Aquecimento Global para leigos

02.01.2017

O tema Aquecimento Global é quente, sem trocadilhos, porque está profundamente ligado à questão ideológica.
 

O clichê é que pessoas de Esquerda defendem o Aquecimento Global como um fenômeno causado primordialmente pelo homem, porque a Esquerda é contra as grandes corporações, que, segundo a concepção deles, contribuem para destruir o planeta com sua atividade (o que não deixa de ser verdade, até certo ponto).
 

Já as pessoas de Direita enxergam uma grande Teoria da Conspiração porque se há aquecimento isso justificaria Estados mais intervencionistas de esquerda. Assim ONGs ambientalistas e outras forças de esquerda fariam lobby para tentar vender a ideia que o mundo estaria à beira de uma catástrofe (o que contém algumas pitadas de verdade, mas é exagero).

 

Nesse artigo não me cabe entrar no mérito de Esquerda ou Direita. Afinal, essa discussão não deveria envolver credos políticos ou econômicos, porque se trata de Ciência e não Sociologia, Filosofia, Política ou Economia.

 

O romancista escocês Tobias Smollett (1721–1771) muito sabiamente dizia: Fatos são Coisas Teimosas. Como tal, eles estão alheios aos desígnios de nossa vontade. Seria ótimo para todos se o Aquecimento Global fosse uma grande bobagem e não pairasse nenhuma ameaça no ar.

 

Também não quero balizar a defesa desse ou daquele lado baseado na opinião do cientista A ou B. Isso não seria prosa científica, apenas apelo à autoridade.

 

A minha ideia é explicar um pouco sobre o Aquecimento Global, sob o prisma de um leigo. Para tal tive que pesquisar partindo de um quadro em branco, sem ideias preconcebidas, que é a mesma postura que peço a meu leitor, desde que ele tenha alguma lembrança de Ciências do tempo da Escola.

 

Como o principal componente do Aquecimento Global está ligado ao Efeito Estufa, busquei e elaborei uma explicação mais detalhada do mal compreendido Efeito Estufa, adicionei uma digressão sobre a quantidade de energia que vem do sol e sua variação ao longo do tempo, e finalizei abordando a mini era do gelo que estaria vindo, segundo alguns veículos de imprensa.

 

1) O sol emite na sua superfície as chamadas ondas eletromagnéticas, com vários comprimentos de onda. Há ondas de rádio, raios ultravioletas, infravermelhos, luz visível e raios X. Outros raios emitidos no núcleo do sol, como raios gama, altamente radioativos, são felizmente absorvidos até chegar à superfície do Sol.

Espectro Eletromagnético - Fonte: Khemis [CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons]

 

Sem a energia vinda do Sol, não haveria qualquer vida sobre a Terra da forma como a conhecemos. A Terra seria uma bola escura e fria.

 

2) A atmosfera terrestre, por sua vez, altera a composição original da energia solar. Os raios-X são quase totalmente absorvidos pela alta atmosfera. O ultravioleta é, em boa parte, absorvido pela camada de ozônio e também pelas nuvens, quando presentes. Assim a energia do Sol que chega à Terra está sob a forma de ondas de rádio e luz visível, acompanhada de um pouco de infravermelho e ultravioleta.

 

Sem essa filtragem pela atmosfera, a Terra se tornaria um lugar inóspito.

 

3) A temperatura do ar é proporcional à energia com que as moléculas de ar se movem (*2), já a sensação térmica, que alguém sente, está associada não apenas à temperatura, mas também à quantidade de colisões de moléculas de ar com seu corpo.

 

As colisões transferem energia da parte onde as moléculas estão mais rápidas para o lado onde as moléculas estão mais lentas. Isso significa que se o ar estiver mais quente que o corpo, a energia flui do ar para o corpo. Caso contrário, o fluxo se dará no sentido contrário.

 

No espaço, a temperatura é muito baixa, mas a densidade de moléculas é quase nula. Assim, quase não há sensação térmica porque não há praticamente moléculas colidindo com o corpo, portanto o corpo praticamente não ganha nem perde calor. Isso vai contra a intuição da maioria das pessoas que imagina que existe um frio congelante no espaço. A proporção de infravermelho vindo do sol também é baixa e assim é pouco efetiva para “esquentar” o corpo.

 

Na superfície terrestre, quanto maior a altitude, menor a temperatura: a camada de ar para cima é menor, mais rarefeita, assim há menor absorção de energia solar e a reemissão dessa energia como infravermelho.

