A mudança climática e a poluição do ar são crises interligadas que ameaa§am a saúde humana. A redução das emissaµes de alguns poluentes atmosfanãricos pode ajudar a atingir as metas climáticas, e alguns esforços de mitigação do clima podem, por sua vez, melhorar a qualidade do ar.

Uma parte do programa de pesquisa da Professora Arlene Fiore do MIT éinvestigar a ciência fundamental na compreensão dos poluentes do ar - por quanto tempo eles persistem e se movem em nosso ambiente para afetar a qualidade do ar.

“Precisamos entender as condições sob as quais os poluentes, como o oza´nio, se formam. Quanto oza´nio éformado localmente e quanto étransportado por longas distâncias? ” diz Fiore, que observa que a poluição do ar asia¡tica pode ser transportada atravanãs do Oceano Paca­fico para a Amanãrica do Norte. “Precisamos pensar sobre os processos que abrangemDimensões locais a globais.”

Fiore, o professor Peter H. Stone e Paola Malanotte Stone em Ciências da Terra, Atmosfanãricas e Planeta¡rias, analisa dados de leituras terrestres e de satanãlites, juntamente com modelos, para compreender melhor a química e o comportamento dos poluentes atmosfanãricos - que, em última análise pode informar estratanãgias de mitigação e definição de políticas.

Na mais recente conferaªncia sobre mudança climática das Nações Unidas, COP26, a gestãoda qualidade do ar foi um ta³pico discutido em dois dias de apresentações.

“Respirar évital. a‰ a vida. Mas, para a grande maioria das pessoas neste planeta agora, o ar que respiram não estãodando vida, mas abreviando ”, disse Sarah Vogel, vice-presidente saªnior de saúde do Fundo de Defesa Ambiental, na sessão da COP26.

“Precisamos enfrentar este duplo desafio agora atravanãs de lentes de clima e ar limpo, de direcionar os poluentes que aquecem o ar e prejudicam nossa saúde.”

No ini­cio deste ano, a Organização Mundial da Saúde (OMS) atualizou suas diretrizes globais de qualidade do ar que havia emitido 15 anos antes para seis poluentes principais, incluindo oza´nio (O 3 ), dia³xido de nitrogaªnio (NO 2 ), dia³xido de enxofre (SO 2 ) e carbono mona³xido (CO). As novas diretrizes são mais rigorosas com base no que a OMS declarou ser “a qualidade e a quantidade de evidaªncias” de como esses poluentes afetam a saúde humana. A OMS estima que cerca de 7 milhões de mortes prematuras são atribua­veis aos efeitos conjuntos da poluição do ar.

“Tivemos todas essas reduções de emissaµes de aerossãois e precursores de oza´nio motivadas pela saúde. Quais são as implicações para o sistema clima¡tico, localmente, mas também ao redor do globo? Como a qualidade do ar responde a smudanças climáticas? Estudamos essas interações bidirecionais entre a poluição do ar e o sistema clima¡tico ”, diz Fiore.

Mas a ciência fundamental ainda énecessa¡ria para entender como os gases, como o oza´nio e o dia³xido de nitrogaªnio, permanecem e se movem pela troposfera - a camada mais baixa de nossa atmosfera, contendo o ar que respiramos.

“Na³s nos preocupamos com o oza´nio no ar que respiramos no local em que vivemos nasuperfÍcie da Terra”, diz Fiore. “O oza´nio reage com o tecido biola³gico e pode ser prejudicial a s plantas e aos pulmaµes humanos. Mesmo se vocêfor um adulto sauda¡vel, se estiver correndo muito durante um evento de poluição de oza´nio, podera¡ sentir um peso extra nos pulmaµes. ”

O oza´nio não éemitido diretamente, mas se forma por meio de reações químicas catalisadas pela radiação do sol, interagindo com a³xidos de nitrogaªnio - poluentes liberados em grande parte pela queima de combusta­veis fa³sseis - e compostos orga¢nicos vola¡teis. No entanto, os instrumentos de satanãlite atuais não podem detectar o oza´nio noníveldo solo.

“Nãopodemos recuperar o oza´nio dasuperfÍcie ou mesmo pra³ximo a superfÍcie do Espaço”, diz Fiore sobre os dados do satanãlite, “embora o lana§amento antecipado de um novo instrumento parea§a promissor para novos avanços na recuperação do oza´nio troposfanãrico inferior”. Em vez disso, os cientistas podem olhar para as assinaturas de outras emissaµes de gases para ter uma ideia da formação de oza´nio. “Dia³xido de nitrogaªnio e formaldea­do são um grande foco de nossa pesquisa porque servem como substitutos para dois dos principais ingredientes que formam o oza´nio na atmosfera.”

Para entender a formação de oza´nio por meio desses poluentes precursores, os cientistas coletaram dados por mais de duas décadas usando instrumentos espectra´metros a bordo de satanãlites que medem a luz solar em comprimentos de onda ultravioleta e visível que interagem com esses poluentes na atmosfera terrestre - conhecida como radiação solar retroespalhada.

