Materiais Avançados

Os incríveis materiais não vivos que têm memória, aprendem e reagem ao ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/12/2022

O sistema baseado no óxido de níquel, que demonstra comportamentos de aprendizado e é facilmente implementável em memórias RRAM, já foi usado para controlar uma pequena tela (embaixo).Materiais que imitam a vida

Está havendo uma verdadeira revolução em uma área de pesquisa pouco conhecida, envolvendo o que os pesquisadores chamam de materiais não vivos, que vão dos materiais que imitam como o cérebro armazena memórias até redes neurais mecânicas, que aprendem e reagem ativamente ao ambiente.

Embora sejam inspirados no modo como os seres vivos funcionam, esses materiais não têm nada de biológico - e, muitas vezes, nem mesmo de orgânico -, mas ainda assim se comportam como se fossem capazes de aprender e repetir comportamentos, algumas vezes de forma surpreendente.

Veja, a seguir, três pesquisas mostrando mais novidades na área, cada uma usando uma abordagem diferente.

Habituação e sensibilização

Sandip Mondal e colegas da Universidade Purdue, nos EUA, acreditam que é possível criar uma nova geração de supercomputadores usando materiais que apresentam comportamentos similares ao aprendizado.

Mondal aplicou pulsos elétricos muito curtos em um óxido de níquel deficiente em oxigênio e observou duas respostas elétricas diferentes, só vistas em seres vivos.

A primeira resposta, uma espécie de habituação, ocorre quando o material "se acostuma" a ser levemente eletrocutado: Embora a resistência elétrica do material aumente após um choque inicial, ele logo se acostuma com o estímulo elétrico, e passa a não mais reagir a ele. A outra resposta, uma sensibilização, ocorre quando uma dose maior de eletricidade é administrada: Quando o choque é intenso, a resposta do material cresce em vez de diminuir com o tempo.

"Praticamente todos os organismos vivos demonstram essas duas características. Elas realmente são um aspecto fundamental da inteligência," disse o professor Shriram Ramanathan, cuja equipe tem desenvolvido diversos tipos de componentes neuromórficos, que imitam o comportamento do cérebro.

E, como o comportamento do material é controlado eletricamente, ele se torna uma nova alternativa para a construção de circuitos inspirados no cérebro.

"Ser capaz de manipular materiais dessa maneira permitirá que o hardware assuma parte da responsabilidade pela inteligência," propõe Ramanathan. "Usar propriedades quânticas [o comportamento do material não pode ser explicado pela física clássica] para obter inteligência em hardware representa um passo fundamental para a computação com eficiência energética."

Essa "homeostase mecânica" foi usada para controlar uma mola que pode fazer trabalho útil.
[Imagem: Hang Zhang et al. - 10.1038/s41565-022-01241-x]

Material não vivo com homeostase

Hang Zhang e colegas da Universidade de Aalto, na Finlândia, por sua vez, desenvolveram um sistema sintético que responde a variações nas condições ambientais do mesmo modo que os seres vivos.

O sistema usa um circuito de retroalimentação para manter suas condições internas, assim como nosso corpo usa o suor para manter nossa temperatura, um processo conhecido como homeostase e que, na natureza, é exclusivo dos seres vivos - embora o feedback seja importante em alguns sistemas artificiais, como os termostatos, eles não têm a adaptabilidade dinâmica ou a robustez dos sistemas vivos homeostáticos.

O novo sistema consiste em dois géis, com propriedades diferentes, postos lado a lado. As interações entre os dois géis fazem com que o sistema responda homeostaticamente às mudanças ambientais, mantendo sua temperatura dentro de uma faixa estreita quando estimulado por um laser.

O laser é disparado através do primeiro gel e, em seguida, reflete em um espelho para o segundo gel, onde aquece as nanopartículas de ouro suspensas nele. O calor se move do segundo gel para o primeiro, elevando sua temperatura. O primeiro gel só é transparente quando está abaixo de uma temperatura específica; quando fica mais quente, torna-se opaco. Essa mudança impede que o laser atinja o espelho e aqueça o segundo gel. Os dois géis então esfriam até que o primeiro fique transparente novamente, momento em que o laser novamente consegue atravessar e o processo de aquecimento começa novamente.

