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Desculpe, Terra, a camada de ozônio não está se curando afinal

A atmosfera da Terra, vista durante o pôr do sol em maio de 2010 da Estação Espacial Internacional. O ozônio em nossa estratosfera é um ingrediente vital para proteger os humanos da radiação ultravioleta ionizante de alta energia. Crédito da imagem: NASA/ISS.

O buraco no ozônio está diminuindo, com certeza, mas para avaliar toda a camada, você precisa olhar para toda a Terra.

Ao longo da história da vida na Terra, houve um ajudante pouco notado: uma fina, mas importante camada de ozônio na estratosfera do nosso planeta. Transparente à luz visível, essa molécula de trioxigênio não é do tipo que você respira, mas absorve com sucesso a luz ultravioleta de alta energia. Sem a camada de ozônio, essa luz se propagaria até a superfície, onde é capaz de quebrar as ligações orgânicas e trabalhar para neutralizar os processos naturais da vida que tanto prezamos. Inadvertidamente, o aumento generalizado dos clorofluorcarbonos (CFCs) e seu uso em latas de aerossol começaram a destruir a camada protetora de ozônio e, cerca de 30 anos atrás, a humanidade se uniu para praticamente eliminar o uso de CFC. Pensávamos que o buraco se fecharia e o problema se resolveria sozinho. Mas um novo estudo, examinando uma parte da camada de ozônio que não havia sido examinada antes, mostra que o problema geral não melhorou em 20 anos.

A camada de ozônio na estratosfera da Terra protege a vida na superfície da radiação ultravioleta prejudicial. Embora os CFCs danificassem significativamente essa camada, pensava-se que cessar essas emissões levaria a uma recuperação geral. Este pode não ser o caso. Crédito da imagem: NASA / Smithsonian Air & Space Museum.

A radiação ultravioleta é conhecida por ser perigosa, e nosso ozônio estratosférico é nossa primeira linha de defesa. Com a ampla adoção e cumprimento do Protocolo de Montreal, o ozônio atmosférico parou de diminuir e as medições da estratosfera superior indicaram que os níveis de ozônio estavam se recuperando. A recuperação foi tão significativa que os principais modelos previam uma recuperação de 100% na maioria das latitudes habitadas por humanos até o ano de 2100. Mas uma incógnita ainda precisava ser investigada com o nível de escrutínio necessário: a concentração de ozônio em altitudes mais baixas. Ao contrário das expectativas e sem explicação de como isso aconteceu, a estratosfera inferior parece estar perdendo ozônio , tanto que a quantidade total de ozônio nas áreas mais densamente povoadas não está aumentando.

De 1998 até o presente, as latitudes médias da Terra viram um aumento nos níveis de ozônio na estratosfera superior. No entanto, a estratosfera inferior indica um deslocamento da mesma magnitude. Por alguma razão, a camada de ozônio não está se recuperando no geral. Crédito da imagem: W.T. Ball et al. (2018), Atmos. Química Física Discuss., doi.org/10.5194/acp-2017–862.

No que promete ser o primeiro resultado inesperado das ciências atmosféricas em 2018 , uma equipe de pesquisadores reuniu quatro conjuntos de dados diferentes que monitoram as altitudes mais altas da atmosfera da Terra e os analisaram quanto a mudanças nas concentrações de ozônio. Enquanto a estratosfera superior mostrou os mesmos aumentos nas densidades de ozônio, a estratosfera inferior, cuidadosamente analisada pela primeira vez, mostrou o efeito oposto. Isso é algo que nenhum dos melhores modelos de camada de ozônio, por mais bem-sucedidos que sejam para outras aplicações, foi capaz de prever. De acordo com Will Ball, o principal autor do novo estudo,

A razão para o declínio contínuo não é totalmente compreendida, mas pode ser resultado de nosso clima em mudança, aumentos de espécies de cloro de curta duração não regulamentadas, ou algum fator ainda desconhecido, mas os modelos climáticos químicos não reproduzem as mudanças atuais que encontramos.

