Workshop Mud Climaticas 24-25abr2013

1Workshop

Mudanas Climticas: uma viso cientfica sobre suas causas e impactos

Instituto de BiocinciasUNESP Rio Claro

24 e 25 de Abril 2013

2Workshop

Mudanas Climticas: uma viso cientfica sobre suas causas e impactos

David M. LapolaRafaela Silva

Joo Darela FilhoOtvio R. Pereira

Fernanda S. OgawaLudmila V. M. Rentas

Joo CortesYuri Silva

3Contedo1. O clima j mudou antes?

Paleoclimas

2. O que nos dizem os termmetros?Observaes Histricas

3. E o carbono com isso? Ciclo de Carbono

4. Como 0,03% da atmosfera podemudar o clima? Fsica da Atmosfera

5. O Homem capaz de alterar o planeta?Interaes Vida-Planeta

6. O que devemos esperar para o futuro?Projees climticas

7. Por que to difcil agir?Poltica Climtica

4Programao1. O clima j mudou antes?

Paleoclimas

2. O que nos dizem os termmetros?Observaes Histricas

3. E o carbono com isso? Ciclo de Carbono

4. Como 0,04% da atmosfera podemudar o clima? Fsica da Atmosfera

5. O Homem capaz de alterar o planeta?Interaes Vida-Planeta

6. O que devemos esperar para o futuro?Projees climticas

7. Por que to difcil agir?Poltica Climtica

Dia 124.Abr

Dia 225.Abr

61O clima j mudou antes?

Paleoclimas

7A histria do Sol

1. Paleoclimas

8Os eventos Bola de neve

A primeira glaciao global Oxidao da atmosfera (GOE)

Retirada de CO2 por intemperismo qumico de rochas

Melezhik (2007)1. Paleoclimas

9Dinmica daBola de neve

1. Paleoclimas

10

Temperatura no on Fanerozico

1. Paleoclimas

11

Perodos glaciais

Perodos no glaciais

Royer et al. (2004)

1. Paleoclimas

12

Royer et al. (2004)

Passagem de continentes por regies polares

Configurao da distribuio de energia pelos oceanos

Atividade Solar

Baixa Concentrao de CO2

1. Paleoclimas

514 Ma 306 Ma 255 Ma

13

Todos os perodos Frios esto correlacionados com Baixo CO2 (quando o conjunto de proxiesdisponveis consistente)

Royer (2006)

1. Paleoclimas

14

IPCC (2007)1. Paleoclimas

15

Adaptado de Crowley (1998) em: Royer (2004)

Constante solar ~4% menor que a atual.Passagem de Gondwana pelo polo sul

A Era Mesozica

1. Paleoclimas

16

Royer (2006)1. Paleoclimas

Era Mesozica

17

Sem evidncias de glaciaes extensas

O nvel do mar chegou a ser, no Cretceo, 200 metros superior ao atual

Muitos mares rasos (guas ocenicas profundas = 15 a 20C

1. Paleoclimas

Era Mesozica

18

Fonte IPCC (2007)60 4050 30 20

Mximo termal Paleoceno-EocenoO aquecimento abrupto do Final do Paleoceno(~55 Ma), ~1 10 mil anos; com durao de ~100 mil anos impacto em escala global. [Jansen et al. 2007] CO2 > 1000ppm. Nvel do Mar entre 60 e 70 m

1. Paleoclimas

19

IPCC (2007)

Zachos et al. (2005)

1. Paleoclimas

Mximo termal Paleoceno-Eoceno (55Ma)

20

Formao do EAIS (a Antrtica j estava no Polo Sul h~45 Ma)O nvel do mar entre 20 ou 30 metros superior ao atualCO2 ~650 ppm [Foster e Rohling 2013]

1. Paleoclimas

21

O perodo entre ~3 e 3,3 Ma o mais recente em que a temperatura mdia global era substancialmente maior que no perodo pr industrial (23 C).

-pCO2 estimada: entre 360 e 400 ppm.

- Nvel do mar: entre 15 e 25 m superior ao nvel moderno. (Jansen et al., 2007)

1. Paleoclimas

22

1. Paleoclimas

Parmetros Orbitais

23

Segundo o estudo de Lisiecki e Raymo(2005) o registro de O18 dos ltimos 4,2 Ma coerente com os parmetros obliquidadee precesso da insolao em mdias/altas latitudes no solstcio de vero do Hemisfrio Norte.

Jouzel et al. 2007

1. Paleoclimas

TESTEMUNHOS DE GELO

O que nos dizem as observaes?CO2

24

Augustin et al. 2004 Nature

1. Paleoclimas

25

A temperatura aumenta antes do CO2?

Mdia Global(m.g.)

