O tema Aquecimento Global é quente, sem trocadilhos, porque está profundamente ligada 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 suas atividades (o que não deixa
de ser verdade, até certo ponto).
Já as pessoas de Direita enxergam uma grande Teoria da Conspiração
porque tal tese, se confirmada, ajuda a justificar estados mais
intervencionistas, que não se alinhem às grandes corporações. Assim ONGs
ambientalistas e outras forças de esquerda fariam lobby
para tentar vender a ideia que o mundo estaria a beira de uma
catástrofe (o que contém algumas pitadas de verdade, mas é exagero).
Nesse
artigo não me cabe entrar no mérito da 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. Eu mesmo adoraria que todo esse papo de 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 do Ensino Médio.
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 a superfície do Sol.
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 ela 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.
Uma estufa de plantas é uma forma inteligente de preservar o calor
dentro dela, já que a estufa é toda rodeada de vidro, que é quase opaco
ao infravermelho. Assim o calor interno produzido pela absorção da
energia do sol com pouco infravermelho, se torna rico em infravermelho
dentro da estufa, a partir da absorção da energia solar e sua reemissão.
Desse
modo, a energia infravermelha fica retida 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.
6) Da energia que chega
na atmosfera terrestre proveniente do Sol, 30% (albedo) é refletida
para o espaço. Dos 70% restante que sobra, 19% é absolvido 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.
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
da 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 gera 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.
A IPCC
(Intergovernmental Panel on Climate Change), sediada 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 por ano. 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.
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.
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 ficará mais alta. Isso seria uma bobagem irrestrita.
Em relação aos últimos invernos rigorosos no Hemisfério Norte, inclusive nesse ano de 2017, os cientistas estão propondo explicações, relacionando-os com o derretimento do Ártico.
Previsões catastrofistas furadas, como o fim iminente
das neves eternas na montanha Kilimanjaro na África, ajuda a minar a
credibilidade do Aquecimento Global junto ao grande público.
Esse
assunto precisa ser tratado sob um ângulo mais científico e menos
sensacionalista, para que os defensores da teste do Aquecimento Global
antropogênico não incorram nos mesmos erros de seus detratores.
Afinal,
dificilmente um aumento de temperatura de 0,45oC de 1990 a 2016, como
mostrado acima, teria o efeito de acabar com a neve de Kilimanjaro.
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.
