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sábado, 25 de janeiro de 2014

Mudanças Climáticas: Tudo sobre [Parte2]

25 de janeiro de 2014.

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http://elementalsolucoes.com.br/mudancas-climaticas-tudo-sobre-parte1/
Engenheiro ambiental formado pela PUC-Rio, e gerente de projetos da Elemental Soluções.

A ELEMENTAL® é uma empresa que acredita na mudança por um mundo melhor. Possuímos um portfólio de serviços voltados à preservação da natureza e criação de uma mentalidade mais construtiva e cooperativa.

A série “Mudanças Climáticas: Tudo Sobre!” possui o objetivo de fornecer um guia completo de informações acerca do assunto de forma a esclarecer certos pontos e desmistificar outros. O debate atualmente se concentra apenas em certas questões e acaba negligenciando grande parte do conteúdo, que é altamente necessário para enriquecer o debate para a tomada correta de decisões.


2. CLICOS DE MILANKOVITCH E O CLIMA DO QUATERNÁRIO

O período mais recente da história geológica da Terra – últimos 2,6 milhões de anos – é conhecido como o período Quaternário. Este é um importante período para nós porque este abrange todo o período na qual nós humanos existimos. Iremos examinar agora como o clima vem mudando desde o início deste período. Ao entender os recentes processos naturais de mudanças climáticas, poderemos ser capazes de melhor entender porque os cientistas atribuem as atuais mudanças observadas no clima global como sendo resultado das atividades humanas.
Uma prova altamente detalhada das condições climáticas do passado vem sendo recuperada das imensas camadas de gelo da Groelândia e Antártida. Estas camadas de gelo são geradas pela queda da neve na superfície de gelo e sendo cobertas por outras subsequentes. A neve comprimida se transforma em gelo. É tão frio nestas localidades (nos polos) que o gelo não derrete mesmo no verão, fazendo com que seja capaz de gerar gelo subsequente durante milhares de anos. Camada em cima de camada. Pelo fato do gelo nas camadas mais baixas ter sido produzido em nevascas mais antigas, a idade do gelo aumenta com a profundidade, estando a mais jovem na superfície. As camadas de gelo da Antártida  possui cerca de três milhas de profundidade. São levados muito e muitos anos para se gerar tanto gelo, sendo a camada mais profunda possuindo cerca de 800.000 anos de idade.

Os cientistas então escavam nestas camadas de gelo para extrair os núcleos de gelo, na qual possuem das informações acerca dos climas passados. A figura abaixo mostra como que esses núcleos se parecem quando são abertos ao meio. Assim como os anéis nas árvores, os núcleos de gelo indicam informações de crescimento e idade. Note como o núcleo do meio (o qual foi preciso perfurar quase 2 km para se extrair) possui camadas distintas – isto porque as estações deixam uma marca nas camadas de neve. Os cientistas, então, podem usar estas marcas para ajudar a calcular a idade das diferentes profundidades de gelo, apesar da tarefa se tornar cada vez mais difícil com a profundidade, devido a maior compressão das camadas. O gelo acaba guardando muitos diferentes tipos de informação sobre o clima: a temperatura do núcleo de gelo, as propriedades da água que se tornou gelo, poeira retida na camada, e pequenas bolhas contendo informações sobre a atmosfera naquele tempo.

Três diferentes seções de núcleos de gelo. De cima para baixo, da mais superficial para a mais profunda. (Imagem: Reprodução / Nacional Ice Core Laboratory)

São as moléculas de água que formam as informações no gelo sobre a temperatura da atmosfera. Cada molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Contudo, nem todos os átomos de oxigênio são os mesmos. Alguns são mais leves que outros. Estes tipos diferentes de oxigênio são chamados de Isótopos, os quais podem ser resumidos como átomos com o mesmo número de prótons, mas diferentes números de nêutrons. Isto quer dizer que algumas moléculas de água possuem peso maior do que outras. Esta informação é importante porque que as moléculas mais leve de água são mais facilmente evaporadas do oceano, e uma vez na atmosfera, as moléculas mais pesadas são mais suscetíveis a condensar e cair com a precipitação.

