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2.2. AQUECIMENTO GLOBAL
2.2.1 TEMPERATURAS CRESCENTES
Nunca, no último milénio, as temperaturas mostraram uma taxa tão elevada e a aumentar.
Não é só o aumento das temperaturas e precipitações médias mas também a sua maior
variabilidade sobre o planeta nos últimos cem anos. Diferenças importantes entre
a terra e o mar, entre as diferentes regiões, entre as estações, ou mesmo entre o dia e a noite
são fenómenos dos nossos dias.
- Os
Sul da
invernos aquecem mais rápido
Europa) - dias frios notavelmente
do que os verões (leste e
reduzidos enquanto os dias com
temperaturas sufocantes são
mais frequentes:
Outras fontes para além da medição de temperatura:
2.2.2. PRECIPITAÇÕES
A Evaporação anda de mãos dadas com o aumento das temperaturas o que contribui para o
aumento de 2% das precipitações registadas nos últimos 100 anos. O que poderia ser um
benefício, não o é, pois está mitigado pelas grandes diferenças regionais.
Estes aspetos da precipitação geralmente apresentam grande variabilidade natural: Mais
precipitação cai agora sob a forma de chuva, em vez de neve em regiões do norte, por ex.
2.2.3. OS OCEANOS TAMBÉM ESTÃO A AQUECER
Tanto os níveis dos oceanos como as temperaturas têm vindo a aumentar desde o final do séc.
XIX e o fenómeno tem vindo a acelerar desde os anos 90’s.
Em alguns locais esta observação pode dever-se a causas naturais. No entanto, as alterações
observadas à escala planetária não podem deixar de estar ligada ao aquecimento global.
A
dinâmica
dos
oceanos
e
das
condições
locais
induzem
diferenças de aquecimento entre os diferentes mares - o aquecimento é desigualmente
distribuído.
Devido à sua inércia térmica, a água do mar tem aquecido muito menos do que a
atmosfera. Isso significa que, mesmo que as temperaturas um dia se estabilizem, os oceanos
continuarão a mostrar efeitos visíveis e irão continuar a sua expansão.
2.2.4. DEGELO DOS GLACIARES
Particularmente marcado desde o início do séc. XX.
Nos últimos 100 anos os montes Quênia e Kilimanjaro, por exemplo, perderam 92% e 82% dos
seus glaciares, respetivamente.
Se o degelo dos glaciares africanos pode estar ligado a variações locais no ciclo da água, não
existe consenso sobre as razões, em observações semelhantes noutras partes do planeta. O
degelo é muito rápido para invocar o aquecimento global como a causa final.
Em qualquer caso, neva muito menos; uma parte substancial do gelo do Ártico está a derreter,
apesar de variabilidade de ano para ano, sendo a superfície perdida de cerca de 30.000
km2/ano.
2.2.5. O FLUXO DA ENERGIA
Existe um consenso da comunidade científica que liga o aumento das temperaturas às
atividades humanas, especialmente, à utilização de combustíveis fósseis.
A pergunta não será tanto “por que é que as temperaturas estão a aumentar?” mas antes “por
que é que as atividades humanas estão por trás disto?”
A resposta está nas modificações trazidas pelo fluxo de energia em todo o sistema climático
por gases emitidos através da queima de combustíveis: o assim chamado gases de efeito
estufa.
Devemos primeiro entender como o planeta transmite e transforma a energia que recebe do
Sol.
De acordo com as estimativas mais recentes, a Terra recebe, na parte superior da atmosfera,
sob a forma de radiação de ondas curtas, a radiação solar média de 341,3 W/m2. Parte dela
(totalizando 101,9 W/m2) retorna diretamente da atmosfera e da superfície do planeta.
Consequentemente, 341,3 W/m2- 101,9 W/m2 = 239,4 W/m2 constitui a energia solar
absorvida pelo planeta, que induz movimento na atmosfera e nos oceanos, definindo o clima.
Esta energia absorvida segue um curso de transformações e de trocas complexas entre os
agentes climáticos.
Esta energia não pode permanecer na Terra: o planeta seria aquecido até níveis insustentáveis.
