Evolução das temperaturas nos últimos 1000 anos

Evolução das temperaturas nos últimos 1000 anos
(Fonte: http://assets.climatecentral.org/images/made/7-23-13-Guardian-ipcc-climate-change-chart-v2_1050_780_s_c1_c_c.jpg)

De modo a construir o gráfico acima foi usada uma variedade de fontes que incluem anéis de árvores, corais, núcleos de gelo, registos históricos e termómetros. De notar que há cerca de 1000 anos o Hemisfério Norte foi ligeiramente mais frio do que a temperatura média entre 1961 e 1990. No entanto, certas regiões no Hemisfério Norte eram mais quentes do que outras. Por exemplo, durante este período a cultura da vinha floresceu em Inglaterra, indicando a presença de Verões quentes e secos e a ausência de primaveras frias. Este período de algumas centenas de anos relativamente quente na Europa Ocidental é por vezes referido como o Período Quente Medieval (Medieval Warm Period ou Medieval Climatic Optimum). Foi durante este período a primeira parte do milénio que os Vikings colonizaram a Islândia e Gronelândia e viajaram até à América do Norte.

Esta curva de temperatura mostra um período relativamente quente durante o século 11 e 14 mas ainda assim mais frio do que o século 20. Durante este período de clima relativamente suave na Europa Ocidental apresentou grandes variações. Tanto grandes cheias como grandes secas assolaram esta parte do continente. Invernos extremamente frios foram seguidos por Invernos relativamente quentes.

Um outro olhar para o gráfico observa-se que o Hemisfério Norte passou por um período de ligeiro arrefecimento desde o século 15 até ao século 19. Este arrefecimento foi de tal ordem que permitiu o aumento em tamanho e o avanço de glaciares alpinos em certas áreas. Em muitas partes da Europa, os Invernos foram longos e severos e os Verões curtos e húmidos. As vinhas desaparecem da Inglaterra e a agricultura tornou-se impossible em latitudes mais a Norte. A colónia de Vikings isolada na Gronelândia do resto do Mundo devido ao avanço do gelo, pereceram. Não existem provas de que esta vaga de frio existiu noutras partes do Mundo. No entanto este período foi conhecido na Europa como a Pequena Idade do Gelo (Little Ice Age).

Período Quente Medieval e a Pequena Idade do Gelo
(Fonte: https://www.ncdc.noaa.gov/sites/default/files/Comparisons-of-simulated-and-reconstructed-Northern-Hemisphere-temperature-changes-v2.jpg)

Fonte:
Essentials of Meteorology, 6th Edition (C. Donald Ahrens)

O clima ao longo das Eras

Durante a maior parte da história da Terra, o clima global foi provavelmente muito mais quente do que é hoje e as regiões polares não tinham gelo. No entanto, estas condições foram interrompidas por diversos períodos de glaciação. A evidência geológica sugere que um período glacial ocorreu há cerca 700 milhões de anos e outro há cerca de 300 milhões de anos. O mais recente - a Era do Pleistoceno - começou há cerca de 2,5 milhões de anos.

Idades do gelo nos últimos 2.4 mil milhões de anos
(Fonte: https://geology.utah.gov/wp-content/uploads/ice_ages1.gif)

Há cerca de 65 milhões de anos, a Terra era mais quente do que nos dias de hoje e as calotes polares não existiam. 10 milhões de anos depois, o planeta entrou numa tendência de arrefecimento e passados alguns milhões de anos, o gelo polar apareceu. À medida que as temperaturas médias continuaram a descer, o gelo cresceu tornando-se mais denso e há cerca de 10 milhões de anos um denso cobertor cobria a Antárctica. Entretanto, neve e gelo começaram a acumular-se em altos vales de montanhas no hemisfério Norte e glaciares alpinos apareceram de seguida.

Acerca de 2.5 milhões de anos, os glaciares continentais apareceram no hemisfério Norte, marcando o início da Era do Pleistoceno. O Pleistoceno foi, no entanto, não foi um período de contínua glaciação mas um período em que os glaciares avançaram e recuaram alternativamente em grandes territórios da América do Norte e Europa. Entre os avanços glaciares existiram períodos mais quentes denominados de períodos interglaciares, que duraram 10 mil anos ou mais.

