Cientistas usam isótopos da água para mapear alterações nas chuvas da Amazônia

Pesquisa da Unesp indica que monitoramento diário da precipitação permite rastrear as origens da umidade e pode servir de alerta para estiagens

Igor Zolnerkevic | Agência FAPESP – As secas históricas de 2023 e 2024 na Amazônia não apenas reduziram o volume dos rios, mas alteraram a própria composição da chuva na região. É o que revela um monitoramento diário feito em Manaus (AM), que utilizou isótopos – uma espécie de “impressão digital” da água – para demonstrar como o El Niño e o aquecimento do Atlântico Norte afetaram a origem da umidade e a dinâmica das precipitações.

O estudo liderado por pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) – um dos primeiros a retomar o uso de técnicas isotópicas em estudos hidroclimáticos na Amazônia em mais de 30 anos – sugere que os isótopos podem sinalizar com antecedência a chegada de períodos de seca prolongados.

Isótopos são versões mais leves ou pesadas dos átomos de um mesmo elemento químico. As moléculas de água (H₂O) são formadas de átomos dos elementos hidrogênio e oxigênio. A maioria dos átomos de hidrogênio possui um núcleo atômico feito de apenas um próton. Os núcleos de uma pequena fração deles, entretanto, são duas vezes mais pesados, compostos de um próton e um nêutron. Da mesma maneira, a maioria dos núcleos de oxigênio é formada de oito prótons e oito nêutrons, embora alguns poucos tenham nove ou dez nêutrons. Algumas moléculas de água são, portanto, mais leves, evaporando com um pouco mais de facilidade, enquanto outras, mais pesadas, condensam primeiro.

“As proporções entre os isótopos leves e pesados são alteradas pela evaporação e condensação da água ao longo do ciclo hidrológico”, explica a geógrafa Rafaela Rodrigues Gomes, doutoranda do Instituto de Geociências e Ciências Exatas (IGCE) da Unesp em Rio Claro. Ela é a primeira autora do trabalho publicado em junho na revista Hydrological Processes, baseado em sua dissertação de mestrado, com bolsa da FAPESP.

Seu orientador no mestrado e no doutorado é o coordenador do Laboratório de Recursos Hídricos e Isótopos Ambientais (LARHIA) da Unesp, o geólogo Didier Gastmans. “Cada condição de temperatura, umidade e outras variáveis meteorológicas produz diferenças na proporção dos isótopos, que podem ser utilizadas como uma impressão digital da água”, explica Gastmans.

Amostras diárias de chuva armazenadas em vials (pequenos frascos) de 2mL para posterior análise em laboratório (foto: Rafaela Rogrigues Gomes)

Um hiato de décadas

Os estudos sobre a variação isotópica da chuva na Amazônia Central começaram nos anos 1960, realizados principalmente por pesquisadores do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo (Cena-USP), em parceria com a Agência Internacional de Energia Atômica (Iaea, na sigla em inglês). Amostras mensais de chuva foram coletadas em Manaus, ainda que com interrupções em alguns anos, entre 1965 e 1990. A falta de financiamento encerrou o programa.

“Só agora, a partir de 2020, com esforços do nosso grupo, do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia [Inpa], do Serviço Geológico do Brasil [SGB] e de outras instituições, estamos implementando uma nova rede de monitoramento na região”, conta Gastmans. Parte do financiamento da rede vem de um projeto financiado conjuntamente pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (Fapeam) e pela FAPESP.

No novo estudo, pesquisadores do Inpa coletaram 207 amostras diárias de chuva em Manaus, entre março de 2023 e fevereiro de 2025. As amostras foram divididas para serem analisadas em diferentes laboratórios: o LARHIA, o Centro de Isótopos Estáveis do Instituto de Biociências da Unesp, em Botucatu, e o Grupo de Hidrologia de Traçadores da Universidade do Texas em Arlington, Estados Unidos.

Para entender sua relação com os fenômenos atmosféricos, Gomes comparou os dados isotópicos com medidas de variáveis do tempo atmosférico local, obtidas por uma estação meteorológica instalada junto ao coletor de chuva. Ela também cruzou essas informações com dados e modelos meteorológicos globais fornecidos pelo Centro Europeu de Previsões Meteorológicas a Médio Prazo (ECMWF) e pela Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) dos Estados Unidos.

Quem manda na chuva

A pesquisadora concluiu que, entre os meses chuvosos de março, abril e maio, as proporções isotópicas são controladas pela chamada Zona de Convergência Intertropical (ZCIT), uma grande faixa de nuvens que circunda a Terra próxima ao Equador, responsável por 30% da precipitação do mundo. Nessa época do ano, a ZCIT se desloca mais para o sul, favorecendo massas de ar úmido vindas do Atlântico Norte. Essas massas produzem sucessivos episódios de chuva ao longo de sua trajetória, do oceano até Manaus, aumentando a proporção de isótopos leves.

