causas da mudança do clima -...

Sumário

• Balanço radiativo

• O ciclo do carbono e os GEE

• GEE não compreendidos pelo ciclo do carbono

• Emissão de aerossóis

• Mudança do albedo planetário

• Incidência solar e vulcanismo

Causas da mudança do clima

Balanço radiativo

Fração de radiação interceptada pela Terra (Milankovitch)

Fração da radiação refletida pelo planeta (albedo)

Fração de radiação infravermelha emitida para o espaço (GEE)

O Balanço radiativo da Terra e suas forçantes naturais e antrópicas


Radiação UV emitida pelo Sol:

342 W/m2

Radiação UV absorvida pela Terra:

235 W/m2

Radiação UV refletida pela Terra:

107 W/m2


• O que acontece com os 235 W/m2 absorvidos?(balanço energético)

Radiação IR emitida para o espaço:

235 w/m2

Para um corpo emitir 235 w/m2, sua temperatura teria de ser ~ -19ºC.

Porque, então, a temperatura média da Terra é de + 15ºC ?

Resposta: O efeito estufa natural recircula parte desse calor dentro da troposfera, via absorção da radiação IR pelos GEE


Quantificação da interferência antrópica nesse sistema, utilizando o ano de 1750 como marco

zero:

1,6 W/m2 a mais de forçamento radiativo significa um aquecedor desta potência em um quadrado de 1mx1m em toda a superfície do planeta. No entanto, as interações climáticas potencializam o aquecimento provocado por este forçamento


O ciclo do carbono


Observação:

GtC = Bilhões de toneladas de carbono (109 toneladas de carbono)

O carbono:

- Elemento onipresente no planeta (todos os compartimentos ambientais)

- Se liga a quase tudo que não é metálico (vida baseada no carbono)

- O carbono do seu corpo permanece nele por cerca de 7 anos

- Fotossíntese X respiração – Leve excesso de CO2 na atmosfera

- Sumidouros de carbono (funcionam em diferentes escalas temporais)

O ciclo do carbono:

Sistema interativo que procura sempre o equilíbrio dinâmico, respondendo a perturbações internas (componentes do ciclo) e externas

Os fluxos pré-industriais estão na cor preta. Em vermelho, temos a contribuição antrópica


• O sistema atmosfera: um pequeno compartimento com alta volatilidade

Trocas constantes com todos os demais compartimentos ambientais. O homem vem desequilibrando os fluxos naturais (“atolamento de CO2”)

Este atolamento é reequilibrado pelo sistema, através de aumentos na taxa de absorção oceânica de CO2 e de fotossíntese. Porém, o oceano possui uma saturação de CO2 (coef. De solubilidade)


Na atmosfera, o carbono é encontrado sob as seguintes formas:

- CO2: Advindo da respiração, oxidação de matéria orgânica e queima de combustíveis fósseis

A queima de combustíveis fósseis e de matéria orgânica, juntamente com a sua decomposição são os principais emissores de CO2


- CH4 : Advindo da fermentação entérica e da decomposição de matéria orgânica em ambientes anóxidos (sem a presença de oxigênio)

Culturas alagadas de arroz no sudeste asiático


• A hidrosfera: para cada molécula de C na atmosfera, há 50 no oceano

Trocas constantes com todos sistema atmosférico, além de receber aportes de carbono dos demais compartimentos. Absorve 2,2 GtC por ano nesta troca, aliviando o “atolamento” da atmosfera.

A questão de escala temporal é crítica neste compartimento, devido a diferenças na velocidade em que há trocas nas camadas do oceano e na deposição de sedimentos no leito


• A litosfera: O grande reservatório

É o maior reservatório de carbono (sedimentos marinhos, rochas sedimentares e combustíveis fósseis)

Possui um ritmo natural de incorporação e perda de carbono extremamente lento. No entanto, este compartimento têm sido amplamente saqueado pelo homem, através da produção de combustíveis fósseis.


• A biosfera: o elemento capaz de desequilibrar o ciclo natural

Agente capaz de impor perturbações agressivas ao ciclo, devido à escala temporal com que trabalha. Historicamente, foi responsável por proporcionar à atmosfera a composição de gases atual.

A presença do homem impõe grandes perturbações no ciclo do carbono. Este, por sua vez, responde a tal estímulo visando ao re-equilíbrio de seu sistema. Quais seriam tais respostas?


O desequilíbrio do ciclo do carbono pelo homem:

Para entender a Terra, 2005

A biosfera e os oceanos são, hoje, capazes de absorver metade do CO2 em excesso (emitido pelas atividades antrópicas), porém essa capacidade tem um limite e uma

velocidade mais lenta que a de emissões e, segundo o IPCC um estágio de saturaçãopode existir.