Antrtica

Shakun et al. (2012)

1. Paleoclimas

26

ltimos 11.300 anos

Marcott et al. (2013)

1. Paleoclimas

timo climtico do Holoceno Pequena Era do Gelo Medieval

27

2O que nos dizem os termmetros?

Observaes Histricas

2. Observaes histricas

Clima (vs. tempo) Mdia de tempo (weather average)

Previso de tempo X previso de clima

Extremos frio, calor, secas, chuvas excessivas

Rio Claro registra menor temperatura em 10 anos

... no dia 28 de junho de 2011, com mnima de 0,9C, registrada pela estao do CEAPLA/UNESP...

28

Nossa percepo de clima pssima! Temos que apelar para instrumentos!


29

berkeleyearth.org

Observaes diretas: temperatura


30


31

Razes... vulcanismo


32

Mantua et al. 1997

Razes... ODP


33

Australian Bureau of Meteorology

El Nio

La Nia

Razes... El Nio/La Nia


34

TESTEMUNHOS DE GELOObservaes diretas: CO2

397 ppm

co2now.org


35

IPCC 2007

Observaes diretas: temperatura


36

IPCC 2007

Observaes diretas: precipitao


37

IPCC 2007

Observaes diretas: umidade atmosfrica


38

Mudanas climticas = ilhas de calor?

Berkeleyearth (36.869 registros testrrestres)


39

Razes: atividade solar


40

Razes (melhor explicao)


41

Observaes diretas: nvel do mar

Expanso trmica Derretimento de gelo

Taxa de 3.1 mm/ano (1993-2003)


42Observaes diretas: derretimento de geleiras continentais

Shepherd et al. 2012


43

Observaes diretas: gelo rtico

Source: PIK-Potsdam

Feedback gelo-mar!!!


44

3E o Carbono com isso?

O Ciclo de Carbono

45

Temperatura influenciada pelo CO2 no passado.

Kump (2002)3. Ciclo de Carbono

46

Carbono

3. Ciclo de Carbono

47

O Ciclo de Carbono

3. Ciclo de Carbono

48

Onde est o C?Reservatrios e Fluxos

Fluxos naturaisFluxos antropognicos rev. IPCC 2007

3. Ciclo de Carbono

49

Para onde tem ido o CO2 antropognico?Emisses em 2009:10 bilhes de toneladas de C

~45% fica na atmosfera

~30% vai para terra

~25% vai para oceanos

[Le Qur et al. 2009, Nature Geoscience]

3. Ciclo de Carbono

50

Fertilizao por CO2

3. Ciclo de Carbono

Estimulao da Rubisco Reduo da condutncia estomatal

Interaes biosfera-atmosferaH2O CO2

51

Savanizao da Amaznia?

3. Ciclo de Carbono

Projees climticas doNCAR-CCSM3 2070-2099

L

a

p

o

l

a

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a

l

.

2

0

0

9

(

G

B

C

)

S mudana do climaMudana do clima +

fertilizao CO2

Vegetao potencialAtual

52

Experimentos FACE(Free-Air CO2 Enrichment)

3. Ciclo de Carbono

Produtividade (NPP) = +23%

53

3. Ciclo de Carbono

X XXX

H

i

c

k

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.

2

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0

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(

G

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B

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l

.

)

Extrapolao florestas temperadas florestas tropicais

Amazon-FACE!!!

54

4Como 0,03% da atmosfera pode mudar o clima?

Fsica da Atmosfera

55

ComposiComposio da Atmosfera Terrestreo da Atmosfera Terrestre

4. Fsica da Atmosfera

...CO2 = 7 gotas!Outros gases = 19.993 gotas

Se atmosfera= 1L gua...

O efeito estufa: outros planetas e o mito da presso O efeito estufa: outros planetas e o mito da presso atmatm..56

