Objetivos. Compreender o planeta como um sistema aberto. Definir clima e seu mecanismo de funcionamento - PDF
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Luiz Eduardo Barreto Domingues
1 Introdução 1. A visão sistêmica do planeta 2. O sistema clima 3. Variações climáticas de longa duração (Ciclos de Milankovitch) 4. A questão das mudanças climáticas (o elemento antrópico) 5. A era antropocênica (os gases de efeito estufa)
2 Objetivos Compreender o planeta como um sistema aberto Conceituar atmosfera Conceituar efeito estufa natural Definir clima e seu mecanismo de funcionamento Delimitar a interferência humana no clima Introduzir o conceito de gases de efeito estufa (GEE)
3 1 A visão sistêmica do planeta
4 Dinâmica externa do planeta A Terra éum sistema aberto, trocando energia e massa com o seu entorno.
5 Dinâmica interna do planeta O próprio planeta está constantemente em modificação, impulsionado pelas dinâmicas internas Onde vivemos Fonte: Para entender a Terra, 2005.
6 A nossa casa O habitat humano é uma delgada interface entre a litosfera e a atmosfera Rede hipercomplexa de interações e fluxos Fonte: Para entender a Terra, 2005.
7 2 O sistema clima Um complexo e intrincado sistema de infinitas variáveis agindo simultaneamente Teoria do Caos
8 Antes de estudar o sistema clima, precisamos conhecer três termos importantes: 1 -Gases de efeito-estufa naturais (vapor d água, CO 2, CH 4, etc) Aprisionam calor liberado pela superfície do planeta. 2 - Aquecimento global Quanto mais GEE na atmosfera, mais calor é aprisionado 3 - Mudança climática Conseqüência do aquecimento Também precisamos definir a atmosfera, local onde ocorrem as fenômenos do clima
9 A atmosfera O grande oceano aéreo Alfred Russel Wallace, Man s place in the universe, 1903
10 2 O sistema clima A atmosfera Podemos definir a atmosfera como sendo umafinacamada de gases sem cheiro, sem cor e sem gosto, presa àterra pela força da gravidade. Imagem do nascer do sol de uma altitude de cerca de 10km de altitude Quatro camadas distintas em termos de: - Temperatura - Concentração de gases (ar) - Mecanismos de ação
11 Troposfera Contém mais de 80% da massa da atmosfera e quase toda o vapor d água Peculiaridade da troposfera: - Gradiente de temperatura Estratosfera A absorção de radiação UV pelo ozônio aquece a estratosfera (20-30km). Diferente do funcionamento do efeito-estufa
12 O efeito estufa natural Uma propriedade maravilhosa da atmosfera que propiciou à vida o seu desenvolvimento
13 O efeito estufa da Terra ésimilar ao que ocorre em uma estufa de plantas 1 1 A energia A energia do sol do sol (raios (raios UV) UV) passa passam pelo vidro pelo vidro e aquece e aquecem o solo, o as plantas, solo, etc as plantas, etc 3...a maioria da radiação IR escapa para o espaço Mas uma fração da radiação IR é refletida pelo vidro e fica presa dentro da estufa 2 A todo o tempo, radiação invisível IR é liberada pelo solo, plantas, etc...
14 2 O sistema clima O efeito estufa natural Certos gases traço são opacos à radiação infra-vermelha (vidro da estufa) Radiação solar (UV) Radiação da Terra (IR) Radiação solar (UV) Radiação da Terra (IR) presa na atmosfera Eleva a temperatura da superfície em cerca de 35º C Equilíbrio sem o efeito estufa Equilíbrio com o efeito estufa CONDICIONA NOSSA EXISTÊNCIA
15 O vapor d água éo principal GEE (50% do efeito estufa natural) A capacidade do ar reter água (umidade) é função de sua temperatura Em uma temperatura de 25º C, 3% do ar que inalamos é vapor d água Assim, sua concentração não é afetada diretamente pelo homem (feedback)
16 2 O sistema clima A atmosfera Os demais GEE fazem parte da constituição da atmosfera Presentes em concentração muito menor:
17 Finalmente: Definição de clima Os registros geológicos mostram que o clima éuma fera selvagem, respondendo violentamente aos menores estímulos externos
18 Climaéa estatística (média, desvio padrão, etc.) das variáveis que definem o estado da atmosfera dentro de um período de tempo: Temperatura; Pressão; Vento (direção e intensidade); Precipitação; Umidade. Mas como ele égerado? Qual éa engrenagem do clima?