A velocidade do ciclo é diferente para cada reservatório

Gee não compreendidos pelo ciclo do carbono


Constituem um ínfima fração dos gases traço da atmosfera (dezenas de ppb), porém, possuem GWP muito maior que o CO2 e o CH4

São constituídos por:

- Vapor d’água (não é antrópico)

- N2O

- O3 troposférico

- CFC e derivados

- Halocarbonos


Nuvens altas tendem a esquentar a atmosfera(Atua como GEE, sem refletir radiação UV do sol)

Nuvens baixas tendem a resfriar a atmosfera(Reflexão de radiação UV do sol, sem atuar como GEE)

Vapor d’água: a maior incerteza relacionada à ciência do clima

- N2O – Óxido nitroso

É emitido naturalmente por bactérias no solo e nos oceanos. Portanto, faz parte do ciclo natural do nitrogênio.

Pequenas concentrações, porém, possui GWP de 230

Fontes antrópicas de N2O:

Fertilizantes à base de nitrogênio – induzem microorganismos do solo a produzirem mais óxido nitroso

- Pecuária – Os dejetos de porcos, gado e galinhas também estimulam a produção exacerbada de óxido nitroso pelos microorganismos do solo

- Fontes industriais – Fabricação de ácido nítrico e nitroso, juntamente com a produção de nylon e outros produtos.


N2O – Óxido nitroso


Ozônio troposférico O3

É formado na troposfera através de reações fotoquímicas (na presença de raios UV) sofridas por compostos emitidos pelas atividades antrópicas. Tais compostos são:

- oxidos nitrícos (NOx) – advindo da queima de carvão, atividades industriais, etc

-monóxido de carbono (CO) – advindo da combustão incompleta de combustíveis (motores pouco eficientes ou mal regulados)

-Compostos orgânicos voltáteis (COV) – Emitido por uma série de atividades antrópicas. Exemplos de VOC: metano e o xileno

Obs:

Além de um poderoso GEE, o ozônio troposférico é também tóxico, causando problemas respiratórios e oculares


A família do CFC e dos Halocarbonos:

Possuem GWP altíssimos, da ordem de milhares de vezes maior que o do CO2. Porém, são emitidos em quantidades muito pequenas

- CFC são gases estritamente antrópicos, e são controlados pelo Protocolo

de Montreal desde 1978. Suas emissões estão sendo gradualmente reduzidas.

-Halocarbonos são compostos por átomos de carbono ligados a elementos do grupo dos halogênios (F, Cl, Br, I e At), sendo os organoclorados (ligados com Cl) os mais comuns.

Halocarbonos podem ser naturais (dioxinas advindas de vulcões), mas principalmente antrópicos.

CFC11

Dioxina


Aerossóis

“Aerossóis são parte integrante do ciclo hidrológico da atmosfera e da quantidade de radiação interceptada por esta. No entanto, muitos fenômenos relacionados aos aerossóis ainda não são completamente compreendidos pela ciência da mudança do clima”


O aerossol é definido como a suspensão de partículas sólidas ou liquidas em um

gás.

-Poeira (fuligem)

-sal

- metais

- compostos óxidos

- compostos semivoláteis, tais como nitratos

NASA, 2005


Fontes Naturais e antrópicas de aerossóis:

- Ecossistemas naturais emitem a quantidade de aerossóis necessária à sua manutenção (ex: Amazônia)

- Desertos são fontes naturais de emissão de aerossóis (poeira) 50% consegue atravessar oceanos

- Elemento antrópico – aumenta a taxa de emissão de poeira através de queimadas, processos industriais e de desertificação (ex: savanização da Amazônia)

www.realclimate.org

A bacia amazônica é recebe fósforo

advindo da poeira do Sahara

A introdução de uma maior quantidade de nutrientes contidos na poeira afeta o ciclo

biogeoquímico de ecossistemas


Os efeitos dos aerossóis sobre o sistema climático podem ser categorizados em diretos e indiretos:

- Efeito direto

Os aerossóis espalham (difundem) e absorvem a radiação solar (UV) antes que esta atinja a superfície do planeta.

Assim, eles possuem comportamento dualista:

- Resfria a superfície

- Aquece a atmosfera.

IPCC, 2007


As partículas de aerossóis são intimamente ligadas ao ciclo hidrológico porque elas constituem os núcleos de condensação de nuvens (NCN), que juntamente com o vapor de água constituem as gotículas de nuvens (Silva Dias et al., 2004, Rosenfeld et al., 2000, Roberts et al., 2001, Andreae et al., 2004).

- Efeitos indiretos:

mecanismo pelo qual aerossóis alteram propriedades radiativas das nuvens, além de sua quantidade e tempo de vida.

NCNNCNNCNNCN


A emissão excessiva de aerossóis afeta o mecanismo de formação de nuvens de diversas formas. Porém, este efeito pode ser resumido como o aumento do número de

NCN:

Com o excesso de NCN, uma mesma quantidade de vapor d’água encontra mais núcleos para aderir, tornando a nuvem mais

esparsa.