Em outras palavras, esse arranjo de laser, géis e espelho cria um ciclo de retroalimentação que mantém os géis em uma temperatura específica.

"Os tecidos dos organismos vivos são tipicamente macios, elásticos e deformáveis," disse Zhang. "Os géis usados em nosso sistema são semelhantes. Eles são polímeros macios inchados na água e podem fornecer uma variedade fascinante de respostas a estímulos ambientais."

"Materiais inspirados na vida oferecem um novo paradigma para materiais dinâmicos e adaptativos que provavelmente atrairão pesquisadores nos próximos anos," acrescentou o professor Olli Ikkala. "Sistemas cuidadosamente projetados, que imitem alguns dos comportamentos básicos dos sistemas vivos, abrirão o caminho para materiais verdadeiramente inteligentes e robótica macia interativa."

A memória pode ser escrita e apagada, como em um computador.
[Imagem: Keim/Medina - 10.1126/sciadv.abo1614]

Material com memória

Os materiais com memória de forma, que transicionam entre diferentes fases sólidas, já são bem conhecidos e vêm sendo explorados para diversos usos, inclusive como memórias em sistemas computacionais.

Nathan Keim e Dani Medina, da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, agora descobriram como usar e apagar memórias em materiais macios e desordenados, incluindo emulsões, materiais com consistências como as do sorvete, maionese, cremes de beleza etc.

A dupla criou uma pasta derramando óleo sobre água em um prato e, em seguida, espalhando uma camada bem compactada de 25.000 partículas microscópicas de plástico no limite entre os líquidos. As partículas são carregadas eletrostaticamente e, portanto, se repelem, o que lhes permite formar um sólido macio semelhante à maionese. Esse sólido macio pode ser deformado de forma controlada, e o movimento das partículas é rastreado usando um microscópio.

"Nós deformamos nosso material por cisalhamento, que envolve mover um lado do material em relação ao outro, como puxar o canto de um retângulo para o lado para que ele se torne um paralelogramo," explicou Keim. Esse tipo de deformação é conhecido como recozimento mecânico, e realizá-lo reduz a energia geral da estrutura. Repetir esse recozimento na mesma magnitude muitas vezes cria no material uma memória da deformação, que afeta sutilmente como o material responde à deformação de outras magnitudes no futuro.

E também dá para apagar a memória, bastando aplicar distorções de magnitudes cada vez menores, o que lembra um pouco o método de apagamento nas memórias ferromagnéticas, onde um forte campo magnético é aplicado e sua direção alternada, tornando gradualmente o campo mais fraco.

Segundo a equipe, isso pode ser útil para dar capacidades neuromórficas aos materiais e estruturas, permitindo monitorar intensidades de forças, lembrar de tensões a que a estrutura foi submetida ou realizar análises de falhas.

Bibliografia:

Artigo: All-Electric Nonassociative Learning in Nickel Oxide
Autores: Sandip Mondal, Zhen Zhang, A. N. M. Nafiul Islam, Robert Andrawis, Sampath Gamage, Neda Alsadat Aghamiri, Qi Wang, Hua Zhou, Fanny Rodolakis, Richard Tran, Jasleen Kaur, Chi Chen, Shyue Ping Ong, Abhronil Sengupta, Yohannes Abate, Kaushik Roy, Shriram Ramanathan
Revista: Advanced Intelligent Systems
Vol.: 8, Issue 40
DOI: 10.1002/aisy.202200069

Artigo: Feedback-controlled hydrogels with homeostatic oscillations and dissipative signal transduction
Autores: Hang Zhang, Hao Zeng, Amanda Eklund, Hongshuang Guo, Arri Priimagi, Olli Ikkala 
Revista: Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-022-01241-x

Artigo: Mechanical annealing and memories in a disordered solid
Autores: Nathan C. Keim, Dani Medina
Revista: Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.abo1614

 

Bioplástico de casca de coco é realmente bio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/11/2022

O processo é simples, mas ainda é preciso lidar com a variabilidade da matéria-prima.
[Imagem: Yihao Leow et al. - 10.1016/j.compositesb.2022.110031]

Pesquisadores de Cingapura desenvolveram um processo que transforma resíduos de coco em bioplásticos fortes e biodegradáveis.