19 O sistema do clima envolve grande troca de massa e energia entre a atmosfera e a hidrosfera e interações com a litosfera. ENERGIA SOLAR CALOR VENTOS ROTAÇÃO DA TERRA TOPOGRAFIA CLIMA (Temperatura, Pressão, Ventos, Precipitação e Umidade) Então, o sol é o motor do clima! Mas como?
20 Na região dos pólos, a radiação solar se espalha sobre uma área maior (aquecimento menos intenso) RADIAÇÃO SOLAR Próximo ao equador, o aquecimento é mais eficiente A tarefa da Terra é transportar o excesso de calor do equador para os pólos.
21 Se a terra não girasse em torno do seu eixo... FRIO QUENTE FRIO O excesso de energia condicionaria a circulação da atmosfera entre o equador e os pólos num sistema simples de vai e vem
22 A força de Coriolis (efeito da rotação do planeta) Energia solar e o movimento de rotação controlam a circulação da atmosfera, criando o padrão de ventos globais
23 Esquema geral de circulação atmosférica Baixa pressão (úmido) Alta pressão (seco) Baixa pressão (úmido)
24 O resultado desse complexo sistema (em termos de temperatura média):
25 Curiosidade: Ano a ano, percebemos que a temperatura média do planeta oscila. Porque? Novelle, 2005
26 Resposta: Porque a Terra respira CO 2 A maioria da superfície continental estánohemisfério norte A cada estação quente do HN, as folhas das árvores crescem, consumindo CO 2 A cada estação fria do HN, as folhas caem e sedecompõe em CO 2
27 Pergunta: Seria o clima, então, algo estático? (condicionado apenas pelos fatores citados anteriormente) Resposta: Não. Há fatores externos que o influenciam (Milankovitch)
28 3 -Variações de longa duração Os ciclos de Milutin Milankovitch Desenvolveu a teoria dos ciclos glaciais no começo do século XX. -Mudanças na órbita do planeta -Mudanças na insolaçãorecebida pelo planeta Milutin Milankovitch ( ) - Ciclos glaciais e interglaciais.
29 Excentricidade da órbita ( ciclo de ± anos) Baixa excentricidade Alta excentricidade
30 Inclinação do eixo de rotação ( ciclo de ± anos) Eixo de rotação Plano orbital
31 Precessão orbital (ciclo de ± anos) Bamboleio do eixo Eixo de rotação Plano orbital
32 SOMA DAS VARIAÇÕES DE INSOLAÇÃO RECEBIDAS PELO PLANETA
33 Sucessivos ciclos glaciais e interglaciais dominam o clima Percebe-se o quão feroz éo clima... A temperatura varia lentamente quando esfria Os períodos de aquecimento são abruptos
34 Dependência linear entre temperatura e concentração de GEE na atmosfera Como eles sabem disso?
35 Os testemunhos de gelo (ice cores) 3 -Variações de longa duração Os ciclos de Milutin Milankovitch Através do estudo das bolhas de ar aprisionadas no gelo quando da sua deposição, pode-se aferir a concentração atmosférica dos GEE Cada camada dentro de um Ice Core corresponde a um ano (nevasca de inverno)
36 Pergunta: O carbono então éo maior poluente de todos, capaz de exterminar a vida do planeta? Resposta: Não. Na verdade, o carbono éa base da vida. Todos os organismos vivos são baseados no carbono Abiosfera éo conjunto dos seres vivos do planeta
37 A biosfera - mecanismo que regula a concentração de CO 2 O surgimento de vida na Terra proporcionou modificações na composição média da atmosfera (escala de milhões de anos) - Fotossíntese absorve CO 2 da atmosfera - Respiração + decomposição da matéria orgânica Injeta CO 2 na atmosfera - A matéria orgânica, enquanto viva, é chamada de sumidouro de carbono, pois retira uma fração deste elemento do ciclo biogeoquímico.