Em todas as latitudes medidas, um aumento na concentração de ozônio na estratosfera superior é mais do que cancelado por uma diminuição na estratosfera inferior. Crédito da imagem: W.T. Ball et al. (2018), Atmos. Química Física Discuss., doi.org/10.5194/acp-2017–862.

De fato, se você quantificar a quantidade que as concentrações de ozônio, em geral, mudaram, você descobrirá que a quantidade que o ozônio na estratosfera inferior diminuiu virtualmente cancela os aumentos observados nas outras camadas. Este é um quebra-cabeça inesperado, pois entendemos como o ozônio é produzido naturalmente na estratosfera: pelos mesmos dois ingredientes – oxigênio e luz ultravioleta – que sempre o produziram. Quando a luz ultravioleta atinge uma molécula de oxigênio, ela a divide em dois átomos de oxigênio individuais. Cada um pode então reagir com outra molécula de oxigênio, produzindo moléculas de ozônio, que deveriam permanecer na estratosfera: onde a produção atinge o pico.

O processo atmosférico que cria o ozônio é direto e simples e, no entanto, não pode explicar por que a estratosfera inferior está perdendo ozônio. Crédito da imagem: Laboratório de Pesquisa do Sistema Terrestre NOAA.

Mas o que não entendemos bem, aparentemente, é como o ozônio produzido é redistribuído ou, potencialmente, destruído por outros processos. Embora certamente existam enigmas sobre o que o ozônio na atmosfera da Terra está fazendo, os últimos 20 anos de dados mostraram uma coisa definitivamente: ele não permaneceu simplesmente constante. (Pelo menos, nas latitudes que foram cuidadosamente monitoradas.) De 1998 a 2011, a densidade total da coluna de ozônio aumentou, apenas para cair novamente para os níveis de 1998 nos últimos anos. Não há uma boa teoria nem um bom modelo empírico de por que isso está acontecendo, mas sem dúvida se tornará uma das maiores questões em aberto da ciência atmosférica.

Várias linhas de tendência e densidades totais de coluna de ozônio dessazonalizadas, normalizadas para os níveis de 1998. A linha vermelha é a linha de tendência de melhor ajuste e média da temporada. Crédito da imagem: W.T. Ball et al. (2018), Atmos. Química Física Discuss., doi.org/10.5194/acp-2017–862.

O mistério se aprofunda se olharmos para a camada mais baixa da atmosfera da Terra: a troposfera. Essa camada, composta pelos poucos quilômetros de atmosfera mais próximos da nossa superfície (e mais de 80% da atmosfera da Terra, em massa), apresentou um aumento na densidade de ozônio. É certo que os dados só estão disponíveis com cobertura global há aproximadamente 12 a 13 anos, mas são bastante convincentes: mostram que a densidade de ozônio nas camadas mais baixas está aumentando, assim como na estratosfera superior. Isso torna o que está ocorrendo na estratosfera média a baixa ainda mais intrigante.

Global' 60◦S–60◦N total de ozônio da coluna troposférica entre 2004 e 2016. OMI/MLS integrado de ozônio (linha cinza) e séries temporais dessazonalizadas (preto). Os períodos de 2005 e 2016 são plotados em azul e vermelho, respectivamente. Crédito da imagem: W.T. Ball et al. (2018), Atmos. Química Física Discuss., doi.org/10.5194/acp-2017–862.

Há cinco conclusões principais a sair deste trabalho, algumas (mas não todas) das quais são promissoras:

1. O Protocolo de Montreal continua a demonstrar sua eficácia para aumentar a densidade de ozônio na alta estratosfera, conforme previsto.
2. Misteriosamente, a estratosfera inferior mostrou um declínio de ozônio de maior magnitude no mesmo período de tempo.
3. No geral, a densidade global de ozônio de latitude média na estratosfera tem diminuiu , já que o efeito da estratosfera inferior foi um pouco mais poderoso.
4. Se você adicionar os aumentos troposféricos, a densidade total de ozônio permaneceu apenas relativamente constante.
5. E, finalmente, os modelos de última geração não reproduzem os níveis de ozônio observados nas camadas mais baixas da atmosfera.

