Aeronave especial, barco, radar e torre ajudam a desvendar os segredos da floresta e da atmosfera amazônica

Equipe multidisciplinar envolvendo cientistas brasileiros e alemães investiga com instrumentos inovadores processos físico-químicos na interação entre a floresta e a atmosfera da Amazônia.

Os voos, que cobrirão toda a Amazônia, seguirão padrões definidos para medir perfis verticais
do solo à alta atmosfera (Foto: Luiz Augusto Machado e Lucía Barreiros/Flickr)

Dezembro começa com a largada de um grande e inédito experimento científico na Amazônia, o Chemistry of the Amazonian Atmosphere-Field Experiment in Brazil (Cafe-Brazil). Por dois meses, a atmosfera amazônica será analisada em detalhes, com um avião especial, um barco da Universidade do Estado do Amazonas (UEA), medidas na torre Amazon Tall Tower Observatory (ATTO) e um novo radar em Balbina, localizada a cerca de 150 quilômetros (km) ao norte de Manaus.

O experimento é uma parceria entre o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), o Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa), a USP e a Universidade do Estado do Amazonas (UEA), tendo do lado alemão a coordenação do Instituto Max Planck de Química. Os cientistas querem compreender os processos químicos naturais na interação entre a floresta, a atmosfera e o intenso ciclo hidrológico que são acoplados por processos ainda não conhecidos totalmente. Os resultados devem ajudar a explicar como, por exemplo, a floresta influencia o clima da região e os impactos das mudanças climáticas no funcionamento do ecossistema amazônico.

Um dos diferenciais do Cafe-Brazil é a instrumentação especial do avião. O experimento é centrado em medidas da aeronave de pesquisa Halo (High Altitude and Long Range Research Aircraft), operado pelo Centro Aeroespacial Alemão (DLR). O Halo é um avião de grande porte, com características especiais, capaz de voar a 15 km de altitude, na interface entre a troposfera e a estratosfera, e que pode cobrir grandes extensões com medidas detalhadas de processos atmosféricos e medidas de gases e partículas de aerossóis.

“Com ele, vamos estudar as partículas de aerossóis e gases que são responsáveis pelo intenso ciclo hidrológico amazônico, desvendando os mecanismos de nucleação de partículas na alta atmosfera, produzidas a partir da oxidação química de compostos orgânicos voláteis emitidos pela floresta na baixa atmosfera”, explica o físico Paulo Artaxo, do Instituto de Física (IF) da USP.

Luiz Augusto Machado, do Inpe e USP, explica que a meteorologia peculiar da Amazônia transporta esses gases para a alta atmosfera, e as nuvens trazem de volta estas partículas. O avião Halo é equipado com 19 instrumentos especiais, que medirão dezenas de parâmetros físico-químicos de gases e partículas, tais como compostos orgânicos voláteis, óxidos de enxofre e nitrogênio, monóxido de carbono, metano, ozônio, radicais livres e água.

Parceria estratégica

Inpa, Inpe, USP e Max Planck têm parceria de longa data, estudando gases-traços, aerossóis e nuvens sobre a Amazônia há mais de 25 anos. Com a implantação da torre ATTO, projeto conjunto germano-brasileiro iniciado em 2008, operada pelo Inpa, e a participação de pesquisadores da UEA, a colaboração ganhou ainda mais envergadura científica. “Teremos o avião Halo, o barco da UEA e a instrumentação da torre ATTO integrados nesse experimento. Não se faz ciência isoladamente, e a parceria com as instituições locais é mais que essencial, é estratégica”, diz Artaxo.

Para Beto Quesada, cientista do Inpa, a parceria Inpa-Instituto Max Planck na operação e manutenção da torre ATTO tem fornecido informações científicas “extraordinárias” sobre o funcionamento do ecossistema amazônico. Além dele, também participam Bruno Takeshi (Inpa) e Sergio Duvoisin (UEA).

Dirceu Herdies, do Inpe, afirma que o experimento Cafe-Brazil abre novas perspectivas sobre as ligações entre alta altitude e biologia florestal, conectadas por convecção vertical e correntes descendentes, e complementará as medições de longo prazo na torre ATTO. Associado a essas medidas, o estudo contará com extensa componente de modelagem atmosférica, coordenada por Dirceu, que utilizará modelos regionais com componentes químicas em alta resolução.

“A Amazônia é crítica para as mudanças climáticas globais, e precisamos entender melhor as ligações entre as emissões florestais, o transporte atmosférico e o impacto das mudanças climáticas na floresta. As estratégias de preservação da floresta amazônica precisam ser baseadas na ciência para serem efetivas, e experimentos como este fornecem a base para proteger a floresta amazônica”, acrescenta Artaxo.

