Orientador(a) do corpo docente:
Stacey Hughes, University of New Hampshire
Mentor(a) de pós-graduação:
Katherine Paredero, Georgia Institute of Technology
Kaylena Pham, University of Southern California
Os pântanos representam uma fonte natural dominante de emissões de metano para a atmosfera por meio da metanogênese, um processo que produz metano em sedimentos anóxicos empobrecidos em nutrientes, ou como resultado da decomposição. Em zonas úmidas costeiras, particularmente em ambientes salobros como o Alligator River, tempestades severas e a elevação do nível do mar intensificam a intrusão de água salgada para o interior. Isso leva à extensa mortalidade da vegetação e à formação de florestas-phantom (ghost forests), grandes áreas de vegetação morta em pé. A perda generalizada de florestas causada pela salinização sugere emissões elevadas de metano em áreas com estresse da vegetação devido ao aumento das taxas de decomposição a partir da morte das plantas. Pesquisas anteriores ainda não consideraram florestas-phantom ao estimar emissões de metano em zonas úmidas, o que nos levou a explorar as concentrações de emissão em duas zonas úmidas com composições vegetais semelhantes: o Great Dismal Swamp e o Alligator River.
Neste trabalho, utilizamos medições in situ coletadas a bordo da aeronave Dynamic Aviation B-200 durante a campanha de voo do Programa de Pesquisa Aérea Estudantil da NASA (SARP) de 2025. As medições de metano e monóxido de carbono foram determinadas usando um analisador de concentração de gases PICARRO. Esses dados foram então vinculados a imagens do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) do instrumento MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) do satélite Terra. Com esses dois conjuntos de dados, estudamos como o estresse da vegetação influencia as emissões de metano. Observamos maior estresse da vegetação no Alligator River em comparação com o Great Dismal Swamp. Além disso, o Alligator River apresenta uma variabilidade mais ampla das concentrações de metano ocorrendo sobre áreas com maior estresse da vegetação. Em contraste, as medições de metano sobre o Great Dismal Swamp apresentam distribuições mais estreitas e menos estresse da vegetação. Essa comparação de zonas úmidas em estados vegetativos diferentes sugere uma possível ligação entre o estresse do ecossistema e emissões elevadas de metano em ambientes alagados. Curiosamente, apesar dessas diferenças, o Great Dismal Swamp apresentou uma concentração média de metano ligeiramente maior (2.11 ppm) em comparação com o Alligator River (1.96 ppm). Nossos resultados enfatizam a importância de melhorar a compreensão sobre quais tipos de condições vegetativas levam a incrementos de metano em regimes de zonas úmidas.
Carson Turner, University of North Dakota
O metano é um dos gases de efeito estufa mais potentes na atmosfera, com um potencial de aquecimento aproximadamente 28 vezes maior que o do monóxido de carbono. Ao examinar o Orçamento Global de Metano, os pântanos são a maior fonte natural de metano, respondendo por 20–40% das emissões globais de metano. As emissões de metano de zonas úmidas têm mostrado a maior incerteza devido tanto à falta de medições in situ para comparar com modelos quanto à falta de compreensão de como diferentes condições, como umidade do solo e temperatura do ar, afetam as emissões de metano. Este estudo analisa especificamente o Great Dismal Swamp (GDS), localizado na fronteira entre o sudeste da Virgínia e o nordeste da Carolina do Norte, para estudar as emissões na região usando dados coletados em voos realizados como parte do Programa de Pesquisa Aérea Estudantil (SARP) no verão de 2025. Um analisador de concentração de gases PICARRO foi usado para coletar medições de alta frequência de metano e monóxido de carbono. Os dois voos de pesquisa seguiram trajetórias semelhantes ao redor do GDS, nos dias 23 e 24 de junho. O fluxo de metano foi então calculado usando a abordagem de balanço de massa para cada voo. Os valores de fluxo de metano foram medidos em 0.037 kg/s e 0.603 kg/s para os dias 23 e 24, respectivamente. Um estudo similar em zonas úmidas no norte da Suécia e na Finlândia encontrou um valor médio de fluxo de metano de 5.56 kg/s. Um valor reduzido de fluxo de metano foi observado no dia de voo associado a temperaturas mais altas, o que é contrário a pesquisas anteriores sobre a relação entre emissões de metano e temperatura. Trabalhos futuros incluem a utilização dessas medições de fluxo para melhorar nossa compreensão das emissões de metano de zonas úmidas em modelos e explorar mais a relação entre emissões de metano e umidade do solo.