Ciclos glacial-interglacial nos últimos 450.000 anos
(Fonte: https://geology.utah.gov/wp-content/uploads/ice_ages2.gif)

O gelo começou a recuar há cerca de 14 mil anos à medida que as temperaturas à superfície começaram a subir. Depois, há cerca de 12 mil anos, as temperaturas médias desceram de forma repentina e o nordeste da América do Norte e o Norte da Europa voltaram a ter glaciares. Aproximadamente 1000 anos depois, este período frio (conhecido como Younger Dryas) terminou abruptamente e as temperaturas aumentaram rapidamente em muitas áreas. Há cerca de 8000 anos atrás, a temperatura média desceu até aos 2ºC no centro da Europa.

O período frio terminou, as temperaturas começaram a subir e há cerca de 6000 anos as camadas de gelo continentais desapareceram da América do Norte. Este período de aquecimento durante o actual período interglacial, ou Holoceno, é por vezes denominada como o Óptimo Climático do Holoceno que favoreceu o desenvolvimento das plantas. Há cerca de 5000 anos atrás, entrou-se num período mais frio e os glaciares alpinos voltaram.

Temperatura na época do Holoceno
(Fonte: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgU_flX1fKroxMltDb1BpVs-XhxNTRdD7X8LVWWHMxVJMamHlg-lcEHqN9_mZ5qTZWwl0ncixsrWoiAxGDDzn0a-MC8ZP2MJpyszNySqaVVS5Fm6pLaIy0TYsbBPi7hyphenhyphenLqyBl3lefWQog_T/s1600/Climate-Optimum.jpg)

Fonte:
Essentials of Meteorology, 6th Edition (C. Donald Ahrens)

Reconstrução de climas passados (parte 2)

Os núcleos de gelo verticais retirados dos mantos de gelo da Antárctica e Gronelândia forneceram informação adicional sobre os padrões das temperaturas passadas. Os glaciares formam-se sobre a terra quando as temperaturas são suficientemente baixas de forma a que, durante um período de um ano, caia mais neve do que aquela que derrete. Acumulações de neve sucessivas durante vários anos compactam a mesma que lentamente cristaliza-se em gelo. Dado que o gelo é composto de hidrogénio e oxigénio, ao examinar-se o rácio do isótopo de oxigénio em núcleos antigos, pode-se determinar quais as tendências das temperaturas no passado. No geral, quanto mais frio o ar quando se forma a neve, maior a concentração de oxigénio 16 no núcleo. Para além disso, as bolhas de ar antigo que estão aprisionadas no gelo podem ser analisadas para determinar a composição passada da atmosfera.

Extracção dos núcleos de gelo na Gronelândia
(Fonte: https://earthobservatory.nasa.gov/Features/Paleoclimatology_IceCores/Images/greenland_drilling.jpg)

Os núcleos de gelo também registam as causas para as alterações climáticas. Uma dessas causas é deduzida das camadas de ácido sulfúrico no gelo. O ácido sulfúrico é gerado em grandes explosões vulcânicas que libertam grandes quantidades de enxofre para a estratosfera. Os aerossóis sulfatados caem por fim em terra nas regiões polares como neve ácida, que foi preservada nos mantos de gelo. Os núcleos de gelo da Gronelândia também fornecem um registo contínuo registo do enxofre com origem em actividades humanas. No momento, estes núcleos são igualmente analisados quimicamente para que se possa conhecer as alterações biológicas e físicas no sistema climático, por exemplo, o isótopo do berílio indica a actividade solar na Terra. Vários tipos de poeiras recolhidos nos núcleos indicam se o clima era árido ou húmido.

Outra fonte de evidência de alterações climáticas vem do estudo do crescimento anual dos anéis dos troncos das árvores, que se denomina de dendrocronologia. À medida que uma árvore cresce, esta produz uma camada de células debaixo da sua casca. Cada ano de crescimento aparece como um real. As alterações na espessura dos anéis indicam as alterações climáticas que podem acontecer de um ano para o próximo. Os anéis de árvores são apenas úteis em regiões que experimentem um ciclo anual e em árvores cujo crescimento é afectado pela disponibilidade de humidade e temperatura. O crescimento dos anéis das árvores tem sido correlacionado com os padrões de precipitação e temperatura há centenas de anos em várias regiões do globo.