Na verdade, é devolvida para o espaço em forma de radiação de ondas longas. Estima-se o seu
valor em 238.5 W/m2. Deste modo, a diferença entre a energia absorvida (239,4) e a devolvida
(238,5) é de 0.9 W/m2.
Significa que 0,9 W/m2 não são devolvidas para o espaço exterior: foram capturados pela
atmosfera da Terra. O resultado é claro: A Terra está a aquecer e, assim, as temperaturas vão
subindo.
2.2.6 A ENERGIA RADIANTE E TEMPERATURAS
Falámos sobre radiação de onda curta (entrada) e radiação de onda longa (saída). O que
queremos dizer com isso?
O termo energia é conhecido num certo número de formas diferentes (térmica, mecânica,
química, elétrica, elástica, nuclear, etc.).
A Terra realiza as trocas de energia com o espaço quase que exclusivamente através de um
única forma: a energia radiante ou a luz, isto é, sob a forma de ondas eletromagnéticas.
Este tipo de energia é intrínseco a todos os organismos cuja temperatura está acima do zero
absoluto, na chamada a escala de Kelvin, em que 0 º K= -273 º C.
Pelo simples facto de ter uma temperatura acima do zero absoluto, um corpo emite luz: a
radiação de corpo negro. A radiação de corpo negro fornece-nos um conjunto de equações
muito precisas que permitem relacionar a temperatura de um objeto com a luz que ele emite.
A intensidade com que um dado comprimento de onda é emitido depende da temperatura do
corpo.
radiância espectral
Observamos que o pico diminui em magnitude e desloca-se para a posição da região de comprimentos
de onda mais longo quando a temperatura diminui.
Isto significa que a luz emitida por corpos muito quentes (> 7000 K) é essencialmente luz
ultravioleta (radiação de onda curta). À medida que o corpo se torna mais frio (4000 K
- 7000 K), a maior parte da energia radiante é em forma de luz visível; para temperaturas
abaixo de 4.000 K de luz infravermelha (radiação de onda longa). Ou seja, corpos mais quentes
tendem a emitir luz branca enquanto que corpos a temperaturas baixas emitem ondas de
infravermelho.
A temperatura do exterior, parte visível do Sol (a fotosfera) é de aproximadamente
5700 K. O pico é, portanto, na faixa visível. É por isso que vemos o brilho solar.
Por outro lado, a temperatura média da Terra é de 288 K (15 ° C), na gama infravermelha. É
por isso que o nosso planeta não "brilha", o que não significa que ele não irradia luz: apenas
que a luz simplesmente não é visível.
A radiação de saída (238,5 W/m2) é essencialmente radiação infravermelha. E é nesta fase que
os gases do efeito estufa entram em ação. Veremos nas próximas secções.
2.2.7. EFEITOS ATMOSFÉRICOS
Nem toda a radiação solar recebida nos limites exteriores da atmosfera atinge a superfície da
terra. A atmosfera seleciona vários componentes da radiação solar. Como já mencionado,
parte da radiação solar é refletida de volta. A que não é refletida é, ou absorvida ou espalhada
por gases atmosféricos, vapores e partículas de pó.
Os gases da atmosfera absorvem a energia solar, em determinados intervalos de comprimento
de onda, chamadas bandas de absorção. Os intervalos de comprimentos de onda que não são
absorvidos são conhecidos como bandas de transmissão ou janelas atmosféricas. Os mais
letais, gama de comprimentos de onda (raios gama, raios-X e raios UV) são absorvidos pelo
oxigénio, nitrogénio e ozono. O dióxido de carbono e vapor de água, por outro lado, absorve a
faixa do infravermelho. Devido à reflexão, difusão e absorção de radiação, a quantidade
de energia solar que chega é muito reduzida em intensidade. Esta redução varia com o
comprimento de onda da radiação e depende do comprimento através do qual a radiação
solar atravessa na atmosfera. Também varia com fatores como latitude, estação, cobertura de
nuvens e os poluentes atmosféricos.
Por outro lado, a superfície terrestre absorve e emite luz. Esta reflexão a partir do solo é
principalmente luz visível.
Se o vapor de água é responsável pela maior parte do aquecimento atmosférico, por que se
fala tanto sobre as emissões antropogénicas do dióxido de carbono?