Satanãlites, como o Aura da NASA, carregam instrumentos como o Ozone Monitoring Instrument (OMI). OMI, junto com os satanãlites lana§ados na Europa, como o Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) e o espectra´metro Scanning Imaging Absorption for Atmospheric CartograpHY (SCIAMACHY), e a mais nova geração do instrumento de monitoramento TROPOspheric (TROPOMI), todos orbitam a Terra, coletando dados durante horas de luz do dia, quando a luz do sol estãointeragindo com a atmosfera em um local especa­fico.

Em um artigo recente do grupo de Fiore , a ex-estudante de graduação Xiaomeng Jin (agora pa³s-doutoranda na Universidade da Califórnia em Berkeley), demonstrou que poderia reunir e "reduzir o rua­do dos dados", como diz Fiore, para identificar tendaªncias na química de formação de oza´nio em várias áreas metropolitanas dos EUA que "são consistentes com nosso conhecimento prático a partir de medições de oza´nio in situ."

“Essa descoberta implica que podemos usar esses registros para aprender sobre asmudanças na química do oza´nio desuperfÍcie em locais onde não temos monitoramento local”, disse Fiore. Extrair esses sinais juntando dados de satanãlite - OMI, GOME e SCIAMACHY - para produzir um registro de duas décadas exigiu a reconciliação dos diferentes dias de a³rbita, hora¡rios e campos de visão no solo ou resoluções espaciais dos instrumentos. 

Atualmente, instrumentos espectra´metros a bordo de satanãlites estãorecuperando dados uma vez por dia. No entanto, instrumentos mais novos, como o Espectra´metro de Monitoramento Geoestaciona¡rio do Ambiente lana§ado em fevereiro de 2020 pelo Instituto Nacional de Pesquisa Ambiental do Ministanãrio do Meio Ambiente da Coreia do Sul, monitorara£o uma regia£o especa­fica continuamente, fornecendo muito mais dados em tempo real.

Na Amanãrica do Norte, a colaboração em Emissaµes Troposfanãricas: Monitoramento de Pesquisa de Poluição (TEMPO) entre a NASA e o Observatório Astrofa­sico Smithsonian, liderado por Kelly Chance da Universidade de Harvard, fornecera¡ não apenas uma visão estaciona¡ria da química atmosfanãrica do continente, mas também um visualização de resolução mais precisa - com o instrumento registrando dados de poluição de apenas algumas milhas quadradas por pixel (com lana§amento previsto para 2022).

“Estamos muito entusiasmados com a oportunidade de ter uma cobertura conta­nua, onde obtemos medições de hora em hora que nos permitem acompanhar a poluição desde a hora do rush matinal ao longo do dia e ver como as nuvens de poluição estãoevoluindo em tempo real”, diz Fiore.

Fornecer dados de observação da Terra a pessoas além de cientistas - a saber, gestores ambientais, planejadores de cidades e outros funciona¡rios do governo - éo objetivo da Equipe de Ciências Aplicadas de Saúde e Qualidade do Ar da NASA (HAQAST).

Desde 2016, Fiore faz parte do HAQAST, incluindo “equipes de tigres” colaborativas - projetos que reaºnem cientistas, entidades não governamentais e funciona¡rios do governo - para reunir dados sobre questões reais.

Por exemplo, em 2017, Fiore liderou uma equipe de tigres que orientou as agaªncias estaduais de gestãodo ar sobre como os dados de satanãlite podem ser incorporados aos planos estaduais de implementação (SIPs). “O envio de um SIP énecessa¡rio para qualquer estado com uma regia£o que não atinja os Padrões Nacionais de Qualidade do Ar Ambiental dos EUA para demonstrar sua abordagem para alcana§ar a conformidade com o padra£o”, disse Fiore. “O que descobrimos éque pequenos ajustes, por exemplo, nas manãtricas que usamos para transmitir as descobertas cienta­ficas, podem ajudar muito a tornar a ciência mais utiliza¡vel, especialmente quando existem estruturas de políticas detalhadas em vigor que devem ser seguidas.”

Agora, em 2021, Fiore faz parte de duas equipes de tigres anunciadas pelo HAQAST no final de setembro. Uma equipe estãoanalisando dados para tratar de questões de justia§a ambiental, fornecendo dados para avaliar as comunidades afetadas desproporcionalmente por riscos ambientais a  saúde. Essas informações podem ser usadas para estimar os benefa­cios dos investimentos governamentais em melhorias ambientais para comunidades desproporcionalmente sobrecarregadas. A outra equipe estãoanalisando as emissaµes urbanas de a³xidos de nitrogaªnio para tentar melhor quantificar e comunicar as incertezas nas estimativas das fontes antra³picas de poluição.

“Para o nosso trabalho HAQAST, estamos olhando não apenas para a estimativa da exposição aos poluentes do ar, ou em outras palavras, suas concentrações”, diz Fiore, “mas o quanto confiantes estamos em nossas estimativas de exposição, que por sua vez afetam nosso entendimento da carga de saúde pública devido a  exposição. Temos parceiros interessados ​​no Departamento de Saúde de Nova York que combinam conjuntos de dados de exposição com dados de saúde para ajudar a priorizar decisaµes sobre saúde pública.

“Gosto de trabalhar com partes interessadas que tem perguntas que exigem a resposta da ciência e podem fazer a diferença em suas decisaµes.” Fiore diz.