VnusVnus Dist. Sol = 0,7 UA Tsup= 462 C Pressosup= 92 bar Atm = 96% CO2

TerraTerra Dist. Sol = 1 UA Tsup= 15 C Pressosup= 1 bar Atm = 78% N2, 20% O2

JJpiterpiter Dist. Sol = 5 UA T(p=92bar) = ~180 C Atm = 90% H2

Oceano terrestreOceano terrestre T(p=92bar=910m) = 5 C

MarteMarte Dist. Sol = 1,6 UA Tsup = -63 C Atm = 95% CO2 Pressosup= 0,008 bar


57

Primeira Lei da Termodinmica:Energia se conserva!dQ = dU - dW

calor adicionado mudana na energiainterna do sistema

trabalho extrado do sistema

Termodinmica da TerraTermodinmica da Terra


H

a

r

t

m

a

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n

1

9

9

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G

l

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c

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C

l

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m

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l

o

g

y

58

dQ = dURadiao solar absorvida = radiao planetria emitida

S0 (1 ) r2

Radiao que chega na Terra

Quanto a Terra refleterea de absoro

=Temperatura da Terra

rea de emisso

= T4 4r2

342 W/m2(1 0,3) = 5,67x10-8 W/m2/K4 T4 *4

T = 255 K = -18CTerraTerra

Tsup= 15 C?4. Fsica da Atmosfera

Termodinmica da TerraTermodinmica da TerraH

a

r

t

m

a

n

n

1

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9

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l

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g

y

59

Radiao Eletromagntica


Pode se comportar tanto como onda ou como partcula

Fton = pacote de energia

Quando fton se aproxima de uma molcula ou partcula slida pode ser transmitido, refletido ou absorvido!

59

60

Radiao Eletromagntica


Se absorvido a energia do fton transferida para o objeto

Objeto pode se aquecer (energia cintica translacional)

Mudanas eletrostticas (e.g. efeito fotoeltrico)

Mudanas energia interna do objeto(rotao e/ou vibrao)

Absoro e (re)emisso de infravermelho (=calor)

60

61


61

62


62

Atmosfera

Superfcie

O Efeito Estufa

Ts= -18C

63


63

Atmosfera

Superfcie

...e absorve a maior parte da energia emitida pela terra (ondas longas)

O Efeito Estufa

Ts= 15C

Reponsveis pela diferena entre -18 e 15C:H2O = 70% 23CCO2, CH4, N2O 20% 6 7C

64


64

Balano radiativo da Terra

curtas

65

5O homem capaz de alterar o planeta?

Interaes vida-planeta

66

5. Interaes Vida-Planeta

66

Exemplo 1: Oxigenao da Atmosfera

Holland 2006

Cianobactrias

Oxignio associado a ferro nos oceanos (Formaes FerrferasBandadas)

Oceanos se saturam e O2acumula na atmosfera

O2 reage com CH4 (reduz conc.) e possivelmente leva Bola de Neve

Fotossntese hoje

67


Exemplo 2: Reciclagem de precipitaExemplo 2: Reciclagem de precipitao na Amazniao na Amaznia

Eltahir & Bras 1994; Costa & Foley 1999

Evapotranspirao

NuvensNuvens

PrecipitaPrecipitaoo

Solo e vegetaSolo e vegetaoo

Umidade de foraUmidade de fora(Atlntico)(Atlntico)

ndice de reciclagem de precipitao =

25 30%

68


68

Exemplo 3: Controle do clima por fitoplncton

Sim 2001 TREE

Populaes de fitoplnctonproduzem Dimetil-Sulfeto (DMS)

DMS age como ncleo de condensao de nuvens

Produo controlada por interaes da cadeia trfica

Mais nuvens = menor T e menos radiao solar

69


69

De nossa parte...

135 bilhes de barris de petrleo j foram usados

34% da superfcie livre de gelo da Terra so cultivos ou pastos

24% do NPP da Terra j foi apropriado pelo homem

30% das florestas mundiais j foram cortadas

Jones et al. 2009; Ramankutty et al. 2008; Haberl et al. 2007

70

6O que devemos esperar para o futuro?

Projees climticas

Modelagem71

[IPCC 2007]

Influnciahumana!

ObservadoCom forante humana Sem forante humana

6. Projees Climticas

Modelagem72

Emisses globais CO2 e cenrios IPCC

Mundo de 2 a 4C mais quente em 2100!

21002100

[IPCC 2007; Le Qur et al. 2009]


Modelagem73

Os modelos no nosso dia-a-dia:Modelo conceitual


Modelagem74

Os modelos no nosso dia-a-dia:Modelo fsico

Cortesia de J. Feddema


Modelagem75

Os modelos no nosso dia-a-dia:Modelo matemtico



76

O Sistema Climtico Global


77

Modelo climtico


78

Modelo climtico: resoluo


1990

1995

2001

2007

Supercomputao

79



80


Cenrios de emisses: SRES (2000-2012)Special Report on Emission Scenarios

81


Cenrios de emisses: SRES (2000-2012)

82


Cenrios de emisses: SRES (2000-2012)

83


Projees de temperatura (SRES)

84


Projees de precipitao (SRES)

Menos de 66% dos modelos concordam quanto mudana de prec.Mais de 90% dos modelos concordam quanto mudana de prec.

85


Alm das expectativas...

86


Nova abordagem: Cenrios RCP (IPCC-AR5)Representative Concentration Pathways

van Vuuren et al. 2011

87

7Por que to difcil agir?

Poltica Climtica

Impactos (alguns)Eventos meteorolgicos extremos!Furaco Catarina - Mar/2004

Perdas agrcolas!Rio Grande do Sul, vero/2010

Perda de biodiversidade!