E com um adicional mais do que bem-vindo: O novo processo descarta completamente a necessidade de materiais não-degradáveis, que ainda entram na composição de muitos materiais chamados de bioplásticos.

"Os bioplásticos de hoje são geralmente feitos de cargas de biomassa em uma matriz de plástico convencional, o que lhes confere propriedades semelhantes aos plásticos à base de petróleo," explicou o professor Dan Kai, do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais. "No entanto, esses bioplásticos ainda não são totalmente biodegradáveis e geram uma quantidade substancial de microplásticos."

Isso acontece porque os bioplásticos feitos inteiramente de fibras de celulose vegetal ainda não se comparam aos plásticos tradicionais à base de petróleo em termos de resistência mecânica e impermeabilidade.

Em busca de um bioplástico que mereça o nome, Kai e seus colegas encontraram a solução nos cocos, cujas cascas são descartadas, mas são fortes e totalmente biodegradáveis.

Compressão a quente

A nova uma técnica começa processando as cascas de coco em uma reação química que remove a lignina, o componente que dá aos tecidos vegetais sua estrutura rígida.

O resultado é uma massa de fibras macias e flexíveis, que são mais fáceis de trabalhar e que podem ser facilmente aglomeradas por compressão a quente.

A equipe agora pretende trabalhar na melhoria das propriedades físicas do seu bioplástico, de forma a eliminar um entrave que ainda resta para o uso disseminado de sua técnica: O fato de que as condições de armazenamento alteram muito as fibras do coco. E essa variação na matéria-prima dificulta a obtenção de um bioplástico com qualidade homogênea.

"Também estamos interessados em processar outras fontes de alimentos e resíduos agrícolas, como borra de café, cana-de-açúcar e cascas de laranja, para acelerar o desenvolvimento sustentável," finalizou Kai.

Bibliografia:

Artigo: A tough, biodegradable and water-resistant plastic alternative from coconut husk
Autores: Yihao Leow, Veronica Sequerah, Ying Chuan Tan, Yong Yu, Eric Charles Peterson, Changyun Jiang, Zheng Zhang, Le Yang, Xian Jun Loh, Dan Kai
Revista: Composites Part B: Engineering
DOI: 10.1016/j.compositesb.2022.110031

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Paraná será o primeiro estado no Brasil a ter um programa de conservação de grandes felinos como a onça-pintada e a onça-parda

 7 de dezembro de 2022  Mônica Nunes

Uma boa notícia para as onças pintadas e pardas que vivem no Paraná e para quem luta por sua conservação! 

O Projeto de Lei 486/2022, que prevê o desenvolvimento de políticas públicas voltadas para a conservação de grandes felinos, foi aprovado na Assembleia Legislativa do Estado, em 29 de novembro – Dia Internacional da Onça Pintada! – e, agora, só depende da sanção do governador. 

O projeto institui a criação de um programa estadual de conservação voltado para a onça-pintada (Panthera onca) e da onça-parda (Puma concolor), os maiores felinos da América Latina. 

As duas espécies estão ameaçadas de extinção no Paraná – devido à perda de áreas naturais e à caça: a pintada é classificada como “em grande perigo” e a parda, “em situação vulnerável”.

“A aprovação tem valor simbólico inestimável porque hoje é o Dia Internacional e Nacional da Onça-Pintada, instituído pela ONU e pelo Ministério do Meio Ambiente, em 2018, e confirmado na COP 14 da Biodiversidade, no mesmo ano”, celebrou o deputado estadual Goura Nataraj, presidente da Comissão de Ecologia, Meio Ambiente e Proteção aos Animais e responsável por encaminhar a reivindicação na assembleia. 

Trata-se de uma iniciativa inédita e pioneira no Brasil, resultante de um esforço coletivo, que inclui organizações da sociedade civil – como o Projeto Onças do Iguaçu, o Programa Grandes Mamíferos da Serra do Mar, a Fundação Grupo Boticário de Proteção à Natureza, a Rede Nacional Pró Unidades de Conservação (Rede Pró UC) e o Instituto Água e Terra -, em parceria com o CENAP – Centro Nacional de Pesquisa e Conservação de Mamíferos Carnívoros, do ICMBIo, e a Secretaria Estadual do Desenvolvimento Sustentável e do Turismo (Sedest).

