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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
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Balanço radiativo
Fração de radiação interceptada pela Terra (Milankovitch)
Fração da radiação refletida pelo planeta (albedo)
Fração de radiação infravermelha emitida para o espaço (GEE)
O Balanço radiativo da Terra e suas forçantes naturais e antrópicas
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Radiação UV emitida pelo Sol:
342 W/m2
Radiação UV absorvida pela Terra:
235 W/m2
Radiação UV refletida pela Terra:
107 W/m2
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• O que acontece com os 235 W/m2 absorvidos?(balanço energético)
Radiação IR emitida para o espaço:
235 w/m2
Para um corpo emitir 235 w/m2, sua temperatura teria de ser ~ -19ºC.
Porque, então, a temperatura média da Terra é de + 15ºC ?
Resposta: O efeito estufa natural recircula parte desse calor dentro da troposfera, via absorção da radiação IR pelos GEE
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Quantificação da interferência antrópica nesse sistema, utilizando o ano de 1750 como marco
zero:
1,6 W/m2 a mais de forçamento radiativo significa um aquecedor desta potência em um quadrado de 1mx1m em toda a superfície do planeta. No entanto, as interações climáticas potencializam o aquecimento provocado por este forçamento
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O ciclo do carbono
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Observação:
GtC = Bilhões de toneladas de carbono (109 toneladas de carbono)
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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 CO2 na atmosfera
- Sumidouros de carbono (funcionam em diferentes escalas temporais)
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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
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• 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 CO2”)
Este atolamento é reequilibrado pelo sistema, através de aumentos na taxa de absorção oceânica de CO2 e de fotossíntese. Porém, o oceano possui uma saturação de CO2 (coef. De solubilidade)
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Na atmosfera, o carbono é encontrado sob as seguintes formas:
- CO2: 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 CO2
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- CH4 : 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
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• 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
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• 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.
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• 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?
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O desequilíbrio do ciclo do carbono pelo homem:
Para entender a Terra, 2005
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A biosfera e os oceanos são, hoje, capazes de absorver metade do CO2 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 saturaçãopode existir.
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A velocidade do ciclo é diferente para cada reservatório
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Gee não compreendidos pelo ciclo do carbono
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Constituem um ínfima fração dos gases traço da atmosfera (dezenas de ppb), porém, possuem GWP muito maior que o CO2 e o CH4
São constituídos por:
- Vapor d’água (não é antrópico)
- N2O
- O3 troposférico
- CFC e derivados
- Halocarbonos
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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)
Vapor d’água: a maior incerteza relacionada à ciência do clima
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- N2O – 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 N2O:
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.
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N2O – Óxido nitroso
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Ozônio troposférico O3
É formado na troposfera através de reações fotoquímicas (na presença de raios UV) sofridas por compostos emitidos pelas atividades antrópicas. Tais compostos são:
- oxidos nitrícos (NOx) – 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 é também tóxico, causando problemas respiratórios e oculares
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A família do CFC e dos Halocarbonos:
Possuem GWP altíssimos, da ordem de milhares de vezes maior que o do CO2. Porém, são emitidos em quantidades muito pequenas
- CFC são gases estritamente antrópicos, e são controlados pelo Protocolo
de Montreal desde 1978. Suas emissões estão sendo gradualmente reduzidas.
-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.
CFC11
Dioxina
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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”
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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
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Fontes Naturais e antrópicas de aerossóis:
- Ecossistemas naturais emitem a quantidade de aerossóis necessária à sua 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)
www.realclimate.org
A bacia amazônica é recebe fósforo
advindo da poeira do Sahara
A introdução de uma maior quantidade de nutrientes contidos na poeira afeta o ciclo
biogeoquímico de ecossistemas
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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
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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).
- Efeitos indiretos:
mecanismo pelo qual aerossóis alteram propriedades radiativas das nuvens, além de sua quantidade e tempo de vida.
NCNNCNNCNNCN
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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
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Resumo dos efeitos dos aerossóis sobre o sistema climático:
IPCC 2007
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Há muita incerteza em relação à quantificação dos efeitos dos aerossóis sobre o clima:
IPCC 2007
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Mapa da profundidade ótica dos aerossóis (concentração de aerossóis na atmosfera)
IPCC 2007
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Forçamento radiativo dos aerossóis sobre a atmosfera
O comportamento dualista dos aerossóis (absorção de radiação = aquecimento):
IPCC 2007
Forçamento radiativo dos aerossóis sobre a superfície
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(Nature, 2008)
Carbono negro é a segunda maior causa do aquecimento global
Resultante da queima de combustíveis e biomassa, é a segunda maior causa do aquecimento
climático depois das emissões de dióxido de carbono
O carbono negro (fuligem) é uma substância que absorve a radiação solar e não permite que a radiação refletida pela superfície terrestre saia da atmosfera, por isso eleva a temperatura do planeta.
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
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Quantificação do forçamento radiativo de aerossóis (ainda há muita incerteza)
IPCC 2007
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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.
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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 é um conceito complexo, pois é capaz 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
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Mapa das alterações antrópicas do uso do solo de 1750 a 1990
IPCC, 2007
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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
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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
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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 decorrentes da redução de florestas e de processos de desertificação (não estamos enfrentando somente as mudanças climáticas).
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Incidência solar e atividade vulcânica
Seriam as forçantes radiativas naturais suficientes para explicar
a mudança climática atual?
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www.exxonsecrets.org
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Incidência solar
O monitoramento contínuo da incidência solar (últimos 28 anos) mostra ciclos bem
estabelecidos com 11 anos de duração. A amplitude destes ciclos é de 0,08%
O forçamento radiativo gerado pelas variações destes ciclos (desde 1750) é de + 0,12 W/m2.
Há pouca certeza científica nesta afirmação, devido à recente pesquisa nesta área.
Causas da mudança do clima
IPCC, 2007
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ErupErupçções vulcânicasões vulcânicas
Emitem aerossEmitem aerossóóis, resfriando a superfis, resfriando a superfíície cie do planeta (não causam aquecimento)do planeta (não causam aquecimento)
AlAléém disso, são esporm disso, são esporáádicas e dicas e imprevisimprevisííveis (não entram nos modelos)veis (não entram nos modelos)
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Causas da mudança do clima
IPCC, 2007
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
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Causas da mudança do clima
Somando todas as forçantes (naturais e antrópicas), temos o quadro inicial, que quantifica o desequilíbrio do sistema climático pelo homem:
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