Sapo-dourado (Bufo periglenes),Costa Rica

Disperso de vetores doenas

Colmbia, 1100 2100m alt.

88

7. Poltica Climtica

Impactos (alguns)

Aumento nvel do marNaes-ilha do Pacfico

SecasAmaznia, 2010

Derretimento geleiras, GroenlndiaGuerra por recursos naturais!Darfur (Sudo), Fev/2003 - atual

89

7. Poltica Climtica

90

Soluo proposta para o problema (mitigao)

2100

Reduzir emisses antrpicas

Limite de resguardo = +2C (550 ppmv)

[para evitar mud. clima perigosas]

[Le Qur 2009, IPCC 2007]

7. Poltica Climtica

91

7. Poltica Climtica

De que a culpa?Princpio da responsabilidade comum porm diferenciada

CDIAC

Emisses histricas por regio

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

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Africa

Lat America

China

Leste Europeu

Sul sia

Oriente mdio

Am Norte

Oceania

Europa Ocidental

92

Conveno Quadro Naes Unidas sobre Mud. Climticas

Tratado internacional produzido na RIO-92

Objetivos estabilizar concentraes de gases de efeito estufa (Art. 2)

No legalmente vinculante: no estabelece limites de reduo

Divide pases em:Anexo I pases industrializados ou economias em transio (40)no-Anexo I todos os outros

Entrou em operao em 21/Mar/1994 aps 55 pases ratificarem, incluindo aqueles responsveis por 55% emisses em 1990

7. Poltica Climtica

93

Protocolo de Kyoto (1997; 2008-2012)

Estabelece metas de corte de emisses (Art. 3):-5,2% em relao a 1990 no perdo de 2008-2012

(varia de -8% a +10% cada pas)

Instrumento legalmente vinculante

39/40 pases se comprometeram com metas

Entra em vigor em Fev/2005 (ratificao Rssia)

Objetivos: os mesmos da CQNUMC, mas...

Redues verificadas atravs de comunicaes das partes CQNUMC

7. Poltica Climtica

94

Protocolo de Kyoto (2013-2020)

Segundo perodo de comprometimento:-18% em relao a 1990 no perdo de 2013-2020

Canad, Japo, Rssia, Nova Zelndia saem(mesmo argumento dos EUA)

Compromisso de em 2015 elaborar um substituto para Kyoto, a iniciar em 2020

7. Poltica Climtica

Fundo Clima (criado em 2009) para repasse de $ para pases pobres. Mecanismos ainda obscuros...

36 pases (15% das emisses globais)

95

Dificuldades para um ps-Kyoto

Congresso americano dominado pelos Republicanos

7. Poltica Climtica

Incertezas (Princ. Precauo?)

Fortes interesses/lobby econmicos em jogo (setor energtico)

Relao custo/benefcio de se agir(veja The Stern Report 2007)

Problemas na interface poltico-cientfica

Financiamento para os cticos

China pouco aberta a negociaes

96

E no Brasil?

desmatamento

7. Poltica Climtica

97Poltica Nac. Mudana Clima

Lei 12187/09

(+15% em relao a 1990)

Pas honra seus compromissos assumidos na UNFCCC: reduo de emisses de 36,1% a 38,9% em relao a 2020 (Arts. 5, 12)

7. Poltica Climtica

Emisses Brasil

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

emissoes em1990

emissoes em2005

emissoes em2020-PNMC

emissoes em2020

G

t

C

O

2

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Dec. 7390/10

Estabelece 10 metas objetivas para setores da economia:

Reduo do desmatamento da Amaznia em 80% at 2020

Reduo do desmatamento do Cerrado em 40% at 2020

Recuperao de 150.000 km2 de pastagens degradadas(apenas 7,5% da rea total de pastagens no Brasil)

Plantio de 30.000 km2 de florestas

Art. 6, 1, I, II, IV, VIII

desmatamento

7. Poltica Climtica


Reduo do desmatamento da Amaznia em 80% at 2020

Observado em 2010

[Nepstad et al. 2009, Science]

Desmatamento mdio anual 1996-2005

Desmatamento projetado(sem medidas de reduo)

Metas do governo

Desmatamento passado

Metas p/ fim desmatamento

7. Poltica Climtica

Observado em 2011

Embora Cdigo Florestal possa atrapalhar...


PNMC de nada adianta se outros pases no fizerem sua parte!

Sinergia global ou nada!

7. Poltica Climtica

101

PrlogoMudanas Climticas

x Mud. Ambientais Globais

102Mudanas Climticas X Mudanas Globais

[Steffen et al. 2004, IGBP]

Populao

Consumo papel

Uso de gua

Biodiversidade

Prlogo

Workshop Mud Climaticas 24-25abr2013

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