 

Já a sensação térmica (*3) de uma temperatura baixa em uma altitude alta versus a mesma temperatura no nível do mar é diferente. Em altitudes maiores, o ar é menos denso e gera menos colisões com o corpo, diminuindo as perdas de calor do corpo.

 

4) Vale dizer que o infravermelho é o meio básico de transmissão de calor pelo ar sem a necessidade de existência de partículas. Luz visível e ultravioleta praticamente não conduzem calor.

 

O infravermelho representa, perto da temperatura ambiente, a maior parte da energia emitida pela matéria, como resposta à absorção de energia de diferentes frequências, que consiste na radiação de corpo negro.

 

O infravermelho transmite bem o calor porque está na faixa de frequências da energia eletromagnética mais eficiente para transmitir movimento, através de ressonância, às moléculas de qualquer objeto, devido às propriedades da Mecânica Quântica.

 

Esse tópico é essencial para entender, mais abaixo, o mecanismo do Efeito Estufa.

 

5) Aqui um exemplo prático do Efeito Estufa. Como o vidro é praticamente opaco ao infravermelho, uma estufa de plantas é uma forma inteligente de preservar o calor dentro dela, já que a estufa é toda rodeada de vidro. Assim o calor interno produzido pela absorção da energia do sol, a partir da reemissão de infravermelho, fica retido dentro da estufa, fazendo seu interior ficar bem mais quente. Quem fica dentro de um carro fechado em um dia ensolarado, também sente esse fenômeno de forma bem patente.

 

Estufa pode ficar quente!

 

6) Da energia que chega na atmosfera terrestre proveniente do Sol, 30% (albedo) é refletida para o espaço. Dos 70% restante que chega, 19% é absorvida pelo ar ou pelas nuvens e 51% chega ao chão. O calor gerado pela superfície terrestre, emitido como infravermelho, fugiria da Terra, mas a atmosfera o retém e manda uma parte de volta para a Terra, formando um ambiente similar a uma estufa.

Balanço Energético do Sol (watts por metro quadrado) (*1)

 

Isso pode ser visto na grande seta bege que aponta para a superfície da Terra na figura acima, vindo da atmosfera, com o rótulo Radiação de retorno. Ou seja, os gases do Efeito Estufa funcionam de forma similar ao vidro da estufa de plantas.

 

7) Por que alguns gases apresentam Efeito Estufa, enquanto outros não?

 

Isso é realmente complicado explicar, porque envolve Mecânica Quântica.

 

O gás carbônico (CO₂) absorve infravermelho e reemite um pedaço dela. Podemos dizer que o CO₂ apresenta uma “cor” para o infravermelho, já que a cor de um objeto representa justamente a parte do espectro visível que incide sobre ele e é refletida. A diferença é que há uma absorção seguida de uma reemissão e não uma reflexão difusa direta, como no caso de uma cor.

 

De fato, os principais componentes da nossa atmosfera, como oxigênio (O₂) e nitrogênio (N₂) e os gases nobres, como argônio e xenônio, não são moléculas que contém regiões com cargas diferentes (dipolo elétrico), nem permite que um dipolo elétrico seja induzido.

 

A situação muda para outros gases como vapor d’água (H₂0), gás carbônico (CO₂), ozônio (O₃), metano (CH ₄) e vários outros gases produzidos pelo homem, como os gases fluorados: nesse tipo de molécula forma-se regiões com cargas diferentes (dipolos elétricos), que geram uma vibração, que, por sua vez, possibilita a absorção e emissão seletiva de raios infravermelhos (calor).

 

8) Se a Terra fosse um corpo negro sem atmosfera, que não refletisse nenhuma luz; sua temperatura seria de 5.3º C. Como 30% da energia é refletida, a temperatura teórica cairia para -18ºC. Só que a temperatura média da terra é de 14ºC. Por quê? A resposta é o Efeito Estufa, que, como dissemos, devolve o infravermelho emitido pela terra de volta para ela, o que eleva a temperatura teórica de -18ºC para 14ºC, ou seja, 32ºC.

 

9) Se o Efeito Estufa é importante para o nossa sobrevivência, por que temos um problema?

 

O questão é que o homem, nos últimos 100 anos, tem aumentado artificialmente a emissão de gases associados ao Efeito Estufa, devido à aceleração de suas atividades econômicas, incluindo a queima em grande escala dos combustíveis fósseis.

 

Portanto, a tendência é aumentar a temperatura, a evaporação dos oceanos e o nível do mar.