“Tivemos uma reunião com o deputado Goura, aqui no Parque Nacional do Iguacu, em 2021, perto do dia da onça-pintada, e comentei sobre a importância de termos um plano estadual de conservação”, conta Yara Barros, presidente do Projeto Onças do Iguaçu. 

“Ele já queria promover uma audiência pública com a Sedest sobre as onças. O encontro foi marcado, apresentamos a proposta e conseguimos fazer acontecer: o Paraná, agora, é o primeiro estado a ter um plano para os grandes felinos”.

Inspiração para outros planos estaduais

No dia da votação, Goura disse que, com a aprovação do projeto de lei, certamente seria possível avançar na proteção dos grandes felinos não só no Paraná, como no Brasil, já vislumbrando que seria um projeto inspirador. Yara também acredita que a criação do Programa Estadual de Conservação de Grandes Felinos do Paraná pode inspirar outros estados a seguirem o mesmo caminho.

“Existe um plano de ação nacional para grandes felinos, coordenado pelo ICMBio, só que ele foca nas espécies nacionalmente ameaçadas e a onça-parda, por exemplo, saiu dessa lista. Ela não é mais considerada ameaçada em nível nacional, mas continua ameaçada em vários estados, como é o caso do Paraná”. E completa:

“Com planos estaduais, conseguimos mirar nas especificidades das espécies em cada estado e, assim, influenciar políticas públicas, que garantam a destinação de recursos para a implementação de estratégias para essas duas espécies, por exemplo, o que não é possível num plano nacional. Ou seja, os planos estaduais atendem mais as especificidades do estado e ajudam muito mais na conservação das espécies”. 

A partir da sanção do governador – que ainda não aconteceu –, o próximo passo é reunir todos os envolvidos para a elaboração do plano de ação, do Programa de Conservação. 

“Num plano como esse, elencamos quais são as ações necessárias, quem são os atores que vão implementá-las, quanto custa cada uma delas, qual o prazo. E, a partir daí, será feita uma monitoria anual da implementação dessas ações”, explica Yara, que acrescenta:

“Um plano de ação e conservação não é um documento! Ele é uma estratégia de conservação, que é multistakeholders, por isso, precisa contar com todos que fazem parte do processo: governo, organizações ambientais e de conservação, o CENAP/ICMBio, as universidades, os especialistas nas espécies e em políticas públicas relacionadas ao meio ambiente. Todos devem escrever esse plano e depois tocar essa implementação”. 

“Super ferramenta de conservação”

Um dos argumentos para a elaboração de um projeto de lei como o 486/2022 destaca os benefícios resultantes de um Programa Estadual de Conservação para os Grandes Felinos para todas as espécies, visto que foca nos animais do topo da cadeia alimentar, são espécies vitais para o equilíbrio ecológico e contribui para o “fortalecimento das unidades de conservação e a ampliação dos corredores ecológicos”. 

Além disso, o programa pode ajudar a barrar qualquer proposta de projeto antiambiental para o estado, que tramite tanto na Assembleia Legislativa do Estado como no Congresso Nacional. 

“Tendo um plano com ações muito claras, podemos tentar barrar ações que prejudiquem a conservação das espécies como, por exemplo, cortar ao meio um parque nacional, onde está a população mais significativa de onça-pintada do estado”. 

Yara se refere ao PL 984/2019, defendido pelo deputado federal paranaense Vermelho, que continua ‘em tramitação’ na Câmara dos Deputados (a última tentativa de levá-lo ao plenário foi em junho de 2021, quando diversas instituições e personalidades se manifestaram contra). 

Esse projeto prevê a reabertura da Estrada do Colono – fechada há mais de duas décadas por decisão judicial -, cortando o Parque Nacional do Iguaçu ao meio, o que não só facilitaria o acesso de caçadores e outros criminosos, como abriria precedentes para “rasgar” outras áreas protegidas em qualquer bioma brasileiro.

“Espero que o programa seja uma super ferramenta de conservação para o Paraná! É um marco! Foi super simbólico, pra nós, o PL ter sido aprovado no Dia da Onça-Pintada, que foi criado em 2018 justamente pra chamar a atenção pra necessidade de conservação dessa espécie. É um marco muito bacana e espero que isso sirva de modelo para outros estados”. 

