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O Efeito Estufa e a Temperatura da Terra Autores: Arjuna C. Panzera Arthur E Q Gomes Dácio G. Moura

I - Introdução

Os assuntos aquecimento global, emissão de gás carbônico, mudança climática,

estão sempre presentes nos noticiários. Vemos notícias de conferências

internacionais discutindo esses assuntos tentando chegar a acordos para diminuir os

problemas climáticos que podem estar sendo causados pela ação do homem. Este

módulo trata desses assuntos procurando explicar as razões dos problemas

climáticos que estão sendo apontados.

A causa principal das mudanças climáticas tem sido atribuída ao fenômeno

chamado “efeito estufa”. O efeito estufa é um fenômeno natural que tornou possível

a vida na Terra, mas é a sua intensificação que pode causar problemas ambientais.

Vamos analisar esse fenômeno, as causas de sua intensificação e as

conseqüências disso para o meio ambiente. Vamos abordar também as ações

necessárias para diminuir os impactos da intensificação do efeito estufa no planeta.

Os fenômenos climáticos são muito complexos. Para entendê-los precisamos utilizar

conhecimentos sobre: a história das transformações geológicas e da vida na Terra,

as relações Terra-Sol, a constituição da atmosfera, as relações entre calor e

temperatura.

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As idéias básicas deste módulo são:

• A intensificação do efeito estufa é resultado da diferença entre a energia

recebida do Sol e a energia reemitida pela Terra ao ser aquecida.

• A energia que a Terra recebe do Sol é basicamente através da luz branca e a

energia emitida pela Terra, devido ao seu aquecimento, é através da radiação

infravermelha.

• A variação da temperatura de um sistema depende da diferença entre a

energia que entra e a energia que sai dele.

• A atmosfera é transparente para a luz branca, mas relativamente opaca para

a radiação infravermelha.

• O que torna a atmosfera mais ou menos opaca à radiação infravermelha é

principalmente o percentual de vapor de água e de dióxido de carbono (gás

carbônico) presente na atmosfera.

• O aumento de gás carbônico na atmosfera causa a intensificação do efeito

estufa, aumentando a temperatura da Terra.

• As mudanças climáticas ocorrem devido a fatores naturais e a fatores

antropogênicos (resultados da ação do homem).

• Podemos conhecer a história do clima da Terra analisando registros históricos

feitos pelo homem e registros deixados pela própria natureza.

• É importante tomar medidas para evitar a intensificação do efeito estufa.

II - O nosso planeta

O nosso planeta possui características especiais que o tornam um lugar único para a

vida.

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A Terra é um dos oito planetas do nosso sistema solar.

Fig. 1: Planetas do Sistema Solar

Os planetas podem ser separados em dois grupos. O primeiro grupo é dos planetas

mais próximos do Sol: Mercúrio, Venus, Terra e Marte. Esses planetas são

relativamente pequenos, rochosos e densos. O segundo grupo é dos planetas mais

afastados do Sol: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Esses planetas são

relativamente grandes, gasosos e pouco densos.

A Terra é um planeta que se distingue dos demais por possuir uma atmosfera

constituída por gases como nitrogênio, oxigênio, gás carbônico e vapor de água.

Outros planetas têm atmosfera, mas nenhuma delas tem a composição parecida

com a nossa. O nosso planeta se distingue também por ser o único que possui a

Fig. 2: A tênue camada atmosférica terrestre

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água nos três estados, líquido, solido e vapor. Os dois planetas mais próximos do

Sol são muito quentes e a água que por ventura tenha existido na sua superfície

evaporou-se. Os planetas mais afastados do Sol são muito frios e não podem ter

água na forma líquida na sua superfície. Essas condições únicas de constituição da

atmosférica e de existência de água nos três estados são os fatores que possibilitam

a existência de vida na Terra.

O planeta Terra tem um raio médio de 6.400 km. A camada de gases que compõem

a atmosfera possui uma espessura de cerca de 100 km. Essa camada é

relativamente muito fina quando comparada com o raio da Terra. 99% dos gases

que compõem a atmosfera estão abaixo de 30 km de altura. A primeira camada da

atmosfera, que vai até à altura de cerca de 10 km, é chamada de Troposfera. Nessa

camada é onde existe a vida na Terra. Os fenômenos climáticos, vento e chuva,

ocorrem na Troposfera. No pico Everest, o ponto mais alto da Terra, com altura de

8.844m, o ar já é muito rarefeito e lá é preciso usar máscara de oxigênio para

respirar.