Anéis do tronco de uma árvore
(Fonte: http://www.ltrr.arizona.edu/introdendro/images/logo_base.jpg)

Paralelamente, outros conjuntos de informação têm sido usados para reconstruir climas passados:

• registos de sedimentos do fundo de lagos naturais e depósitos de solo.
• estudo do pólen encontrado em caves de gelo, depósitos de solo e sedimentos marinhos.
• evidência geológica (jazidas de carvão, dunas e fósseis) e a alteração do nível da água em lagos fechados.
• documentos com informação relativa a secas, cheias, rendimento de culturas, precipitação, neve e períodos de congelamento de lagos.
• estudo dos rácios de isótopo de oxigénio em corais.
• datação das camadas de carbonato de cálcio de estalactites.
• rácios de deutério (hidrogénio pesado) em núcleos de gelo, que indicam as alterações de temperatura.

Fonte:

Essentials of Meteorology (C. Donald Ahrens)

Reconstrução de climas passados (parte 1)

Há 18.000 anos atrás a Terra atravessava um período frio, em que glaciares alpinos estendiam-se em vales de rios e glaciares continentais que cobriam vastas áreas da América do Norte e Europa. Os glaciares possivelmente avançaram 10 vezes nos últimos 2.5 milhões de anos. Nos períodos mais quentes, entre os avanços dos glaciares, as temperaturas médias eram ligeiramente superiores às de hoje. Levando mesmo alguns cientistas a afirmarem que ainda estamos numa era glacial, mas numa fase mais quente da mesma.

Extensão do gelo glacial há 18.000 anos
(Fonte: http://www.geocraft.com/WVFossils/PageMill_Images/lastgla_mod.gif)

Hoje os glaciares cobrem menos de 10% da superfície terrestre do planeta. A maioria deste gelo encontram-se está nas massas de gelo glaciar da Gronelândia e Antárctica e a sua acumulação ao longo do tempo tem permitido aos cientistas medir as alterações passadas do clima.

O estudo da evidência geológica desvendadas pelo avanço e recuo dos glaciares é um dos factores que sugere que o clima global sofreu mudanças lentas e contínuas. Para reconstruir climas passados, os cientistas têm de examinar e de forma cuidadosa unir as peças disponíveis. Infelizmente, estas provas apenas nos permitem ter um entendimento geral de como os climas passados eram.

Outra evidência de alteração climática global vem de amostras retiradas de sedimentos do fundo oceânico e de gelo da Gronelândia e Antárctica. Os sedimentos contêm restos de conchas de carbonato de cálcio que pertenceram a organismos que viveram perto da superfície. Dado que certos organismos podem viver dentro de um estreito intervalo de temperatura, a distribuição e o tipo de organismos dentro de um sedimento indica a temperatura da água à superfície.

Adicionalmente, o rácio dos isótopo do oxigénio das conchas permitiu obter informação sobre a sequência dos avanços dos glaciares. A maior parte do oxigénio presente na água salgada é composto por 8 protões e 8 neutrões no seu núcleo, o que resulta numa massa atómica de 16. No entanto, 1 em cada 1000 átomos de oxigénio contém 2 neutrões extra e portanto com uma massa atómica de 18. Quando a água dos oceanos evapora, o oxigénio mais pesado (18) tende a concentrar-se mais. Consequentemente, durante os períodos de avanços dos glaciares, os oceanos que contêm menos água, têm uma maior concentração de oxigénio 18. Dado que as conchas dos organismos marinhos são construídas a partir dos átomos de oxigénio existentes na água dos oceanos, ao determinarmos o rácio de oxigénio 18 em relação ao oxigénio 16 dentro dessas estruturas conseguimos informação sobre como o clima pode ter variado no passado. Um rácio mais elevado de oxigénio 18 relativamente ao oxigénio 16 nos sedimentos sugere a existência de um clima mais frio, e um rácio mais baixo sugere um clima mais quente.