“Ficamos muito felizes de ter começado essa conversa com Goura há um ano e já termos o projeto de lei aprovado. É uma conquista incrível!”, finaliza.

Como o final do ano está próximo, o mais certo é que as reuniões para a elaboração do Programa Estadual de Conservação para Grandes Felinos sejam realizadas no início de 2023 (assim que a Sedest responder à minha solicitação, complementarei o texto com informações mais precisas).

Leia também:
– Quem é o deputado Vermelho?  
– Bolsonaro reforça apoio a deputado que quer reabertura de estrada que corta o Parque Nacional do Iguaçu
___________

Fonte: Assembleia Legislativa do Paraná (ALEP)

Fotos: Leonardo Barros/Wikimedia Commons (onça-pintada) e domínio público (onça parda)

União Europeia aprova lei antidesmatamento, que protege a Amazônia, mas deixa outros biomas ainda mais vulneráveis, como o Cerrado 6 de dezembro de 2022 Observatório do Clima

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União Europeia aprova lei antidesmatamento, que protege a Amazônia, mas deixa outros biomas ainda mais vulneráveis, como o Cerrado

 6 de dezembro de 2022  Observatório do Clima

Numa negociação que se arrastou até as 4 da manhã, a União Europeia aprovou hoje, 6/12, uma regulação que proíbe a entrada no mercado europeu de commodities produzidas em áreas desmatadas após 31 de dezembro de 2020.

Embora contenha uma série de falhas, o novo regulamento é um marco histórico para as florestas: pela primeira vez, os compradores de commodities poderão auditar os vendedores e rejeitar carne, soja, madeira, borracha, cacau, café e óleo de dendê vindos de qualquer propriedade com desmatamento ou degradação, legal ou ilegal.

Bom para a Amazônia, ruim para o Cerrado

A notícia é especialmente auspiciosa para a Amazônia brasileira. A Europa é o segundo maior mercado consumidor de commodities do Brasil, e um regulamento rígido sobre desmatamento por parte do bloco tende a ser usado como referência pelos outros importadores, como China e Estados Unidos. Isso tende a mover o setor privado e facilitar o cumprimento da meta anunciada pelo presidente eleito, Luiz Inácio Lula da Silva, de zerar o desmatamento no país até 2030.

A aprovação um dia antes do início da COP15, a conferência de biodiversidade da ONU em Montréal, também manda um sinal importante para as negociações de uma meta global de proteção dos ecossistemas naturais da Terra.

Embora crucial para as florestas, a legislação europeia falhou com os demais biomas.

Vereda na Chapada dos Veadeiros, em Goiás / Foto: Guilherme Werneck, OC

O texto aprovado num “triálogo” entre a Comissão Europeia, o Conselho Europeu (representação dos Estados-membros) e o Parlamento Europeu rejeitou a proposta do parlamento de incluir “outras áreas florestadas” (other wooded land) nas auditorias.

Com isso, 74% do Cerrado brasileiro ficará desprotegido. Isso é especialmente grave porque o Cerrado é o bioma onde é produzida a maior parte das commodities exportadas para a UE.

Ao restringir a produção com desmatamento na Amazônia, na Mata Atlântica e no Chaco, os biomas mais tipicamente florestais da América do Sul, a nova regulação pode causar “vazamento” do desmatamento para o Cerrado, ampliando sua destruição.

O texto promete revisar a lei um ano após sua entrada em vigor para avaliar a inclusão de other wooded land; em dois anos, de outros biomas. Também ficou para revisão a responsabilização de bancos e outras instituições que financiam o desmatamento. Somente entre 2016 e 2020, os bancos europeus lucraram € 401 milhões em negócios com empresas que desmatam florestas tropicais.

Direitos humanos: alguns avanços

Outro ponto que sofreu no acordo final foi o de direitos humanos. Ausente da proposta original da Comissão Europeia, apresentada em novembro de 2021, a inclusão de uma menção a direitos humanos gerou intensa pressão do movimento indígena.

Exibindo cartazes com os retratos de Bruno Pereira e Dom Phillips, assassinados no Vale do Javari, representantes da Apib (Articulação dos Povos Indígenas do Brasil) protestam, em Bruxelas, por uma lei antidesmate mais forte / Foto: Claudio Angelo/OC.