Alek Libby , Florida State University
A poluição por ozônio urbano continua sendo uma preocupação significativa de qualidade do ar em muitas cidades dos EUA. O ozônio ao nível do solo não é emitido diretamente, mas se forma através de reações fotoquímicas envolvendo compostos orgânicos voláteis (VOCs) e óxidos de nitrogênio (NOₓ) na presença de luz solar—especialmente durante o verão, quando a radiação solar incidente é maior. O Padrão Nacional de Qualidade do Ar Ambiente estabelecido pela EPA para ozônio troposférico é de 70 ppb, medido como média de 8 horas. Embora as violações desse padrão tenham diminuído nacionalmente, entender como a composição das emissões varia entre áreas metropolitanas continua sendo crítico. Este estudo investiga a composição de VOCs e a dinâmica de formação de ozônio em três ambientes urbanos do Meio-Atlântico: Baltimore, Richmond e Norfolk. Amostras de ar integral (WAS) in situ foram coletadas a bordo da aeronave Aviation Dynamics B200 durante a Campanha 2024 do Programa de Pesquisa Aérea Estudantil da NASA (SARP). A cromatografia gasosa foi usada para quantificar a composição de VOCs de cada amostra. Dados aéreos adicionais dos instrumentos CAFE e CANOE forneceram medições de formaldeído (HCHO) e dióxido de nitrogênio (NO₂), respectivamente. Este estudo analisou medições coletadas abaixo da camada limite e dentro dos cinturões urbanos para avaliar o potencial regional de produção de ozônio. Os resultados mostraram que Baltimore apresentou níveis significativamente mais baixos de VOCs antropogênicos chave, particularmente n-butano, i-pentano e n-pentano. As razões VOC/NOₓ colocaram Richmond e Norfolk em regimes limitados por NOₓ, enquanto Baltimore caiu na zona de transição—apoiado por razões HCHO/NO₂ com médias de 2.44 em Baltimore versus 5.14 e 5.09 em Norfolk e Richmond. Baltimore continua a experimentar notavelmente mais dias de excedência de ozônio do que Norfolk e Richmond, o que provavelmente está relacionado a níveis elevados de NO₂ na área. Embora reduzir VOCs possa ajudar, esses achados sugerem que reduções de NOₓ são provavelmente mais eficazes para mitigar o ozônio na região de Baltimore. Trabalhos futuros podem replicar esta análise usando o conjunto de dados do SARP 2025, que foi coletado em dias quentes e estagnados favoráveis à produção de ozônio.
Hannah Suh, University of California, Santa Cruz
Os compostos orgânicos voláteis (VOCs) desempenham um papel fundamental na fotoquímica troposférica, pois reagem com óxidos de nitrogênio (NOₓ) sob radiação solar para produzir ozônio troposférico (O3). Tanto os VOCs quanto o O3 troposférico podem ter impactos negativos na qualidade do ar e na saúde humana. Entender as fontes de VOCs em áreas urbanas como Baltimore é essencial para orientar futuras políticas de qualidade do ar. Neste estudo, foram analisadas medições in situ de VOCs coletadas a bordo da aeronave Aviation Dynamics B200 durante o Programa de Pesquisa Aérea Estudantil da NASA (SARP) para caracterizar possíveis fontes de emissão na área de Baltimore. Conjuntos de dados de VOCs de dois voos de 24 de junho que sobrevoaram a região foram investigados. Esses dados de voo foram coletados usando instrumentos de aeronave no Aviation Dynamics B200, principalmente o Whole Air Sampler (WAS). Os canisters WAS foram posteriormente processados em laboratório usando cromatografia gasosa, que identificou as diferentes razões de mistura de VOCs no ar. Razões de VOCs juntamente com Positive Matrix Factorization (PMF), que reduz uma matriz de dados de entrada para separar potenciais contribuições de fontes de emissão, foram comparadas entre si para considerar as fontes mais notáveis de VOCs na área de Baltimore. Um total de seis fontes foi analisado via PMF para esta região. As três principais fontes parecem alinhar-se com petróleo e gás natural, fontes biogênicas e emissões veiculares. Assinaturas químicas indicam a presença de plumas mistas de emissões industriais e urbanas, com muitas correlações significativas com acetileno. Esses resultados apontam para as indústrias de petróleo e gás natural, fontes biogênicas e fontes urbanas como veículos como os principais contribuintes às assinaturas de VOCs na área de Baltimore. Um próximo passo lógico para esta pesquisa seria comparar razões de assinaturas de VOCs ao longo de vários anos para avaliar tendências temporais.
Aashi Parikh, Boston University
Hopewell, VA abriga um conjunto de grandes instalações químicas, cujas emissões têm levantado preocupações nas comunidades vizinhas sobre poluição do ar e disparidades em saúde. Embora haja informações sobre a poluição histórica em Hopewell, poucos estudos fornecem uma análise abrangente dos compostos orgânicos voláteis (VOCs). Este estudo investiga a distribuição de VOCs no corredor industrial de Hopewell e
Foram coletadas amostras de ar integral (WAS) in situ a bordo da aeronave Aviation Dynamics B200 durante o Programa de Pesquisa Aérea Estudantil da NASA em junho de 2024. Neste estudo, as amostras coletadas em Hopewell foram comparadas com o restante do voo. Os valores foram separados por famílias químicas e foram identificadas melhorias (enhancements). A análise mostrou que Hopewell apresentou níveis significativos de aromáticos, com 60 ppt de benzeno, 119 ppt de tolueno e 47 ppt de estireno, que são VOCs ligados a doenças respiratórias, distúrbios neurológicos, problemas reprodutivos e câncer. Os aromáticos observados sobre Hopewell foram aproximadamente 5 vezes maiores do que no restante da rota de voo. Segundo a EPA, esses compostos carcinogênicos não têm um limiar seguro para exposição crônica. Assim, a exposição prolongada a esses compostos pode representar riscos à saúde. Esses achados reforçam disparidades nos desfechos de saúde existentes na região, como taxas elevadas de câncer, e levantam preocupações sobre a exposição das comunidades próximas. Comunidades carentes são desproporcionalmente impactadas por tais riscos à saúde em Hopewell. Pesquisas futuras avaliarão as concentrações de VOCs sobre Hopewell em 2025 e as compararão com a linha de base estabelecida em 2024 neste estudo, fornecendo informações sobre se ocorreram reduções nas emissões e se intervenções regulatórias ou impulsionadas pela comunidade estão mostrando impacto.