Processo de formação das estruturas dos organismos marinhos que contêm um rácio de oxigénio 18 e oxigénio 16
(Fonte: http://www.priweb.org/globalchange/images/climatechange/globalwarming/oxy_iso_2.jpg)

Fonte:

Essentials of Meteorology (C. Donald Ahrens)

As actividades humanas emitem grandes quantidades de gases com efeito de estufa

Desde o início revolução industrial que as acções humanas, nomeadamente a queima de combustíveis fósseis na indústria e para os transportes, a queima de carvão para geração de electricidade, desflorestação e a agricultura, têm contribuído significativamente para o aumento da concentração de gases com efeito de estufa como o dióxido de carbono e o metano na camada inferior da atmosfera.

As medições destes gases que estavam retidos em bolhas de água a diversas profundidades no gelo glacial indicam que as alterações nos níveis de concentração desses gases na camada inferior da atmosfera estão fortemente correlacionados com a alteração da temperatura média global perto da superfície terrestre durante os últimos 400.000 anos.

Correlação entre a concentração dióxido de carbono e temperatura nos últimos 400.000 anos
(Fonte: http://www.johnenglander.net/wp/wp-content/uploads/2011/07/CO2-Temperature%20420%20kyr.gif)

Correlação entre a concentração de metano e a temperatura nos últimos 450.000 anos
(Fonte: https://www.giss.nasa.gov/research/features/200409_methane/core1.gif)

A queima de combustíveis fósseis está no topo da lista da actividades que emitem mais dióxido de carbono, com o carvão a ser aquele que é de longe o que mais emite. A concentração atmosférica média do dióxido de carbono aumentou de 280 partes por milhão no início da revolução industrial para mais de 400 partes por milhão no presente momento.

Concentração de dióxido carbono na atmosfera em partes por milhão entre 1960 e 2016
(Fonte: https://www.dieselnet.com/images/n/2016/03noaa.png)

A análise aos núcleos de gelo também revelam que cerca de 70% das emissões de metano (CH4) durante os últimos 275 anos são resultado de actividades humanas como a criação de gado, extracção de combustíveis fósseis, criação de aterros e inundações de terra para criação de reservatórios. Nesse período os níveis de metano triplicaram. Espera-se que a concentração de metano aumente no futuro devido ao derretimento do gelo permanente do subsolo na tundra árctica provocado pelo aquecimento da atmosfera, onde esse gás é libertado.

Concentração de metano na atmosfera entre 1750 e 2010
(Fonte: https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/atmospheric-concentration-of-ch4-ppb-1/image_xlarge)

Os níveis de óxido nitroso (N2O) aumentaram cerca de 20% durante os últimos 275 anos, resultado maioritariamente do crescente uso de fertilizantes com azoto. Este gás contribui em 9% para as emissões de gases com efeito de estufa resultado da acção humana, no entanto, cada molécula de N2O tem 298 vezes mais potencial de aquecimento do que uma molécula de CO2.

Concentração de óxido nitroso na atmosfera entre 1750 e 2010
(Fonte: https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/atmospheric-concentration-of-n2o-ppb-1/image_xlarge)

Fonte:
Living in the environment - G. Tyler Miller & Scott E. Spoolman

O clima e as nossas vidas e economias dependem do efeito de estufa natural

A par da energia solar, um processo natural denominado efeito de estufa aquece a camada inferior da atmosfera e a superfície e portanto afecta o clima da Terra. Este ocorre quando alguma energia solar absorvida pela Terra radia para a atmosfera como radiação infra-vermelha sob a forma de calor com vários comprimentos de onda.

Cerca de 1% da camada inferior da atmosfera é composta por gases com efeito de estufa, fundamentalmente vapor de água (H2O), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O). O calor irradiado para a atmosfera pela Terra provoca a vibração das moléculas e a libertação de radiação infravermelha com um maior comprimento de onda para a atmosfera. Como esta radiação interage com as moléculas do ar, ela aumenta a energia cinética das mesmas e aquece a camada inferior da atmosfera e a superfície terrestre, o que afecta o clima da Terra ao longo do tempo.