Entre junho, julho e agosto, a ZCIT recua para o norte, dando lugar a um tempo mais seco na Amazônia. O estudo mostrou que durante essa estação a proporção de isótopos pesados volta a crescer, controlada por outro sistema atmosférico, a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS). Esse sistema de alta pressão favorece a entrada de massas de ar mais secas, resultando em menos chuvas.

Nos trimestres seguintes, as massas de ar úmido vêm tanto do Atlântico Norte quanto do Sul. Assim, as variações isotópicas deixam de ser controladas por sistemas de larga escala e passam a depender principalmente de condições meteorológicas locais, como o volume das chuvas. A água de episódios de chuva menos volumosos contém mais isótopos pesados, pois eles são os primeiros a precipitar. Por outro lado, tempestades mais intensas acabam diluindo a concentração de isótopos pesados. Além disso, a alta umidade do ar amazônico reduz a evaporação, que removeria os isótopos leves das gotas de chuva, ao mesmo tempo em que o rápido ciclo de evaporação e condensação das tempestades de verão favorece a concentração de isótopos pesados. A combinação desses processos faz com que as concentrações isotópicas variem muito nessa época do ano.

“Trabalhos das décadas de 1970 e 1990 já sugeriam a influência da ZCIT e de condições locais nos isótopos da chuva em Manaus, mas com as limitações tecnológicas da época e da frequência de amostragem mensal, que acaba misturando vários processos atmosféricos”, explica Gomes. “A inovação de nosso trabalho foi o acompanhamento diário, que permitiu distinguir não só o efeito da ZCIT, como também, pela primeira vez, o da ASAS.”

Rafaela Rodrigues Gomes e Didier Gastmans instalando um coletor de chuva na torre do experimento ATTO, na Reserva do Uatumã, a 150 quilômetros de Manaus (foto: Didier Gastmans)

Antecipando secas

Gomes também comparou seus dados recentes com aqueles obtidos entre 1965 e 1990, encontrando algumas mudanças em relação à composição isotópica do passado relacionadas a um tempo mais quente e seco no presente. De fato, entre 2023 e 2024, a Amazônia sofreu com os piores períodos de calor e estiagem prolongada já registrados desde 1902.

Uma das principais causas dessas secas extremas foi o aquecimento acima da média de águas superficiais do oceano Pacífico. Conhecido como El Niño, o fenômeno natural acontece em média a cada dois a sete anos, alterando padrões de ventos e chuvas em várias regiões do planeta. Sua intensidade é variável, mas o aquecimento global vem aumentando a frequência de eventos extremos.

Na Amazônia Central, o El Niño aumenta a tendência de o ar úmido descer, dificultando a formação de nuvens. Em 2023 e 2024, esse efeito se combinou com um aquecimento anormal do Atlântico Norte, conhecido por deslocar a ZCIT para o norte, reduzindo a entrada de umidade na região.

“Observamos também já na estação chuvosa uma antecipação do sinal isotópico típico da estação seca”, diz Gomes. Em um tempo mais quente e seco, as gotas de chuva evaporam mais, concentrando mais isótopos pesados. Em 2024, quando ocorreu uma seca pior que a do ano anterior, esse sinal foi observado em maio, quando historicamente deveria aparecer apenas em junho. “Esse achado reforça o potencial dos isótopos estáveis como indicadores de alerta precoce para secas prolongadas, especialmente no contexto das mudanças climáticas”, escrevem os pesquisadores no artigo.

“Pode ser mais um indicador de alerta, de fácil aquisição e custo relativamente baixo”, afirma Gastmans. No entanto, o pesquisador ressalta a necessidade de realizar mais observações para confirmar a recorrência do sinal. “Quando se trata de ciclo hidrológico, precisamos de séries temporais longas de 20, 30 anos.”

Coletor de chuva instalado no Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa) (foto: Rafaela Rogrigues Gomes)

Em seu doutorado iniciado em fevereiro, financiado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), Gomes pretende expandir sua pesquisa sobre a influência da ZCIT e de outros processos atmosféricos nos isótopos para além de Manaus, coletando amostras de chuva em 19 estações ao longo da Amazônia e de regiões vizinhas. Um dos objetivos será entender melhor as origens do vapor de água vindo do Atlântico que chega à Amazônia, recircula diversas vezes pela floresta e então, após encontrar a barreira da cordilheira dos Andes, segue para as regiões Centro-Oeste, Sudeste e Sul do país, contribuindo para uma porção considerável de suas chuvas – um fenômeno conhecido como rios voadores (leia mais em: revistapesquisa.fapesp.br/danca-da-chuva/).

O artigo Large-scale and local atmospheric controls on rainfall isotopic variability in an urban area of the Central Amazon pode ser lido em: onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/hyp.70606.