Effect of biomass-burning emitted aerosols on cloud droplets formation and rainwater chemistry in the Amazon Basin

Este trabalho teve como objetivo investigar a relação entre produtos de atividades antropogênicas na Amazônia e sua influência no efeito indireto dos aerossóis no clima. Para isso, foi feita uma caracterização físico-química detalhada dos aerossóis naturais e de queimadas na Amazônia e procurou-se compreender como estes diferentes tipos de aerossóis se comportam como Núcleos de Condensação de Nuvens. Foi estudado também a influência dos aerossóis de queimadas na composição química da precipitação e no transporte de nutrientes. Visando atingir estes objetivos, foram feitas medidas em regiões distintas da Amazônia com relação ao impacto por atividades antropogênicas, principalmente queimadas. Foi possível observar em várias circunstâncias uma relação entre a composição do material particulado e da precipitação, o que nos permitiu concluir que as emissões antropogênicas influenciam significativamente a composição da precipitação. Foram identificadas as principais componentes que afetam a composição do material particulado em suspensão na Amazônia, e concluimos que o material particulado originado de emissões biogênicas é predominante em regiões preservadas, com pequena contribuição também de poeira de solo e transporte de aerossóis marinhos. Em regiões sob influência de atividades antropogênicas, observou-se que a composição dos aerossóis e da precipitação é afetada mesmo na estação úmida. No estudo das propriedades físicas e químicas das partículas de aerossol que são relevantes para o seu papel como Núcleos de Condensação de Nuvens, concluiu-se que a distribuição de tamanho é mais importante do que a composição química das partículas, devido ao fato das emissões de novas partículas por queimadas ocorrer predominantemente acima do diâmetro seco de ativação. A composição química só foi importante em valores de supersaturação baixos (< 0.2%), o que significa que esse efeito pode ser importante para nuvens estratiformes, onde o valor máximo de supersaturação é baixo, devido a baixa velocidade de ascensão das parcelas. A exportação de nutrientes devido ao transporte em larga escala de aerossóis de emissões de queimadas se mostrou particularmente crítica com relação às quantidades de fósforo que estão sendo perdidas irreversivelmente pela floresta amazônica, que foi cerca de 7 vezes maior do que a quantidade reposta por deposição úmida. Essa perda de fósforo pode ser crítica para o ecossistema em longo prazo.The main objective of this study was to investigate the relationship between anthropogenic emissions in the Amazon basin and the indirect aerosol effect on climate. A detailed study of physical and chemical properties of natural and biomass burning aerosols was conducted, in order to understand how these completely different aerosols behave as Cloud Condensation Nuclei (CCN). It was also investigated the influence of biomass burning aerosols in chemical composition of precipitation, and transport of nutrients. The measurements were carried out in completely different regions respect to the impact of anthropogenic activities, especially biomass burning emissions. The analysis of aerosols and rainwater chemistry showed that anthropogenic emissions have a significant influence in the composition of precipitation. Factor analysis was applied to perform source identification, and the conclusion is that at remote and free of anthropogenic emission areas, the most important contribution was from biogenic emissions, with a small contribution of soil dust and marine aerosols advection. It was quite different at regions under influence of anthropogenic activities, where measurements showed a clear anthropogenic influence even during wet season both in aerosols and precipitation chemistry. In the study of hygroscopic properties of aerosol particles, the main conclusion was that size distribution of particles is the most important parameter to determine the ability of aerosols to act as CCN, because most of biomass burning emission are particles bigger than the activation diameter. Chemical composition was an important factor only if supersaturation is below 0.2%, because in this supersaturation range the activation diameter is extremely sensible to small changes in supersaturation. Transport of nutrients due to largescale transport of biomass burning aerosols was specially critical concerning phosphorus exportation, estimated as 7 times the apportionment through wet deposition. Continuous exportation of phosphorus can be a long term limitation to the forest ecosystem, if biomass burning activity maintain its present levels