O efeito de estufa
(Fonte: http://globalwarming-facts.info/wp-content/uploads/1024px-Earths_greenhouse_effect_US_EPA_2012.png)

O químico sueco Svante Arrhenius descobriu o efeito de estufa natural em 1896. Desde aí, numerosas experiências em laboratório e medições de temperatura a diversas altitudes têm confirmado esse efeito - e é hoje uma das teorias mais aceites nas ciências da atmosfera.

A vida na Terra e as economias do Mundo estão totalmente dependentes no efeito de estufa natural - uma das formas mais importantes de capital natural do planeta. Sem o efeito de estufa natural, o planeta seria um lugar inabitável.

Svante Arrhenius

Svante Arrhenius (1859-1927) foi um cientista sueco que foi o primeiro a defender em 1896 que a combustão de combustíveis fósseis pode resultar no aumento do aquecimento global. Ele sugeriu a relação entre as concentrações de dióxido de carbono atmosféricos e a temperatura. Ele descobriu que a temperatura média da superfície terrestre é de aproximadamente 15ºC em virtude da capacidade de absorção de radiação infravermelha por parte do vapor de água e do dióxido de carbono - o chamado efeito de estufa natural. Arrhenius também sugeriu que se a concentração de dióxido de carbono duplicasse, a temperatura aumentaria 5ºC.

A temperatura e concentração de dióxido de carbono na atmosfera durante os últimos 400.000 anos
(Fonte: http://www.worldviewofglobalwarming.org/images/vostok.jpg)

Fonte:

Living in the environment - G. Tyler Miller & Scott E. Spoolman

http://www.lenntech.com/greenhouse-effect/global-warming-history.htm

As alterações climáticas não são um fenómeno novo

As alterações climáticas não são um fenómeno novo nem incomum dentro do sistema complexo que é muito complexo. Há mais de 3 biliões de anos que o clima do planeta tem vindo a sofrer alterações devido a um conjunto de factores. Estes incluem mudanças na energia que emana do Sol, impactos de grandes meteoritos que lançam quantidades consideráveis de pó para a atmosfera e também pequenas alterações na órbita da Terra à volta do Sol.

Durante os últimos 900.000 anos, a atmosfera passou por períodos prolongados de arrefecimento global e aquecimento global. Estes ciclos alternantes são denominados como períodos glaciais e interglaciais.

Temperatura média da superfície terrestre nos últimos 900.000 anos
(Fonte: http://slideplayer.com/slide/2376361/8/images/10/Average+temperature+over+past+900,000+years.jpg)

Nos últimos 10.000 anos temos tido a sorte de viver num período interglacial caracterizado por um clima razoavelmente estável baseado na sua maioria por uma temperatura média global da superfície estável. Estas condições climáticas favoráveis permitiram à população crescer à medida que se dava o desenvolvimento da agricultura e mais tarde o crescimento das cidades.

Mudança de temperatura durante os últimos 22.000 anos
(Fonte: http://slideplayer.com/slide/6269505/21/images/10/Temperature+change+over+past+22,000+years.jpg)

Nos últimos 1000 anos, a temperatura média da atmosfera tem-se mantido estável mas tem vindo a aumentar no último século devido ao aumento das actividades que libertam gases com efeito de estufa como a queima de combustíveis fósseis e a desflorestação.

Mudança da temperatura dos últimos 1000 anos
(Fonte: http://images.slideplayer.com/24/7373763/slides/slide_11.jpg)

Temperatura média da superfície terrestre nos últimos 130 anos
(Fonte: http://slideplayer.com/slide/2376361/8/images/13/Average+temperature+over+past+130+years.jpg)

As temperaturas do passado, onde não existiam instrumentos de medição, são estimadas através de análises de diversas fontes de prova como isótopos radioactivos que se encontram em rochas e fósseis, plâncton e isótopos radioactivos que se encontram em sedimentos dos oceanos, minúsculas bolhas de ar antigo que são encontradas no gelo de glaciares, pólen encontrado em lagos e pântanos, anéis das árvores e as medições de temperatura que são efectuadas desde 1861.

Fonte:
Living in the environment - G. Tyler Miller & Scott E. Spoolman