O aquecimento é um efeito natural. Naturalmente aquece mas também esfria, irradiando para
o espaço sideral. Quando ambos os mecanismos de regulação estão em equilíbrio, a atmosfera
atinge uma temperatura mais ou menos constante. Isso permite a existência de vida na Terra,
porque, sem a atmosfera, as condições seriam muito parecidas com as da Lua.
O problema surge quando há um desequilíbrio entre o aquecimento e o arrefecimento na
atmosfera. É o que esta a ocorrer atualmente.
O dióxido de carbono, embora menor agente de aquecimento do que o vapor de água, está a
aumentar a sua concentração para uma taxa muito elevada. Elevada o suficiente para
perturbar o equilíbrio aquecimento-arrefecimento (permanecendo constante a concentração
de vapor de água) e, assim, ser responsável pelo aumento da temperatura.
2.2.8. EFEITO ESTUFA
Todos os gases que absorvem a radiação infravermelha são gases de efeito estufa: vapor de
água, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O), ozono (O3) e moléculas
antrópicas, tais como gases fluorados ou compostos halogenados. A eficácia com a qual um
gás contribui para o efeito de estufa depende da sua concentração na atmosfera e da sua
capacidade de absorver a luz infravermelha.
Nestas figuras podemos ver a contribuição de cada um desses agentes.
A primeira refere-se à contribuição natural. Aqui, o vapor de água é responsável por mais da
metade do total, enquanto outros gases (incluindo o dióxido de carbono) representam apenas
30%.
A segunda apresenta outro tipo de contribuição resultante da atividade humana. O dióxido de
representa a maior parte. Atualmente, o metano equivale a 16,5% do efeito, que é uma ação
em manifesta desproporção com a sua concentração real. O seu impacto, molécula por
molécula, é várias vezes mais poderoso do que o dióxido de carbono e representa uma fonte
potencialmente perigosa, dadas as enormes quantidades de metano que podem ser libertadas
se as temperaturas continuarem a subir.
Analisando cada um desses agentes:
Dióxido de Carbono (CO2)
1
2
O CO2 pertence ao ciclo natural do carbono e sempre foi um componente da atmosfera (a
maioria das plantas absorvem dióxido de carbono e os animais libertam-no).
A sua concentração atmosférica tem vindo a aumentar há mais de um século, devido à
alteração do ciclo natural do carbono (antrópica), alcançando um nível nunca verificado nos
últimos 650 mil anos.
Nota-se o aumento dramático desde o séc. XIX. Em níveis pré-industriais o CO2 tem uma
média de 280 partes por milhão (ppm). Em 2010, o nível é de 390 ppm, subindo de forma
constante, o que representa um incremento de 39% em a menos de 200 anos.
Na imagem seguinte podemos ver a média das concentrações de CO2 nos últimos 400.000
anos, reconstruído a partir de amostras colhidas a partir de bolhas de ar aprisionadas nos
núcleos de gelo de Vostok eAntártica.
O valor máximo para a concentração de CO2 no período analisado varia entre 180 ppm nos
episódios mais frios e 280-300 ppm nos mais quentes, o que é bem abaixo das figuras
anteriores. Pela comparação desta última com as anteriores, notamos a correlação entre as
concentrações de CO2 e as temperaturas.
3.
Note-se que estas oscilações de concentração de CO2 relacionam-se com as flutuações
sazonais do hemisfério norte devido à maior concentração de massas continentais nesse
hemisfério.
Verificamos que as variações sazonais observadas no ciclo anual no gráfico 2 se devem ao
crescimento da vegetação durante a estação quente, que recupera CO2 através da
fotossíntese, e a decomposição dessa mesma vegetação liberta CO2 durante a estação fria.
Para a maioria, a acumulação de dióxido de carbono, a um nível crescente, é o resultado de
200 anos da combustão massiva de fósseis, essencialmente, carvão, petróleo e gás,
provenientes dos sedimentos de plantas e animais em condições anaeróbias.
Na década de 1998-2008 as emissões de carbono aumentaram cerca de 2,5% - quase quatro
vezes mais rápido que na década de 1990 [Le Quéré et al, 2009.].