Fig. 3: Camadas da atmosfera terrestre.

A atmosfera é composta por moléculas de gases. O nitrogênio (N2) é o gás mais

abundante na atmosfera (78%), seguido do oxigênio (O2) com 21%. O gás

carbônico, ou dióxido de carbono (CO2), na atmosfera corresponde a um percentual

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de apenas 0,03%. A atmosfera contém ainda pequena quantidade de vários outros

gases, como: ozônio, metano, monóxido de carbono.

Fig. 4: Representação da composição da atmosfera

Vapor de água também está presente nas camadas mais baixas da atmosfera com

um percentual variando entre 1% e 4%. A quantidade de vapor de água presente na

atmosfera num determinado local depende de muitos fatores, como a temperatura,

pressão do ar e a presença de fonte de vapor. As fontes de vapor podem ser:

evaporação de lagoas, rios, mar e do próprio solo; transpiração de vegetais e

animais.

Além da troposfera, outra camada importante da atmosfera é a estratosfera que está

entre a troposfera e a altitude de 50 km. É nessa região que se localiza a chamada

camada de ozônio (O3). O ozônio da estratosfera protege a vida na Terra impedindo

que ela receba doses altas de radiação ultravioleta nociva à vida.

Para você fazer

Representando as dimensões da Terra e da sua Atmosfera numa mesma escala

• Faça uma circunferência de 1 metro de diâmetro numa folha de papel grande. Se

esse círculo representar a Terra, calcule, nessa escala, qual será a altura da

atmosférica (considere que ela tem 100 km de altura). Represente na folha de papel

a atmosfera.

• É possível representar também a troposfera?

• Pesquise sobre a estrutura interna da Terra. Usando essa mesma escala, represente

as principais camadas internas da Terra no mesmo círculo.

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Fig. 5: Monte Everest, situado no continente asiático, na cordilheira do Himalaia.

• Veja a apresentação “Pequena História da Terra”. Para vê-la clique no titulo. Discuta

com seus colegas os aspectos que você julgou mais interessantes nessa história.

III - O Sol, a nossa principal fonte de energia

Para os habitantes da Terra, o Sol é a estrela mais importante dentre os bilhões de

bilhões de estrelas que existem no Universo. Dele recebemos toda a energia

necessária à vida dos animais e vegetais. A energia produzida no Sol é resultado de

reações de fusão nuclear que provocam aquecimento fazendo a temperatura de sua

superfície ser de aproximadamente 6.000ºC.

A energia que recebemos do Sol vem através da radiação solar. Essa radiação é

principalmente a luz branca, que é uma onda eletromagnética da mesma natureza

das ondas de rádio e TV, das radiações dos fornos de micro-ondas, dos raios X.

Nem toda a energia do Sol que chega à Terra atinge a superfície do planeta. Uma

parte dessa energia é refletida para o espaço pela atmosfera. Essa energia refletida

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é cerca de 40% da que chega ao planeta. A energia refletida é a responsável pelo

brilho do nosso planeta quando visto do espaço. Assim, 60% da energia solar que

chega à Terra atinge a sua superfície.

Fig. 6: o albedo representa a relação entre a quantidade de luz refletida pela superfície terrestre e a quantidade de luz recebida do Sol

Em um segundo, cada metro quadrado da superfície terrestre recebe em média a

energia de 240 joules. Energia por segundo é denominada de potência cuja unidade

de medida no Sistema Internacional de Medidas é o watt (W). Assim, a potência

média que atinge a superfície da Terra é de 240 W/m2. Essa potência seria

suficiente para fazer funcionar um aparelho de TV grande.

O valor de 240 watts por metro quadrado é um valor médio, pois a quantidade de luz

solar que atinge o solo varia de um lugar para outro e depende da hora do dia. A

radiação solar num dado local atinge seu máximo ao meio dia. Próximo aos pólos da

Terra, a radiação é menor devido ao fato dos raios solares atingirem obliquamente o

solo nessa latitude.

IV – A energia do Sol que chega à superfície da Terra

A energia do Sol é transmitida até a Terra através de radiações eletromagnéticas.