38 Atéo surgimentodo homemmoderno(cercade anosatrás), estávamos em uma era glacial. O período interglacial atual começou há cerca de anos(está durando mais do que os últimos períodos) Os Ciclosde Milankovitchnosdizemqueestaríamosentrandoemumanova era glacial. No entanto, os indicadores climáticos dizem o contrário (aquecimento global) O queháde especial nestesúltimos anos?
39 4 - Inserindo o homem no contexto climático O problema: Comportamento anormal do gráfico da temperatura desde o fim da última era glacial (20 mil anos) Os últimos anos foram estranhamente calmos
40 Concentração anormal de GEE na atmosfera a partir do século 19: Historicamente: 180ppm 280ppm (CO2) Atualmente: 377ppm (2004) A temperatura não está respondendo de maneira linear Hansen et al., 2007
41 Hansen, J. et al. (2007) NASA Goddard Institute for Space Studies - Dissociação entre os GEE e a temperatura: Antes: Mudanças de longa duração eram lideradas pela temperatura (insolação) que, por sua vez, induzia a variação dos GEE Agora: Lançamento maciço de GEE -inversão desta ordem E a temperatura? Porque não reage junto com o CO 2?
42 O problema que enfrentamos éa escala de tempo com que as mudanças vêm ocorrendo: O aquecimento mais rápido registrado na história: 1º C / milênio X 0,6ºC nos últimos 2 séculos (fato) 2 a 3ºC atéo final deste século (previsão)
43 Como o homem écapaz de alterar o sistema climático?
44 Influência das atividades antrópicas sobre o sistema climático: Fonte: Para entender a Terra, 2005.
45 O problema éa escala... O período de calmaria no clima,ocorrido nos últimos anos, éa chave Revolução industrial (combustíveis fósseis) Juntamente com a população, crescem também a produção dealimentos, a ocupação da superfície, a geração de resíduos.
46 Emissão de GEE (principal fator de alteração climática) - CO 2 advindo da queima de combustíveis em fontes estacionárias (geração de energia e indústrias) - CO 2 advindo da queima de combustíveis em fontes móveis (transporte) - CO 2 advindo da agricultura (emissão do solo) - CO 2 da queima e derrubada de florestas - CH 4 advindo da agricultura alagada e pecuária - Outros GEE não compreendidos pelo ciclo do carbono Emissão de aerossóis - Aerossóis advindos da queima e derrubada de florestas - Aerossóis advindos de fontes industriais - Emissão de black carbon Mudança no albedo planetário - Emissão de aerossóis - Mudança no padrão de cobertura vegetal - Redução criosfera (feedback)
47 5 A era antropocênica Os gases de efeito estufa Na mudança do clima causada pelo homem, o foco éa emissão de GEE Temos que analisar: - Concentração na atmosfera -Poder aquecedor - Tempo de residência na atmosfera
48 Os impactos humanos sobre o clima criaram a Era Antropocênica PAUL J. CRUTZEN - Prêmio Nobel de Química em 1995 Devido à interferência do homem sobre o planeta, o clima pode sair da normalidade por milênios adiante, suplantando o Holoceno IPCC 2007
49 Emissões antrópicasde CO 2 a partir da queima de combustíveis fósseis CARVÃO ÓLEO GÁS NATURAL
50 A concentração atmosférica de GEE hoje
51 O tempo de residência dos GEE na atmosfera éde vital importância para o sistema climático, condicionando o poder de aquecer a atmosfera de cada um deles: Máximo efeito sobre o clima ocorre décadas após a emissão 15% do gás carbônico permanece na atmosfera por mais de mil anos 100 Tem peratura (% do aum ento) dióxido de carbono metano óxido nitroso Anos após emissão
52 Cada GEE possui um Potencial de Aquecimento (GWP Global WarmingPotential) próprio, que étraduzido em termos de CO 2 eq, isto é, utilizando o GWP do CO 2 como referência: IPCC 2007
53 O resultado final do balanço entre a concentração atmosférica de cada GEE e seu GWP nos fornece a participação de cada GEE no efeito estufa atual: IPCC, 2007
54 Embora muito se fale em GEE, háoutros componentes do clima que estão sendo alterados pelo homem: -GEE compreendidos pelo ciclo do carbono (CO 2 e CH 4 ) -GEE não compreendidos pelo ciclo do carbono (N 2 O, O 3, CFC e Halocarbonos) -Aerossóis -Albedo - Atividade solar e vulcânica