Estima-se que cerca de 50% do CO2 antropogénico já emitido foi permanentemente removido
da atmosfera. Apesar disso, a sua concentração atmosférica continua a subir. A curto prazo, a
eficiência dos oceanos, como libertadores de CO2 pode ser comprometida pelo aquecimento
global, tal como a solubilidade de gases na água se reduz pelo aumento da temperatura.
4. Ciclo global do carbono no
no seu 4º Relatório de Avaliação, 2007
início
de
1990,
estimado
pelo
IPCC
Setas vermelhas - interferência humana sobre os valores naturais para os fluxos (setas pretas)
e quantidades no reservatório. Como resultado da combustão de combustíveis fósseis, foram
libertados na atmosfera cerca de 6,4 Gigatonne19/ano (GtC) de carbono equivalente durante
esses anos. Alterações no uso da terra (principalmente o desmatamento) contribuíram para
uma entrada adicional de1,6 GtC/ano (6,4+1,6=8).
Este fluxo total de carbono para a atmosfera foi parcialmente compensada pela absorção de
CO2 atmosférico pela terra e oceanos. Estima-se que 2,2 GtC/ano foi absorvida pela vegetação
(crescimento) e solo (detritos). Os oceanos terão absorvido 1.6 GtC/ano (2,2+1,6=3,8).
Feitas as contas, houve uma entrada adicional de 4,2 GtC /ano (8-3,8) na atmosfera.
Isto dá uma ideia do impacto das atividades humanas desde 1750. No período de 1750-1994, e
de acordo com as estimativas do IPCC, 244 GtC de carbono fóssil e 140 GtC de alterações do
uso da terra, foram transferidos para a atmosfera, totalizando 384 GtC. Parte dessa enorme
quantidade de carbono foi reabsorvido pela terra e solo (101 GtC) ou dissolvido na superfície e
oceanos profundos (18 e 100 GtC, respetivamente). Por conseguinte, a atmosfera reteve no
fim desse período 165 GtC (384-101 -18-100), o produto das atividades humanas.
Este resultado, comparado com o valor de carbono na atmosfera em 1750 (597 GtC) traduz um
aumento de 28% em 250 anos!
Compreender as trocas de CO2 entre a terra e a atmosfera é fundamental para aperfeiçoar a
descrição do ciclo do carbono e fazer melhores previsões sobre os futuros níveis deste gás
sobre o efeito de estufa.
No contexto da atenuação de CO2, muito se tem debatido sobre a questão da fertilização de
CO2, uma intensificação do crescimento da vegetação para compensar níveis mais elevados de
dióxido de carbono atmosférico. Isto pode significar um ganho na absorção dos valores de
carbono terrestres (o CO2 é um recurso primário para o crescimento da vegetação), mas não é
assim tão fácil.
Apesar de ter havido uma intensificação da vegetação nos anos 80 e 90 não se tem a certeza
de estar relacionado com o aumento de concentração de CO2 na atmosfera. Na primeira
década do séc. XXI, onde forma registadas as temperaturas mais altas, a situação inverteu-se.
Grandes áreas da América do Sul, África do Sul e Austrália foram as mais afetadas, podendo
estar relacionado com as condições de chuva desfavoráveis que dominaram essa
década no Hemisfério Sul e, possivelmente, incêndios e a substituição de grandes áreas
de floresta tropical (no Brasil e Sudeste Asiático) por culturas de rendimento.
Embora o fenómeno deva ser confirmado por estudos adicionais, esta inversão
pode ser um aviso claro para aqueles que contam com a intensificação da vegetação para
absorção de carbono como forma de contrabalançar a queima de combustíveis fósseis.
Em resumo, dos cerca de 244 GtC emitidos para a atmosfera desde o início da era industrial,
cerca de 165 GtC permaneceram lá (27% mais em relação aos níveis pré-industriais).
Enquanto isso, as reservas atuais de combustíveis fósseis estimam-se na ordem de 10 vezes o
valor já emitido em fumos. Embora a maioria deles sejam ou inacessíveis ou caros demais para
explorar no presente, não podemos considerar uma boa perspetiva para o futuro se o mundo
persiste em sua dependência inabalável dos combustíveis fósseis.