Uma característica importante de uma radiação ou onda eletromagnética é a sua

freqüência. A freqüência de uma radiação está relacionada com a temperatura do

corpo que emitiu a radiação. Qualquer corpo com temperatura acima do zero

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absoluto (isto é, 273ºC negativo) emite energia radiante (ondas eletromagnéticas). A

freqüência dessa radiação emitida depende da temperatura do corpo: quanto maior

a temperatura do corpo, maior a freqüência da radiação emitida, quanto menor a

temperatura do corpo menor a freqüência da radiação emitida.

Fig. 7: Temperaturas de nuvens obtidas através de imagens de satélite no nordeste do Rio Grande do Sul. Os tons em azul indicam topos de nuvem muito frios e os tons laranjas indicam regiões das nuvens menos frias. O formato arredondado indica um tipo de nuvem que pode causar temporais.

A cor da luz está relacionada com a sua freqüência (ver figura 8). Portanto, a cor da

luz emitida por um objeto quente é função da temperatura do objeto. Assim,

podemos saber a temperatura de um objeto analisando a radiação que ele emite.

Isso é feito para saber a temperatura de estrelas e de alto-fornos.

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Fig. 8: Quanto menor a freqüência de uma onda eletromagnética, como a luz visível, maior será seu comprimento de onda. A luz vermelha, por exemplo, tem a menor freqüência e o maior comprimento de onda.

O Sol, por exemplo, está a aproximadamente 6.000ºC e brilha emitindo luz visível. A

luz branca que vemos do Sol é um conjunto das várias cores que aparecem no arco-

íris, onde predominam o azul e o violeta. O filamento de uma lâmpada que está a

aproximadamente 3.000ºC brilha com uma luz amarelada. Quando diminuímos a

corrente elétrica que passa no filamento da lâmpada a sua temperatura diminui e,

então, o filamento torna-se avermelhado. Se diminuirmos mais ainda a corrente, o

filamento deixa de emitir luz vermelha e passa a emitir radiação infravermelha que é

invisível. As figuras abaixo mostram fotografias de uma lâmpada na qual passa uma

corrente elétrica. O valor da corrente elétrica aumenta de uma foto para outra.

Observe a mudança de cor.

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Fig. 9: A cor do filamento de uma lâmpada depende da temperatura do filamento.

Numa lâmpada incandescente, praticamente toda a energia produzida no seu

filamento, pela corrente elétrica, é emitida para o ambiente por radiação. Essa

situação é análoga ao que ocorre com a energia emitida pelo Sol e pelas estrelas.

Como esses corpos estão cercados por uma região de vácuo, a radiação é o único

modo de transferência de energia.

Vamos ver agora o que ocorre com a energia radiante quando ela atinge um objeto.

Ao atingir um objeto três coisas podem acontecer: uma parte da energia pode ser

absorvida pelo objeto; outra parte da energia pode passar através dele (ser

transmitida); outra parte pode ser refletida pelo objeto. A parte da energia que é

absorvida aumentará a energia interna do objeto aumentando sua temperatura.

Fig. 10: A energia radiante pode ser absorvida, transmitida ou refletida

quando atinge um objeto.

As porções de energia que são refletidas, absorvidas e transmitidas dependem:

• Das propriedades do corpo que recebe essa energia (corpos opacos não

transmitem radiação, corpos polidos refletem mais do que os não polidos).

• Da freqüência da radiação incidente (os corpos absorvem apenas

determinadas freqüências).

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V - O funcionamento de uma estufa

Para entender o efeito estufa precisamos entender o conceito de equilíbrio térmico.

Um corpo pode emitir energia através de radiação e, ao mesmo tempo, absorver

energia radiante que incidir sobre ele. Se ele receber mais energia do ele emite, ele

vai se aquecer. Se ele receber menos energia do que ele emite, ele vai se esfriar. Se

ele receber e emitir a mesma quantidade de energia a sua temperatura ficará

estável, isto é não aumentará nem diminuirá. Dizemos que o corpo está em

equilíbrio térmico.

Fig. 11: A garrafa esquentará se receber mais radiação do que refletir; esfriará se refletir mais que receber; e permanecerá na mesma temperatura se refletir a mesma energia que receber.

Exemplo: um livro sobre uma mesa emite energia radiante de acordo com sua

temperatura, cerca de 30ºC. Nessa temperatura a energia emitida não é visível, está

na faixa da radiação infravermelha. O livro também recebe energia luminosa do

ambiente. Uma parte dessa energia recebida é absorvida pelo livro e outra parte é

refletida para o ambiente. Se a energia absorvida pelo livro for maior que a energia

emitida o livro aumentará sua temperatura e vice versa. A temperatura do livro ficará

constante se a quantidade de energia recebida for igual à emitida.