 

O gráfico abaixo exibe a evolução da anomalia da temperatura média na Terra desde 1880:

Evolução da Temperatura no tempo, medida por 4 diferentes institutos

 

Do gráfico acima, observa-se que a temperatura aumentou cerca de 0,45ºC em 26 anos, no período de 1990 a 2016.

 

O IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), sediado na Suíça, é o principal instituto mundial de pesquisa sobre a mudança de clima e já fizerem, desde 1990, cinco estudos em larga escala sobre a questão de mudança de clima.

 

A previsão do IPCC feita em 1995 no segundo estudo, fala em uma faixa de previsão com mediana de 2ºC para o período de 1990 a 2100.

 

Essa previsão do IPCC, até agora, está em linha com o que está acontecendo, visto que 110/26 * 0,45ºC = 1,9ºC.

 

No caso do gás carbônico (CO₂), o total emitido por atividades humanas é muito abaixo da emissão natural (respiração, vulcões, decomposição) que se equilibrava com a absorção natural, via fotossíntese. O ciclo completo do CO2 na Terra é denominado de Ciclo do Carbono.

 

Essa conclusão vem de medidas diretas que iniciaram em 1958 e determinações indiretas do nível de CO₂ atmosférico, a partir de análises das bolhas de ar presas em núcleos de gelo.

 

A emissão humana é pequena perante as trocas naturais. Números são em bilhões de toneladas. Para se  ter uma ideia, um carro popular à gasolina, rodando 20/30 km por dia, emite 1 tonelada de CO₂.

 

No entanto, especialmente a partir dos anos 50, o delicado balanço entre o CO₂ emitido e absorvido pela atmosfera terrestre foi rompido pela intensificação da atividade humana, como pode ser visto abaixo, na evolução da concentração de CO₂ pelos séculos.

 

Além disso, há um ciclo perverso, porque quanto maior a temperatura, maior a evaporação dos oceanos e, portanto, maior a concentração de vapor d'água (H₂0) na atmosfera, que também gera Efeito Estufa.

Gás Carbônico (CO2). No final de 2016 estima-se que a concentração chegará a 408 ppm.

 

 

Metano (CH4): Atividade humana responde por 64% das emissões.

 

Óxido Nitroso: Natureza responde por 62% das emissões.

 

Quem quiser, pode fazer uma experiência simples na própria casa para simular o Efeito Estufa. Outra experiência é visualmente mais impactante, mas é voltada para laboratórios.

 

10) O sol não poderia ser a causa primordial do Aquecimento Global?

 

A ideia seria que as variações das erupções solares, manchas solares e outras atividades do sol; ao longo do tempo, poderiam estar conduzindo o aumento de temperatura, ao invés das atividades humanas.

 

Para se entender porque essa não é uma explicação plausível para o recente aumento de temperatura do planeta, é preciso antes falar sobre a Irradiância Solar Total (TSI na sigla em Inglês):

 

A Irradiância Solar Total (TSI) consiste na energia total incidente originária do Sol sobre uma hipotética área perpendicular ao raio solar que chega, em um determinado período de tempo.

 

A superfície plana perpendicular à incidência é menor que o naco correspondente de superfície da Terra.

 

Quanto menos vertical essa energia incide, maior a superfície onde a energia se espalha e mais frio fica. Isso explica porque a região perto dos polos é tão gelada.

 

A flutuação da TSI ao longo do ano é de cerca de 7%, em função da órbita da Terra em torno do Sol não ser perfeitamente circular.

 

A TSI varia atualmente em torno de 1360 W/m². Só que quando se considera toda a superfície da Terra, a média é bem menor do que isso porque a incidência raramente é vertical nos diferentes pontos da superfície terrestre.

 

A área da seção cruzada da Terra onde o raio (R) incide perpendicularmente é πR², que corresponde a área do maior círculo da Terra, que seria a superfície plana da metade de uma laranja, se a cortássemos exatamente pelo meio.

 

A área da superfície da Terra, aproximadamente uma esfera, é 4πR². Desse modo, temos que dividir a TSI por 4, para considerar o valor médio sobre a superfície da Terra.

 

Portanto, o valor de 341 W/m² na figura de topo com a legenda Entrada de Radiação Solar, que corresponde a ¼ da TSI, quando multiplicado pela área da superfície da Terra (510.000.000.000.000 m²) permite estimar a energia solar total que alcança o topo da atmosfera em um segundo (174.226.942.644.300.000 W).

 

A partir desse valor, percebe-se que há uma imensa quantidade de energia solar que poderia ser aproveitada para a geração de energia, considerando que, como vimos acima, 51% desse total chega até a superfície.

