Quando o Sol ejeta partículas solares no espaço, como isso afeta a Terra e o clima? As nuvens são afetadas por essas partículas?

O campo magnético da Terra nos protege do vento solar, guiando as partículas solares para as regiões polares. Crédito da imagem: SOHO (ESA & NASA)

Quando consideramos a influência do Sol na Terra e em nosso clima, tendemos a pensar na radiação solar. Temos plena consciência dos perigos da radiação ultravioleta, ou UV, que queima a pele.

Mas o sol é uma estrela ativa. Ela também libera continuamente o que é conhecido como "vento solar" , feito de partículas carregadas, principalmente prótons e elétrons, que viajam a velocidades de centenas de quilômetros por hora.

Algumas dessas partículas que atingem a Terra são guiadas para a atmosfera polar por nosso campo magnético. Como resultado, podemos ver as luzes do sul, aurora australis, no hemisfério sul, e o equivalente do norte, aurora borealis.

As luzes do sul, menos fotografadas do que as do norte, são vistas do ar em um recente vôo fretado da Nova Zelândia. Crédito da imagem: Stephen Voss / YouTube

Essa manifestação visível de partículas solares entrando na atmosfera da Terra é um lembrete constante de que o sol é mais do que a luz solar. Mas as partículas também têm outros efeitos.

Partículas solares e ozônio

Quando as partículas solares entram na atmosfera, suas altas energias ionizam as moléculas de nitrogênio e oxigênio atmosféricas neutras, que constituem 99% da atmosfera. Essa "precipitação de partículas energéticas" , batizada por ser como uma chuva de partículas do espaço, é uma importante fonte de  ionização na atmosfera polar acima de 30 km de altitude. E desencadeia uma cadeia de reações que produz produtos químicos que facilitam a destruição do ozônio.

O impacto das partículas solares no ozônio atmosférico foi observado pela primeira vez em 1969. Desde o início dos anos 2000, graças a novos tipos de observações por satélite, temos visto evidências crescentes de que as partículas solares desempenham um papel importante na influência do ozônio polar. Durante tempos particularmente ativos, quando o Sol libera grandes quantidades de partículas no espaço, até 60% do ozônio em altitudes acima de 50 km pode ser exaurido. O efeito pode durar semanas.

Mais abaixo na atmosfera, abaixo de 50 km, as partículas solares são contribuintes importantes para a variabilidade anual dos níveis de ozônio polar, muitas vezes por meio de vias indiretas. Aqui, as partículas solares contribuem novamente para a perda de ozônio, mas uma descoberta recente mostrou que elas também ajudam a reduzir parte do esgotamento do buraco de ozônio da Antártica.

Como o ozônio afeta o clima

A maior parte do ozônio na atmosfera reside em uma fina camada em altitudes de 20-25 km - a "camada de ozônio".

Mas o ozônio está em toda parte na atmosfera, desde a superfície da Terra até altitudes acima de 100 km. É um gás de efeito estufa e desempenha um papel fundamental no aquecimento e resfriamento da atmosfera, o que o torna crítico para o clima.

No hemisfério sul, sabe-se que as mudanças no ozônio polar influenciam as condições climáticas regionais.

As partículas solares ionizam as moléculas de nitrogênio e oxigênio na atmosfera, o que leva a outras reações químicas que contribuem para a destruição do ozônio. Crédito da imagem: NASA

Seu esgotamento acima da Antártica teve um efeito de resfriamento, que por sua vez puxou o jato de vento oeste que circunda o continente mais perto. À medida que o buraco da Antártica se recupera, esse cinturão de vento pode serpentear mais ao norte e afetar os padrões de chuva, as temperaturas da superfície do mar e as correntes oceânicas. O Modo Anular Sul descreve este movimento norte-sul do cinturão de vento que circunda a região polar sul.

O ozônio é importante para as previsões futuras do clima, não apenas na fina camada de ozônio, mas em toda a atmosfera. É fundamental que entendamos os fatores que influenciam a variabilidade do ozônio, seja ele causado pelo homem ou natural como o sol.

A influência direta do sol

A ligação entre as partículas solares e o ozônio está razoavelmente bem estabelecida, mas e os efeitos diretos que as partículas solares podem ter no clima?

Temos evidências observacionais de que a atividade solar influencia a variabilidade climática regional em ambos os polos. Os modelos climáticos também sugerem que esses efeitos polares se vinculam a padrões climáticos maiores (como os modos anulares do norte e do sul) e influenciam as condições em latitudes médias.

Os detalhes ainda não são bem compreendidos, mas pela primeira vez a influência das partículas solares no sistema climático será incluída nas simulações climáticas usadas para a próxima avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC).

Por meio da radiação solar e de partículas, o Sol fornece uma entrada de energia fundamental para nosso sistema climático. Embora variem com o ciclo de 11 anos de atividade magnética do Sol, eles não podem explicar o recente aumento rápido nas temperaturas globais devido à mudança climática.

Sabemos que os níveis crescentes de gases de efeito estufa na atmosfera estão elevando a temperatura da superfície da Terra (a física é conhecida desde 1800). Também sabemos que as atividades humanas aumentaram muito os gases de efeito estufa na atmosfera. Juntos, esses dois fatores explicam o aumento observado nas temperaturas globais.

E as nuvens?

As nuvens são muito mais baixas na atmosfera do que onde a maioria das partículas solares penetram. Partículas conhecidas como raios cósmicos galácticos (vindos do centro de nossa galáxia e não do sol) podem estar ligadas à formação de nuvens.

Foi sugerido que os raios cósmicos poderiam influenciar a formação de núcleos de condensação, que atuam como "sementes" para as nuvens. Mas pesquisas recentes nas instalações de pesquisa nuclear do CERN sugerem que os efeitos são insignificantes.

Isso não exclui alguns outros mecanismos para que os raios cósmicos afetem a formação de nuvens, mas até agora há poucas evidências de apoio.

Annika Seppälä, professora sênior de geofísica, Universidade de Otago

Climate Explained  é uma colaboração entre The Conversation, Stuff e o New Zealand Science Media Center para responder às suas perguntas sobre as mudanças climáticas.

Este artigo foi republicado em  The Conversation  sob uma licença Creative Commons. Leia o  artigo original.

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Referência:

SEPPÄLÄ, Annika. Climate explained: How particles ejected from the sun affect Earth's climate. Space, Nova York, 30, mar. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/climate-explained-how-particles-ejected-from-the-sun-affect-earths-climate>. Acesso em: 30, mar. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.