O processo de diferenciação entre as moléculas de água mais pesadas e mais leves varia de acordo com a temperatura. Se a atmosfera está mais quente, há mais energia disponível para evaporar e segurar a água com as moléculas mais pesadas na atmosfera, sendo então a neve que caia nas camadas de gelo nos polos é composta pelas moléculas mais pesadas. Sendo o oposto verdadeiro, uma vez que a atmosfera esteja mais fria, ou seja, sem energia para segurar as moléculas mais pesadas na atmosfera para precipitarem em forma de gelo nos polos. Os cientistas podem, então, comparar a quantidade de moléculas mais pesadas de oxigênio nas camadas de gelo para ver como era a temperatura na atmosfera vem mudando com o tempo.
O Clima no quaternário
Durante o quaternário, a Terra passou por ciclos entre períodos glaciais (Era do Gelo) e períodos interglaciais. O gelo estava no seu ponto extremo mais recente a aproximadamente 20 mil anos em um período chamado de a Última Máxima Glacial, ou UMG. Como podemos ver nas gravações no gelo, o clima no quaternário é praticamente frio (temperatura média de 6º c), com longos períodos de frio pontuados com períodos mais curtos de calor, como podemos experimentar hoje em dia. De várias formas, nosso clima atualmente é excepcional.
Durante os períodos glaciais o clima era muito mais seco, como evidenciado pelo aumento de poeira na atmosfera. As terras nos polos e próximos a eles eram cobertas por gelo, e savanas secas ocupavam áreas que hoje são cobertas de florestas. Desertos eram bem mais amplos do que hoje, e as florestas tropicais, tendo menos água e calor, eram menores. Os animais e plantas eram diferentes em sua distribuição em comparação com hoje, e adaptados a essas condições.

Modelo de como foi a última era glacial (Imagem: reprodução)

Ciclos Milankovitch

Mas então qual é a causa dessa variação entre climas quentes e frios durante o quaternário? Como vimos anteriormente, o clima da Terra é controlado por diferentes fatores – insolação, gases do efeito estufa e albedo são todos importantes. Cientistas então acreditam que a insolação é a responsável por essas variações, sendo a sua variação resultada de mudanças na órbita da Terra entorno do sol.
A órbita da Terra não completamente fixa como vemos em modelos esquemáticos – ela varia com o tempo. Estas mudanças periódicas na órbita da Terra são referenciados como sendo os Ciclos Milankovitch.
Há três principais formas na qual a órbita da Terra varia:

Excentricidade (Eccentricity): A órbita da Terra não é exatamente circular, mas sim segue uma elipse, com o sol ocupando um de seus focos. Isto significa que, com o passar do ano, a Terra está às vezes mais perto e outras vezes mais longe do sol. Assim, o sol está mais próximo em janeiro, e mais longe em julho. Esta variação afeta a quantidade de insolação que recebemos por um pequeno percentual, então as estações do hemisfério Norte são ligeiramente mais brandas do que seriam caso a órbita da Terra fosse circular.
Obliquidade (Tilt): O eixo da Terra gira com um ângulo com relação ao seu trajeto em volta do sol – aproximadamente 23,5º. A diferença na órbita acaba criando as estações. Caso o eixo da rotação da Terra alinha-se com a direção da órbita em volta do sol, não havia estações. Este ângulo no eixo da Terra também varia com o tempo, entre 22,1 e 24,5º. Quanto maior o ângulo, maior a diferença de temperatura entre verão e inverno.
Precessão axial (Precession): A direção do eixo da Terra durante sua rotação também varia com o tempo em relação às estrelas. Atualmente, o polo Norte aponta para a estrela Solaris, mas seu eixo de rotação varia entre apontar para esta estrela e para a estrela Vega. Isto impacta o clima da Terra como também determina quando as estações ocorrem. Quando está apontando para Vega, o período de pico no verão do hemisfério Norte seria em janeiro, não em julho. Caso isto fosse verdade hoje em dia, significaria que o hemisfério Norte experimentaria estações mais extremas, porque janeiro é quando a Terra está mais próxima do Sol.

Modelo com os ciclos de Milankovitch (Imagem: Reprodução)
Mas como estes ciclos variam a nosso clima? Estes ciclos orbitais não possuem muito impacto no total de insolação que o planeta recebe. Eles apenas exercem uma variação no período da insolação, sendo a quantidade total a mesma. A melhor explicação para as variação de longo termo na temperatura média da Terra são que estes ciclos começam um processo de feedback positivo que amplifica a pequena diferença na insolação.

Insolação e o feedback do albedo

Hoje em dia a órbita da Terra não é muito excêntrica (é quase circular), mas no começo de cada período recente de era do gelo, a órbita era muito mais elíptica. Isto significa que a Terra estava mais longe do sol durante o verão no hemisfério Norte, reduzindo o total de insolação. A baixa insolação significa que os meses de verão eram mais brandos do que geralmente são.

Acredita-se então que estes verões mais brandos produziam uma feedback no albedo que fez com que todo o planeta caísse em uma era glacial. O hemisfério Norte possui continentes próximos aos polos, possuindo assim um clima bastante temperado. Durante o inverno, a neve cai e se derrete apenas nos meses mais quentes, no verão. Caso o verão não seja quente o suficiente para derreter a neve a o gelo, estes acabam avançando, cobrindo mais terra. Este processo gera um feedback positivo, com as condições mais frias permitindo que o gelo avance – que por sua vez aumenta o albedo e esfria a Terra. O mesmo pode ocorrer ao contrário, com verões mais quentes e um feedback positivo, diminuindo o albedo e esquentando o planeta.

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