Assinatura óptica infravermelha revela a fonte

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13252 (2023) Citar este artigo

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Avançar no conhecimento da composição mineralógica da poeira é fundamental para compreender e prever seus impactos climáticos e ambientais. A variabilidade da mineralogia da poeira de uma fonte para outra e a sua evolução durante o transporte atmosférico não é medida em grande escala. Neste estudo usamos medições de laboratório para demonstrar que a assinatura de extinção de aerossóis de poeira em suspensão na janela atmosférica de 740 - 1250 cm-1 pode ser usada para derivar a mineralogia da poeira em termos dos principais minerais ativos no infravermelho, nomeadamente quartzo, argilas, feldspatos. e calcita. Várias assinaturas espectrais na extinção de poeira permitem distinguir entre múltiplas fontes globais com composição variável, enquanto modificações nos espectros de extinção de poeira com o tempo informam sobre as mudanças na mineralogia das partículas dependentes do tamanho durante o transporte. O presente estudo confirma que as observações de sensoriamento remoto infravermelho espectral e hiperespectral oferecem grande potencial para elucidar a mineralogia segregada por tamanho da poeira transportada pelo ar em escalas regional e global.

A poeira mineral está entre as espécies de aerossóis mais abundantes e difundidas na Terra1,2,3. O aerossol de poeira afeta o sistema climático de várias maneiras, incluindo efeitos diretos no orçamento radiativo atmosférico de ondas curtas e longas 4,5,6,7,8, efeito indireto na formação e propriedades de nuvens líquidas e geladas 9,10,11,12, contribuição para ciclos biogeoquímicos por atuar como fonte de nutrientes para os ecossistemas13,14, participação nas reações químicas atmosféricas15,16 e contribuição na degradação da qualidade do ar e impactos na saúde humana17,18. Como demonstrado por extenso trabalho científico nas últimas décadas, a força e o sinal destes diferentes efeitos dependem da composição mineralógica das poeiras, ou seja, da abundância, proporções relativas e estado de mistura dos diferentes minerais que compõem os aerossóis, que incluem principalmente silicatos no forma de argilas (caulinita, ilita, esmectita, clorita,..), quartzo e feldspatos (órteses, albita,..), carbonatos (calcita, dolomita), sulfatos (gesso) e óxidos de ferro e titânio19,20,21. Na verdade, diferentes minerais apresentam características diferentes em termos de absorção espectral e propriedades de dispersão, capacidade de atuar como condensação de nuvens ou partículas de núcleos de gelo, reatividade química ou solubilidade . O conhecimento da composição mineralógica da poeira é fundamental para avaliar o seu amplo papel no sistema climático terrestre e no meio ambiente.

As observações mostram que a mineralogia dos aerossóis de poeira está longe de ser homogênea na atmosfera3,19,20,29,30,31,32,33,34. Primeiro, devido à mineralogia diversificada do solo das diferentes áreas de origem, a composição da poeira varia com a região de emissão, e isto ocorre tanto em escala global, regional e local19,35,36,37. A composição mineralógica da poeira também muda com o tamanho: quartzo, feldspatos e espécies ricas em cálcio são geralmente mais abundantes no componente de modo grosso, enquanto argilas e óxidos de ferro dependem principalmente da fração fina abaixo de 2 µm20,38. Como consequência da sua dependência do tamanho, a mineralogia da poeira modifica-se durante o transporte devido à perda progressiva de partículas grosseiras devido à sedimentação gravitacional . A mistura de plumas de poeira com diferentes origens e histórias pode ocorrer adicionalmente na atmosfera, afetando ainda mais a mineralogia da poeira em suspensão.

Até à data, a informação disponível sobre a composição mineralógica da poeira, a sua dependência de tamanho e as suas alterações espaço-temporais na atmosfera permanece ainda escassa e principalmente limitada às condições específicas amostradas durante campanhas de campo intensivas. Ainda falta a capacidade de obter mapeamento regional e global da mineralogia da poeira transportada pelo ar, uma limitação crucial para desenvolver e validar adequadamente a representação da poeira em modelos do sistema terrestre, bem como para restringir a sua força climática regional e global7,26,41.