Causas da mudança do clima

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1 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

2 O Balanço radiativo da Terra e suas forçantes naturais e antrópicas Balanço radiativo Fração de radiação interceptada pela Terra (Milankovitch) Fração de radiação infravermelha emitida para o espaço (GEE) Fração da radiação refletida pelo planeta (albedo)

3 Causas da mudança do clima Radiação UV refletida pela Terra: 107 W/m2 Radiação UV emitida pelo Sol: 342 W/m2 Radiação UV absorvida pela Terra: 235 W/m2

4 O que acontece com os 235 W/m2 absorvidos? (balanço energético) Causas da mudança do clima Radiação IR emitida para o espaço: 235 w/m2 Para um corpo emitir 235 w/m 2, sua temperatura teria de ser ~ -19 º C. Porque, então, a temperatura média da Terra é de + 15 º C? Resposta: O efeito estufa natural recircula parte desse calor dentro da troposfera, via absorção da radiação IR pelos GEE

5 Quantificação da interferência antrópica nesse sistema, utilizando o ano de 1750 como marco zero: 1,6 W/m 2 a mais de forçamento radiativo significa um aquecedordesta potência em um quadrado de 1mx1m em toda a superfície do planeta. No entanto, as interações climáticas potencializam o aquecimento provocado por este forçamento

6 O ciclo do carbono Observação: GtC = Bilhões de toneladas de carbono (10 9 toneladas de carbono)

7 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 CO 2 na atmosfera - Sumidouros de carbono (funcionam em diferentes escalas temporais)

8 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

9 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 CO 2 ) Este atolamento éreequilibrado pelo sistema, através de aumentos na taxa de absorção oceânica de CO 2 e de fotossíntese. Porém, o oceano possui uma saturaçãode CO 2 (coef. De solubilidade)

10 Na atmosfera, o carbono é encontrado sob as seguintes formas: -CO 2 : 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 CO 2

11 -CH 4 : 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

12 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

13 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.

14 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?

15 Para entender a Terra, 2005 O desequilíbrio do ciclo do carbono pelo homem:

16 A velocidade do ciclo é diferente para cada reservatório A biosfera e os oceanos são, hoje, capazes de absorver metade do CO 2 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 saturação pode existir.

17 Gee não compreendidos pelo ciclo do carbono

18 Constituem um ínfima fração dos gases traço da atmosfera (dezenas de ppb), porém, possuem GWP muito maior que o CO 2 e o CH 4 São constituídos por: - Vapor d água (não é antrópico) -N 2 O -O 3 troposférico -CFC e derivados -Halocarbonos

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

20 - N 2 O 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 N 2 O: 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.

21 N 2 O Óxido nitroso Causas da mudança do clima

22 Ozônio troposférico O 3 Éformado na troposfera através de reações fotoquímicas(na presença de raios UV) sofridas por compostos emitidos pelas atividades antrópicas. Tais compostos são: -oxidos nitrícos(no x ) 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 étambémtóxico, causando problemas respiratórios e oculares

23 A família do CFC e dos Halocarbonos: Possuem GWP altíssimos, da ordem de milhares de vezes maior que o do CO 2. Porém, são emitidos em quantidades muito pequenas - CFC são gases estritamente antrópicos, e são controlados pelo Protocolo de Montreal desde Suas emissões estão sendo gradualmente reduzidas. CFC 11 -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. Dioxina

24 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

25 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

26 Fontes Naturais e antrópicas de aerossóis: -Ecossistemas naturais emitem a quantidade de aerossóis necessária àsua 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) A bacia amazônicaérecebe fósforo advindo da poeira do Sahara A introduçãode uma maior quantidade de nutrientes contidos na poeira afeta o ciclo biogeoquímico de ecossistemas

27 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

28 -Efeitos indiretos: mecanismo pelo qual aerossóis alteram propriedades radiativas das nuvens, além de sua quantidade e tempo de vida. 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). NCN

29 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

30 Resumo dos efeitos dos aerossóis sobre o sistema climático: IPCC 2007

31 Há muita incerteza em relação à quantificação dos efeitos dos aerossóis sobre o clima: IPCC 2007

32 Mapa da profundidade ótica dos aerossóis (concentração de aerossóis na atmosfera) IPCC 2007

33 O comportamento dualista dos aerossóis (absorção de radiação = aquecimento): Forçamento radiativo dos aerossóis sobre a superfície Forçamento radiativo dos aerossóis sobre a atmosfera IPCC 2007

34 (Nature, 2008) Carbono negro é a segunda maior causa do aquecimento global Resultante da queima de combustíveis e biomassa, éa segunda maior causa do aquecimento climático depois das emissões de dióxido de carbono O carbono negro (fuligem) éuma substância que absorve a radiação solar e não permite que a radiação refletida pela superfície terrestre saia da atmosfera, por isso eleva a temperatura doplaneta. 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

35 Quantificação do forçamento radiativo de aerossóis (ainda há muita incerteza) IPCC 2007

36 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.

37

38 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 éum conceito complexo, pois écapaz 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

39 Mapa das alterações antrópicas do uso do solo de 1750 a 1990 IPCC, 2007

40 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

41 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

42 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 decorrentesda redução de florestas e de processos de desertificação (não estamos enfrentando somente as mudanças climáticas).

43 Incidência solar e atividade vulcânica Seriam as forçantes radiativas naturais suficientes para explicar a mudança climática atual?

44 Causas da mudança do clima

45 Incidência solar O monitoramento contínuo da incidência solar (últimos 28 anos) mostra ciclos bem estabelecidos com 11 anosde duração. A amplitude destes ciclos éde 0,08% O forçamento radiativo gerado pelas variações destes ciclos (desde 1750) éde + 0,12 W/m 2. Há pouca certeza científica nesta afirmação, devido à recente pesquisa nesta área. IPCC, 2007

46 Erupções vulcânicas Emitem aerossóis, resfriando a superfície do planeta (não causam aquecimento) Além m disso, são esporádicas e imprevisíveis veis (não entram nos modelos)

47 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 IPCC, 2007

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

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