 

Abaixo o gráfico mostra a variação do TSI ao longo do tempo. Hoje em dia, ele é medido com mais precisão por satélites.

A linha vermelha (temperatura) claramente se desloca em relação à linha azul (TSI).

 

A variação da TSI em um espaço de poucos anos parece errática a primeira vista. Olhando de forma mais cuidadosa, existe um ciclo de 11 anos, que reflete um ciclo de atividade solares, que inclui manchas e erupções solares.

 

No entanto, tomando a curva que plota em cada ponto a média dos últimos 11 anos (média móvel), para eliminar a variação mais forte ano a ano, percebemos claramente que nos últimos 50 anos a temperatura sobe regularmente, ainda que a atividade solar esteja apresentando uma leve baixa.

 

11) Não pode haver outra causa para o Aquecimento Global?

 

No passado distante, a composição da atmosfera, o albedo, a órbita, a atividade vulcânica e a irradiância solar total eram diferentes do que no mundo moderno.

 

Esse paper estudou detalhadamente a relação entre concentração de CO2 e temperatura nos últimos 541 milhões de anos (Fanerozoico), ressaltando outros fatores intervenientes.

 

Entretanto, tais considerações são irrelevantes para a análise dos últimos 50 anos, já que o período de tempo é muito curto. 

 

Nas últimas décadas a conformação de continentes, oceanos e nuvens (que determinam o albedo, isto é, a refletividade da energia solar), a composição macro da atmosfera, a órbita da Terra, o nível de atividade vulcânica e a energia total do Sol que chega a Terra (TSI); permaneceram basicamente inalterados. 

 

Desse modo, diferentemente do passado longínquo, só sobram duas variáveis que não ficaram constantes: a temperatura e a concentração dos gases de efeito estufa na atmosfera.

 

Assim, não há muita alternativa senão relacionar uma variável (gases estufa) com a outra variável (temperatura), dado que o resto ficou praticamente inalterado. Ainda mais quando há uma explicação científica bem plausível para essa relação. 

 

12) Ah, mas está fazendo muito frio em ….

 

Todo o modelo de análise de temperatura para o Aquecimento Global refere-se à temperatura global anual que é uma média. 

 

A modelagem de variação da temperatura local em uma dada época do ano é ainda muito mais complexa do que a temperatura global anual. 

 

Nenhum proponente do Aquecimento Global jamais alegou que todas as épocas do ano em todos os locais a temperatura ficaria mais alta. Isso seria uma bobagem irrestrita.

 

Em relação aos últimos invernos rigorosos no Hemisfério Norte, inclusive nesse ano de 2017, os cientistas ainda buscam explicações, relacionando-os com o derretimento do Ártico. 
 

13) E sobre a nova mini era do gelo que chegará em 2030?

 

Esse é um exemplo típico onde grandes jornais e até revistas de divulgação científica têm desempenhado um papel lamentável e irresponsável, repetidas vezes, ao longo do ano de 2016.

 

O Globo por exemplo publicou uma matéria intitulada “Cientistas dizem que Terra poderá viver ‘mini Era Glacial’ na década de 2030” .

 

Toda essa celeuma teve início em Julho de 2015, quando a cientista russa Valentina Zharkova, radicada no Reino Unido, deu uma conferência na Sociedade Real de Astronomia, onde ela defendeu que provavelmente haverá uma baixa significativa das manchas solares a partir de 2030, com duração de cerca de 30 anos.

 

Esse fenômeno corresponderia a um Mínimo de Maunder, que ocorreu pela última vez entre 1645 e 1715, onde aconteceu uma mini era do gelo, que estudos modernos dizem que teve intensidade variável em diferentes pontos da Terra e esteve relacionado também com a intensificação da atividade vulcânica no período.

 

Para aumentar o alarde, a NASA tirou fotos do sol entre 14 e 18 novembro desse ano e elas mostram o sol praticamente sem manchas, dando um certo aval às previsões da Valentina Zharkova.

 

A mídia popular se apressou a dizer que esse período a partir de 2030, corresponderia a uma pequena era glacial, ainda que Valentina Zharkova não tivesse dito em nenhum momento na conferência citada que isso aconteceria.

 

A revista de divulgação científica IFLScience foi uma delas, em reportagem ilustrada de forma sensacionalista com uma paisagem com muita neve e gelo.

 

No entanto, a IFLScience se redimiu e em outra reportagem desmentiu tais afirmações, depois de procurar a própria Valentina Zharkova. Ela especulou que os jornalistas devem ter usado o Wikipedia para associar um Mínimo de Maunder com uma pequena era do gelo, destacando que o erro não está no verbete do Wikipedia, mas nas ilações feitas pelos jornalistas.