Para entender o efeito estufa é preciso entender o balanço da energia que entra e

que sai de um corpo ou sistema. As estufas de plantas são cômodos fechados,

com paredes e telhados de vidro ou de plástico, usados em locais frios, para se

obter temperatura maior e proteger plantas. O objetivo da estufa é reter a energia

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solar no seu interior para manter a temperatura interna mais elevada que a

temperatura externa.

O vidro é transparente às ondas da luz visível, mas opaco às ondas ultravioletas e

infravermelhas. Assim o vidro permite que a radiação visível do sol atravesse o

telhado entrando na estufa. Essa radiação é absorvida pelo solo e pelas plantas em

seu interior. O solo e as plantas, por sua vez, estando aquecidos, emitem radiação

infravermelha. O vidro não deixa essa energia infravermelha sair, aumentando,

assim, a temperatura do interior da estufa.

Em Minas Gerais, na região de Barbacena, as estufas são muito utilizadas para o

cultivo de rosas.

Fig. 12: A figura da esquerda mostra o interior de uma estufa de plantas. A figura da direita mostra esquematicamente as radiações solares incidentes (ondas curtas) e as radiações

térmicas (ondas longas) emitidas e retidas dentro da estufa.

Todos nós podemos observar o efeito estufa ocorrendo num carro exposto ao sol

com os vidros fechados. Os raios solares entram pelo vidro e são absorvidos pelos

assentos, painel e tapetes. Esses objetos se aquecem e a radiação infravermelha

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emitida é refletida de volta pelos vidros para o interior do carro. A radiação emitida

pelos objetos tem comprimento de onda e, portanto, freqüência, diferente da luz do

Sol que entrou pelas janelas.

Fig. 13: O efeito estufa dentro de um carro com vidros fechados.

VI - O efeito estufa no planeta Terra

Como vimos anteriormente a temperatura de um corpo depende do balanço

energético, isto é, da relação entre a energia emitida e a energia recebida pelo

corpo. Esse princípio se aplica também à Terra, ou seja, o nosso clima é regido

pelas mesmas leis que usamos para analisar o balanço energético de qualquer

corpo.

Todos os corpos emitem energia para o ambiente e também absorvem energia do

ambiente. Se um corpo dá mais energia do que recebe, ele esfria. Se o corpo recebe

mais energia do que dá, ele esquenta. Se a temperatura do corpo é a mesma do

ambiente, a energia que ele recebe e igual à energia que ele dá. Nessa situação

dizemos que o corpo está em equilíbrio térmico com o ambiente.

Se o nosso planeta fosse isolado no espaço, impedido de receber energia do Sol,

ele continuaria emitindo radiação, perdendo energia térmica e resfriando-se.

Entretanto, como estamos recebendo energia do Sol, a energia que a Terra perde

para o espaço é compensada pela radiação solar que é absorvida pelo nosso

planeta. Assim, a Terra fica em equilíbrio térmico, ou seja, sua temperatura média

fica estável, não aumenta nem diminui.

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A energia radiante que a Terra recebe do Sol está, na sua maior parte, na faixa da

luz visível, com alta freqüência e pequeno comprimento de onda. A superfície

terrestre absorve parte dessa energia e, depois de aquecida, devolve essa energia

para o espaço. Mas, como a temperatura da Terra é relativamente baixa, ela irradia

a energia em baixas freqüências, na faixa da radiação infravermelha.

Fig.14: Balanço energético da Terra. A superfície e a atmosfera terrestres recebem radiação vinda do Sol, que aquece a Terra. A superfície terrestre irradia parte dessa energia na faixa dos comprimentos de ondas mais longos (infravermelho). Se não houvesse o efeito estufa a temperatura média da Terra seria cerca de -20ºC.

Como vimos, a atmosfera tem a propriedade de ser bastante transparente para a luz

branca e relativamente opaca para a radiação infravermelha. A Terra é aquecida

pela luz branca que atravessa a atmosfera e chega à sua superfície. Uma vez

aquecida, a superfície da Terra emite radiação do tipo infravermelha. Parte dessa

radiação é absorvida por alguns gases da atmosfera contribuindo para aumentar a

temperatura da Terra. Esse fenômeno é o chamado efeito estufa.