Metano e óxido nitroso
O metano (CH4) é o segundo e o óxido nitroso (N2O) o terceiro, relativamente ao CO2, para o
presente aquecimento global. Medições precisas mostram o aumento das concentrações
atmosféricas para estes dois gases, com pouca variação geográfica. O aumento em relação aos
níveis pré-industriais é espetacular. Mais preocupante no caso do metano porque nenhuma
explicação satisfatória foi encontrada.
O metano tem uma concentração 200 vezes menor do que a de CO2 mas é responsável por
quase 17% do efeito do aquecimento adicional (antropogénico). Os seus efeitos, molécula a
molécula, é mais intenso do que a de CO2. Este paradoxo pode ser explicado pela capacidade
deste gás para absorver radiação infravermelha, devido à sua composição química. Em troca,
seu tempo de vida na atmosfera é muito menor do que o do dióxido de carbono - de poucos
anos em comparação com as da ordem de séculos a milênios (Archer et al., 2009).
A concentração de metano aumentou 150% em relação à era pré-industrial (metade deve-se a
atividades humanas). As principais fontes de metano estão na fermentação anaeróbia (ou seja,
na ausência de ar, muito presente em zonas ricas em água como pântanos, turfeiras,
plantações de arroz), no gado, nas térmitas, nos combustíveis fósseis, nas fugas naturais de gás
e queima de combustíveis fósseis.
O óxido nitroso (N2O) é um componente natural da atmosfera da Terra. Em tempos préindustriais, as concentrações eram cerca de 270 ppbv (partes de bilhão por volume).
A maior fonte deste gás são as bactérias existentes nos solos e em sedimentos que o
produzem como subproduto de nitrificação e desnitrificação, processos importantes do ciclo
natural do nitrogénio.
O N2O escapa dos solos e sedimentos para a atmosfera, e é eventualmente perdido na
estratosfera, mais de 10 km acima da superfície da Terra, por radiação ultravioleta. O tempo
de vida do N2O na atmosfera é relativamente longo (mais de um século), tornando-se um
poderoso gás de efeito estufa.
Ele tem um potencial de aquecimento muito maior que o CO2 e o CH4. Um quilo de N2O
emitido absorve 296 vezes mais radiação infravermelha do que um quilo de CO2 emitido
(Global Warming Potential over 100 years [IPCC, 2007]).
As concentrações de N2O têm vindo a aumentar, desde há um século, para 319 ppbv em 2005.
Este aumento está relacionado com o aumento das emissões dos solos pela produção de
alimentos para uma população mundial crescente; o aumento do uso de fertilizantes na
agricultura leva ao aumento dos níveis de nitrogénio, estimulando as bactérias para produzir
mais N2O do que em condições naturais.
Não são apenas os terrenos agrícolas a fonte antropogénica de N2O, mas também os solos
naturais e sistemas aquáticos, onde os níveis têm aumentado como resultado de perdas de
fertilizantes e deposição de N atmosférico. Também se somam as fontes industriais de N2O,
mas são de menor importância.
Vapor de água
O vapor de água é, de longe, o gás de efeito estufa mais importante, pois produz mais
aquecimento atmosférico do que qualquer outro gás, até mesmo porque uma molécula de
água é menos eficiente na absorção de radiação infravermelha do que uma molécula de CO2.
O equilíbrio da pressão de vapor de água no estado líquido, e a correspondente quantidade
máxima de água na atmosfera, aumenta exponencialmente com a temperatura.
A radiação térmica de infravermelhos redirecionada pelo vapor de água vai ser impulsionado
pelo aquecimento global produzido por outros gases (e por si), e as temperaturas vão subir
ainda mais.
Por outro lado, a formação de nuvens será estimulada e as nuvens são conhecidas por terem
um efeito misto na radiação térmica infravermelha. A água sob a forma de gotículas de líquido
também absorve radiação de infravermelhos. Consoante o seu tipo, no que diz respeito à
radiação solar, elas comportam-se de maneiras diferentes.
Pode-se dizer que a baixa altitude as nuvens costumam refletir a radiação solar, e arrefecer a
atmosfera, enquanto em alta altitude mostram o comportamento oposto e aquecem-na. No
entanto, a nossa compreensão das nuvens e seus efeitos sobre o aquecimento global e clima
ainda é muito incompleto. Não é evidente que um teor de vapor atmosférico elevado irá ter
uma influência positiva ou negativa sobre o aquecimento global.