Jos Lelieveld, líder científico da expedição e diretor do Instituto Max Planck de Química, diz que a expectativa é obter novas informações sobre os processos químicos na atmosfera acima da floresta tropical e também sobre as interações entre a biosfera e a atmosfera, a fim de explicar melhor o papel fundamental da floresta tropical no sistema terrestre.

Joachim Curtius, cientista atmosférico experimental e professor da Universidade Goethe, em Frankfurt, comentou estar “ansioso” pelos voos de pesquisa: “Estamos felizes em fazer parte desse importante projeto e que ele possa finalmente começar”, disse, referindo-se à longa espera – o experimento deveria ter sido lançado na primavera de 2020, mas foi adiado devido à pandemia do coronavírus. “Nosso foco é a formação de partículas a partir de gases-traços emitidos pela floresta”, complementa.

Medidas aéreas, na superfície e fluviais

Os voos, que cobrirão toda a Amazônia, seguirão padrões definidos para medir perfis verticais do solo à alta atmosfera. O plano também inclui os chamados voos em hélice, durante os quais o Halo irá voar em espiral de baixas altitudes até uma altitude de 15 quilômetros. As medições de aeronaves serão fundamentais para descobrir como os processos de oxidação atmosférica ocorrem na troposfera acima da floresta amazônica e como eles influenciam a formação e o crescimento de partículas de aerossóis, que são de importância central como núcleos de condensação de nuvens.

Os cientistas também querem encontrar a resposta para a questão de por que a natureza autolimpante da atmosfera não ocorre na floresta tropical, embora grandes quantidades de radicais hidroxila sejam constantemente consumidas. O composto químico é considerado um detergente para a atmosfera porque oxida poluentes como o metano e produz produtos de reação solúveis em água que são lavados do ar com a chuva.

Os estudos do avião Halo serão complementados por medidas detalhadas e similares sendo realizadas na torre ATTO, a uma altura de 325 metros, localizada no meio da floresta amazônica. Além das observações climáticas em diferentes alturas na atmosfera, as medidas na torre ATTO permitirão um grande detalhamento no topo das árvores e dentro do dossel da floresta. “Uma vez que um conjunto semelhante de instrumentos é implantado na torre ATTO como no avião Halo, isso oferece uma oportunidade única de vincular as medições diretamente acima da floresta tropical”, explica Machado.

Uma terceira componente do experimento será executada em janeiro, com uma expedição fluvial em um barco científico da UEA, coordenada pelo professor Sergio Duvoisin, que irá percorrer o longo trajeto de Manaus a São Gabriel da Cachoeira, no Alto Rio Negro, realizando medidas similares às do avião e da torre ATTO. O barco da UEA também é instrumentalizado para medida de gases de efeito estufa e aerossóis biogênicos emitidos pela vegetação, explica Lucana Rizzo, da USP, que também coordena as medidas fluviais.

Ciência é fundamental

A floresta amazônica tem importância ecológica global. Além de realizar a fotossíntese, essencial para a atmosfera planetária, atua como agente estabilizador do clima do planeta e influencia os ciclos da água e do carbono. Também produz grandes quantidades de compostos orgânicos voláteis (VOCs), como isopreno, que após oxidação formam partículas de aerossóis, que são essenciais para a formação de nuvens e precipitação (chuva). Pela sua localização tropical, a convecção profunda transporta essas componentes para a alta atmosfera, onde participam da circulação atmosférica global.

De acordo com os cientistas, os VOCs, vapor de água e ozônio sofrem alterações químicas na atmosfera, que envolve os radicais hidroxila. Este composto químico oxida poluentes como o metano, um potente gás de efeito estufa. Todos estes processos afetam as emissões e absorção de dióxido de carbono, o principal gás de efeito estufa, responsável pelo aquecimento global.

Experimentos científicos como o Cafe-Brazil são essenciais para conhecermos processos críticos que envolvem as florestas tropicais como a Amazônia. A ciência é fundamental para definirmos estratégias de conservação da floresta amazônica. Reduzir o desmatamento e a degradação florestal é fundamental para podermos ter a chance de limitar o aquecimento global a 2 graus Celsius. A Amazônia é chave na manutenção do clima global”, conclui Artaxo.

O experimento Cafe-Brazil conta com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (Fapeam) e do Instituto Max Planck de Química (MPIC).

Via Adrielly Kilryann, do Jornal da USP (Com informações do Instituto Max Planck de Química, Goethe University Frankfurt, IF-USP e Inpa)