•Afeta o albedo desta nuvem

•Aumenta seu tempo de

vida

• Torna na nuvem mais alta


Resumo dos efeitos dos aerossóis sobre o sistema climático:

IPCC 2007


Há muita incerteza em relação à quantificação dos efeitos dos aerossóis sobre o clima:

IPCC 2007


Mapa da profundidade ótica dos aerossóis (concentração de aerossóis na atmosfera)

IPCC 2007


Forçamento radiativo dos aerossóis sobre a atmosfera

O comportamento dualista dos aerossóis (absorção de radiação = aquecimento):

IPCC 2007

Forçamento radiativo dos aerossóis sobre a superfície


(Nature, 2008)

Carbono negro é a segunda maior causa do aquecimento global

Resultante da queima de combustíveis e biomassa, é a segunda maior causa do aquecimento

climático depois das emissões de dióxido de carbono

O carbono negro (fuligem) é uma substância que absorve a radiação solar e não permite que a radiação refletida pela superfície terrestre saia da atmosfera, por isso eleva a temperatura do planeta.

A deposição de carbono negro pode também escurecer a neve e o gelo, aumentando sua absorção do calor local e contribuindo com o derretimento das geleiras e os pólos


Quantificação do forçamento radiativo de aerossóis (ainda há muita incerteza)

IPCC 2007


Mudança no albedo planetário

O albedo de uma superfície refere-se à quantidade de radiação UV que esta reflete de volta ao espaço. É, portanto, um valor entre 0 e 1.


Diversos processos são capazes de alterar o albedo da superfície, por exemplo: substituição de

florestas para agricultura, desertificação, construções de cidades, etc.

No entanto, a mudança do uso do solo é um conceito complexo, pois é capaz de alterar:

- O albedo da superfície (desertos > áreas agrícolas > florestas)

A mudança no albedo acarreta mudanças no forçamento radiativo (muda a quantidade de raios UV absorvidos)

- Mudanças no fluxo de calor latente da superfície para a atmosfera (áreas mais secas)

- Mudanças no regime hidrológico (evapotranspiração e umidade do solo)

-Emissão de GEE advinda da decomposição dos detritos vegetais

-Emissão de GEE advinda do solo (plantio direto X tradicional)

- Emissão de aerossóis


Mapa das alterações antrópicas do uso do solo de 1750 a 1990

IPCC, 2007

Estas variações são mais efetivas quando se trata da criosfera (albedo flip feedback):

Neve fresca: 0,8 Neve derretendo: 0,7 Mar congelado derretendo : 0,65

lago congelado : 0,5 Lagoa clara derretendo: 0,4 Lagoa escura derretendo: 0,2

Tundra: 0,2 Lagoa suja derretendo: 0,1 Mar Ártico: 0,07


O efeito dos carbonos negros sobre o albedo da criosfera (Black Carbon, ou soot):

- Particulados negros com alta mobilidade. Ao se depositarem na neve, se tornam pontos

pretos, reduzindo o albedo superficial.

- Além disso, reagem quimicamente com a neve (gelo), acelerando o seu derretimento

USGS, 2005


Comportamento dualista da mudança no albedo:

Em geral, a tendência a desertificação e redução das florestas acarreta forçamento radiativo negativo (resfriar)

- Black carbon na criosfera, por sua vez, tem forçamento radiativo positivo

- A soma destes fatores, no entanto, é negativa (resfriamento).

-Porém.... Seria este resfriamento benéfico ao planeta?

Resposta: Não, haja visto todos os problemas ambientais decorrentes da redução de florestas e de processos de desertificação (não estamos enfrentando somente as mudanças climáticas).


Incidência solar e atividade vulcânica

Seriam as forçantes radiativas naturais suficientes para explicar

a mudança climática atual?


www.exxonsecrets.org


Incidência solar

O monitoramento contínuo da incidência solar (últimos 28 anos) mostra ciclos bem

estabelecidos com 11 anos de duração. A amplitude destes ciclos é de 0,08%

O forçamento radiativo gerado pelas variações destes ciclos (desde 1750) é de + 0,12 W/m2.

Há pouca certeza científica nesta afirmação, devido à recente pesquisa nesta área.


IPCC, 2007

ErupErupçções vulcânicasões vulcânicas

Emitem aerossEmitem aerossóóis, resfriando a superfis, resfriando a superfíície cie do planeta (não causam aquecimento)do planeta (não causam aquecimento)

AlAléém disso, são esporm disso, são esporáádicas e dicas e imprevisimprevisííveis (não entram nos modelos)veis (não entram nos modelos)


IPCC, 2007

A certeza científica da responsabilidade do homem pelas mudanças climáticas recentes veio através de modelos matemáticos:

- Em azul: Modelos que consideram apenas forçantes naturais (atividade solar e vulcões)- Em laranja: Modelos que consideram todas as forçantes (naturais e antrópicas)- Em preto: Medição da temperatura por instrumentos


Somando todas as forçantes (naturais e antrópicas), temos o quadro inicial, que quantifica o desequilíbrio do sistema climático pelo homem:

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