artasso.

Più precisione

La maggior parte dei modelli climatici si basa attualmente su dati e processi tipici dell'emisfero settentrionale. Nel caso di aerosol organici secondari e dei loro impatti, i modelli non riflettono accuratamente le condizioni nelle foreste tropicali, come l'Amazzonia.

Per produrre un nuovo modello che includa i dati per l'Amazzonia, i ricercatori hanno utilizzato misurazioni effettuate da velivoli di proprietà del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DoE), dati ottenuti in superficie da alcune stazioni di campionamento, e un sofisticato software per computer che simulava la chimica e la meteorologia atmosferica su scala regionale per rilevare le correlazioni tra il tempo ei processi chimici nell'atmosfera di questa foresta.

Questo approccio ha permesso ai ricercatori di utilizzare i dati sulle reazioni chimiche coinvolte per calibrare il modello WRF-Chem, un modello esistente che accoppia dinamica atmosferica e chimica, in modo che potessero simulare la dispersione del pennacchio di inquinamento di Manaus e la produzione aggiuntiva di aerosol dovuta all'interazione tra questo episodio di inquinamento e le emissioni naturali (biogeniche) dalla foresta.

Il prossimo passo sarà integrare questi processi nei modelli climatici globali per migliorare le previsioni meteorologiche a lungo termine e le proiezioni di precipitazioni e formazione di particelle, facendo progredire la comprensione degli scienziati del ruolo delle foreste tropicali nel cambiamento climatico.