 

Não satisfeita, a mesma revista IFLScience publicou um terceiro artigo sob o título “O caso da mini era do gelo é uma gigantesca falha de divulgação científica”, que critica também a divulgação oficial falha da conferência. Esta afirma erroneamente que a atividade solar no período após 2013 cairá 60%. Na verdade, a diminuição de 60% se refere às manchas solares, o que é bem diferente.

 

A revista se comunicou novamente com Valentina Zharkova, que citou um artigo de 1995 da Judith Lean. Esse artigo estima que a queda do TSI foi cerca de 3W/m² durante o Mínimo da Maunder em relação aos dias atuais, o que representa um potencial minúsculo de redução de temperatura. O valor médio de radiação solar entrante, a quarta parte, seria apenas 0,75 W/m² a menos.

 

Para finalizar, a própria Valentina Zharkova, citada repetidamente pelos negacionistas da mudança climática e reverberada em diversas reportagens desde julho de 2015, deixa claro que ela acredita no Aquecimento Global provocado pelo homem e defende que providências devem ser tomadas para minorar o problema.

 

 

Se o leitor acompanhou atentamente todas as explicações acima, o Aquecimento Global causado principalmente pela atividade humana fica praticamente demonstrado.

 

No entanto, a previsão precisa das consequências do Aquecimento Global para a Sociedade é bastante difícil. O IPCC divulga faixas bem largas de previsões sobre o nível do mar, temperatura, etc. Quando se extrapola as previsões para aumento de desastres naturais, efeitos no abastecimento de água; fica ainda mais complexo.

 

De todo o modo, discorrer sobre o que a Humanidade deveria fazer diante desse quadro é um assunto que, aí sim, extrapola a Ciência para entrar na seara da Política e Economia.

 

 

(*1) Em todos os fluxos, a energia que entra é igual a energia que sai. Por exemplo, a energia que é absorvida na atmosfera (78 + 17 + 80 + 356) é igual a energia que é liberada da atmosfera (333 + 199). Do mesmo modo, a energia que é absorvida pela superfície ( 333 + 161) é igual a energia que é emitida pela superfície (396+17+80). Finalmente, a energia que entra na Terra (341) é igual a energia que sai da Terra (102+239). Tudo em watts por metro quadrado. Watt é uma unidade de potência e não de energia, porque está se falando de fluxo de energia por unidade de tempo.

 

(*2) A equação da energia cinética de um gás é T = 2C/3k, onde C é a energia cinética média (1/2mv ²) das partículas do gás, k é a constante de Boltzmann e T é a temperatura absoluta em Kelvin. Como se vê pela fórmula, a temperatura não depende da densidade do gás, mas a sensação dela sim, devido sua relação com a intensidade de troca de calor entre o corpo humano e o gás.

 

(*3) A sensação térmica que uma pessoa sente não depende apenas da temperatura, da densidade do ar e das ondas infravermelhas. Outros fatores relevantes incluem o metabolismo da pessoa, a velocidade do vento e a umidade do ar.

 

O vento refresca porque ele remove a camada vapor/ar em torno da pele, favorecendo a evaporação do suor. Por outro lado, quando há frio e vento, a remoção da camada de calor ao redor da pele é acelerada, expondo-a a um frio mais intenso, sem filtros.

 

Um clima quente úmido agrava a sensação térmica, porque ele diminui a evaporação do suor, devido à saturação de água no ar. Já no clima frio, quando quase não se sua, o efeito é o inverso, porque o ar úmido é um condutor de calor levemente melhor que o ar seco, portanto a remoção de calor do corpo é mais eficiente, agravando a sensação de frio.

 

(*4) Valentina Zharkova publicou dois artigos com colegas. Nenhum deles explicita nenhum tipo de mini era do gelo ou previsão de queda de temperatura. O primeiro deles “Prediction of Solar Activity from Solar Background Magnetic Field Variations in Cycles 21–23” foi publicado em Outubro de 2014 e o outro “Heartbeat of the Sun from Principal Component Analysis and prediction of solar activity on a millenium timescale” foi publicado em Outubro de 2015.

 

 

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Paulo Buchsbaum é alguém muito conectado a todas as grandes questões da atualidade, navegando em áreas tão distantes como Economia, Exatas e Psicologia. Ele atua como consultor de negócios e empreendedor, mas tem paixão por escrever, já tendo 3 livros lançados. Seu site é www.negociossa.com

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