O Parlamento avançou nesse ponto, mas no “triálogo” ele foi enfraquecido.

Apesar da inclusão do Consentimento Livre, Prévio e Informado (FPIC) na definição da legislação do país de produção, o texto limita o escopo de direitos humanos às leis nacionais e não faz referência a convenções internacionais relevantes, como a Convenção 169 da OIT (Organização Internacional do Trabalho).

A data de corte da legislação, dezembro de 2020, significa que as auditorias feitas pelos compradores (chamadas due diligence no jargão do mercado) nos vendedores deverão recusar produtos cultivados ou criados em áreas desmatadas após essa data.

Isso premiará, por exemplo, produtores que desmataram em metade do mandato de “libera-geral” do governo Bolsonaro. No Brasil, a moratória da soja já audita propriedades desde 2006 e havia condição técnica de recuar a data de corte para antes de 2020. Prevaleceu a proposta original da Comissão Europeia em vez da do Conselho Europeu, que queria 2023.

Rastreabilidade e o lobby do agronegócio

Apesar das brechas, a nova legislação inova ao tratar de um dos pontos essenciais para o combate ao desmatamento: a rastreabilidade. A partir da data de entrada em vigor da legislação, operadores serão obrigados a fornecer as geolocalizações de suas mercadorias até o polígono (parcela de terra) da fazenda onde elas foram produzidas.

O lobby do agronegócio, dentro e fora da Europa, tentou de toda forma excluir a geolocalização da lei, alegando aumento de custos para os produtores. O Observatório do Clima (OC) e outras organizações da sociedade civil argumentaram, num posicionamento público à UE, que essa alegação é frágil, já que o setor da soja no Brasil pratica rastreabilidade até o polígono há mais de 15 anos — e a tecnologia de sensoriamento remoto permite fazer isso em qualquer lugar do mundo.

Houve, porém, isenção para pequenos produtores (até 4 hectares) e a aprovação de uma regra que divide os países em categorias de alto, médio e baixo risco de desmatamento. Estes últimos serão premiados com auditoria simplificada e menos fiscalizações por parte dos compradores.

Repercussão

“A aprovação da legislação europeia é um marco importante na luta pelo fim do desmatamento. Ainda que devesse ter incluído o Cerrado para ter um efeito mais amplo no Brasil, foi importante que o texto final reconheceu e incluiu o direito dos povos indígenas. Para o Brasil, é uma mensagem clara e inequívoca de que o único caminho para a prosperidade do agronegócio é eliminar, o mais rápido possível, o desmatamento e a conversão das cadeias produtivas”, afirma Maurício Voivodic, diretor-executivo do WWF Brasil.

“A normativa deve servir de anteparo, um tipo de salvaguarda ambiental, para destravar o acordo UE-Mercosul. E o resultado disso para o Cerrado será uma maior aceleração do desmatamento e violação de direitos de povos e comunidades tradicionais”, observa Guilherme Eidt, assessor de Políticas Públicas do ISPN – Instituto Sociedade, População e Natureza.

“Mais uma vez o Cerrado é colocado como bioma de sacrifício. Os europeus deram uma sinalização importante para o mundo, mas perderam a oportunidade de fazer uma lei efetiva. O Cerrado é a principal fonte de desmatamento importado pela Europa hoje. Para nós, aumenta o risco do esgarçamento dos recursos hídricos, crise de abastecimento d’água e energética para os maiores centros urbanos do país, e o acirramento da violência no campo”, acrescenta Eidt.

“A legislação europeia está longe de ser perfeita, mas ela dá um sinal importantíssimo para o mundo inteiro: o desmatamento não deve mais ser tolerado”, salienta Marcio Astrini, secretário-executivo do OC.

“Daqui para a frente os mercados se fecharão a quem destruir ou degradar florestas. Quem apostou na passagem da boiada durante o governo Bolsonaro e achou que poderia devastar impunemente quebrou a cara. Felizmente essa parcela do agronegócio, embora barulhenta, é minoritária”, celebra.

* Texto publicado originalmente no site do Observatorio do Clima em 6/12/2022

Foto (destaque): Neil Palmer para Alliance of Biodiversity International/Flickr