Embora o estudo que tirou essas conclusões não tenha uma explicação infalível para esse resultado, existem dois possíveis culpados. Uma delas são as substâncias de vida muito curta (VSLS) que podem estar destruindo porções da camada de ozônio; pesquisa sobre isso está em andamento . Mas a segunda possibilidade é aquela com a qual ninguém está feliz: o aquecimento global.

Anomalias globais da temperatura da superfície terrestre e oceânica global. Linhas leves são médias de 12 meses e linhas pesadas são médias de 132 meses (11 anos). Crédito da imagem: W.T. Ball et al. (2018), Atmos. Química Física Discuss., doi.org/10.5194/acp-2017–862.

Devido ao aquecimento global, há sugestões de que a tropopausa aumentou e continuará aumentando, a troposfera aqueceu e esses fenômenos podem afetar as concentrações de ozônio na baixa estratosfera. Além disso, as mudanças climáticas induzidas pelos gases de efeito estufa parecem estar causando um aumento na ressurgência nos trópicos, o que poderia diminuir o ozônio estratosférico lá, de acordo com simulações. O mecanismo exato responsável por essas mudanças ainda não foi identificado, mas os dados são claros: a previsão de recuperação de 100% até 2100 não incluiu esses resultados. Com esse novo entendimento, essa recuperação pode ser paralisada ou empurrada para escalas de tempo extremamente longas, e o aquecimento global pode estar exacerbando ou até causando esse problema. Conforme Ball et al. papel afirma:

[A] aumento da tropopausa, devido ao aquecimento da troposfera, pode levar a uma diminuição do ozônio em latitudes médias, mas o aumento da tropopausa também é afetado pela própria perda de ozônio…

onde o ozônio na baixa estratosfera é um fator importante no forçamento radiativo do clima. Com base na física direta, a redução do ozônio estratosférico inferior compensará parte do aumento forçado do aumento dos GEEs.

As camadas da atmosfera da Terra, conforme mostrado aqui em escala, sobem muito mais alto do que o limite tipicamente definido do espaço. Todo objeto em órbita baixa da Terra está sujeito ao arrasto atmosférico em algum nível. A estratosfera e a troposfera, no entanto, contêm mais de 95% da massa da atmosfera da Terra e praticamente todo o ozônio. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Kelvinsong.

Em outras palavras, redistribuir o ozônio para longe da estratosfera inferior na verdade reduziu a força radiativa que acelera o aquecimento global. Sim, o buraco na camada de ozônio sobre a Antártida pode estar diminuindo , mas temos que examinar os efeitos globais do ozônio, não apenas o que está ocorrendo em um pólo. E quando o fazemos, não parece bom. As concentrações globais de ozônio na atmosfera, em todo o mundo, não aumentaram desde 1997, mas são as mesmas hoje que eram naquela época. Como Ball e seus colaboradores afirmam:

O Protocolo de Montreal está funcionando, mas se a tendência negativa no ozônio estratosférico mais baixo persistir, sua eficiência pode ser contestada. A restauração da camada de ozônio é essencial para reduzir os efeitos nocivos da radiação solar UV que impactam a saúde humana e do ecossistema. Atualmente, os modelos não reproduzem de forma robusta o declínio no ozônio estratosférico inferior identificado aqui. Isso será imperativo, tanto para prever mudanças futuras quanto para determinar se é possível evitar novas diminuições.

Se quisermos restaurar a camada de ozônio e reduzir os efeitos nocivos da radiação ultravioleta da vida no planeta Terra (inclusive para os humanos), temos que descobrir o que está causando esse comportamento estranho. Seja você um fã dos modelos climáticos atuais ou não, acertar é essencial para entender nosso mundo e mantê-lo hospitaleiro não apenas para os humanos, mas para os ecossistemas dos quais nosso planeta depende. Temos apenas um planeta onde a vida surgiu e se sustentou, até onde sabemos. Cabe a todos nós cuidarmos disso.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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