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Fig. 15: Parte da energia solar é absorvida e parte é refletida pela Terra.

Na atmosfera terrestre, os gases que absorvem a radiação infravermelha são

principalmente o vapor d’água (H2O), o gás carbônico (CO2) e o ozônio (O3). Boa

parte do efeito estufa em nosso planeta deve-se à existência do gás carbônico, pois

a radiação infravermelha é facilmente absorvida pelas moléculas de CO2. As nuvens

são também importantes absorvedoras de radiação infravermelha. De fato, a água

interage de diferentes maneiras com a radiação infravermelha, em todos os seus

estados físicos. Outros absorvedores de radiação infravermelha são: o metano

(CH4), o óxido nitroso (NO2) e os clorofluorcarbonos (CFC’s).

Cálculos científicos mostram que a Terra teria uma temperatura média de 20ºC

negativos (-20ºC) se não houvesse atmosfera para provocar o efeito estufa. Esse

resultado é calculado aplicando-se a fórmula que relaciona a temperatura do corpo

com a energia que ele emite, e conhecendo-se também o valor da energia do Sol

que chega ao planeta.

O quadro abaixo mostra os valores das temperaturas medidas em três planetas e os

valores de temperaturas calculadas supondo ausência de atmosfera. É o efeito

estufa causado pela presença de CO2 na atmosfera que produz essa diferença entre

a temperatura medida e a calculada em cada planeta. Em Vênus a atmosfera é

muito densa sendo constituída por 96% de CO2, produzindo um efeito estufa intenso.

Em Marte, a atmosfera é pouco densa, sendo 1% da densidade da atmosfera da

Terra, produzindo um efeito estufa muito fraco. Note que a Terra seria totalmente

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congelada se não houvesse o efeito estufa. O estudo das temperaturas medidas e

calculadas dos planetas mostra que o efeito estufa é um fenômeno natural que

sempre existiu desde a formação dos planetas.

Fig. 16: Valores de temperaturas reais (medidas) e das temperaturas calculadas, em três

planetas, supondo a ausência do efeito estufa

A figura abaixo mostra um esquema do efeito estufa e o balanço de energia na

Terra.

Fig.17: Diagrama da radiação solar que entra na Terra e da radiação emitida por ela.

Atividade 2: Simulando o Efeito Estufa

Forre uma caixa de sapatos, sem a tampa, com papel preto.

Coloque um copo com água pela metade, dentro da caixa.

Cubra a caixa de sapatos com folha de plástico fina de PVC transparente (usada

para embrulhar alimentos).

Coloque a caixa de sapatos sob a luz solar por cerca de 30 minutos.

Coloque outro copo igual ao primeiro, também com água pela metade, fora da caixa,

também sob a luz solar.

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Passados os 30 minutos, retire o papel filme e com seu próprio dedo compare a

temperatura da água nos dois copos. (Se você tiver um termômetro use-o para

comparar as temperaturas)

Como você relaciona este experimento com o Efeito Estufa?

VII – Fatores que fazem variar o clima na Terra

O clima na Terra é determinado por inúmeros fatores. Há fatores naturais e fatores

produzidos pelo homem. Como vimos, o efeito estufa é um fator natural importante,

mas que tem sido intensificado pela ação do homem. A ação do homem tem

aumentado drasticamente a quantidade de CO2 na atmosfera nos últimos tempos. O

aumento da quantidade de CO2 provoca o aumento do efeito estufa e, assim, o

aumento da temperatura. Esse aumento da temperatura média da Terra é conhecido

como “aquecimento global do planeta”. O gráfico abaixo mostra o aumento de CO2

na atmosfera nos últimos anos.

Fig. 18: A linha azul do gráfico mostra a variação da concentração de CO2 na atmosfera e a linha vermelha mostra a variação da temperatura média da Terra nos últimos mil anos.

O gráfico mostra que o aumento de gás carbônico está intensificando o efeito estufa,

tendendo a aumentar a temperatura média do planeta. O efeito estufa, que tornou a

vida possível na Terra, pode estar agora, devido ao aumento de temperatura, pondo

em risco as condições de vida no planeta.

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Os dados do gráfico acima são obtidos através de medidas complexas feitas pelos

cientistas que estudam o clima da Terra no passado. Essa ciência chama-se

paleoclimatologia (paleo significa antigo em grego).

Como sabemos sobre clima no passado?

Como os paleoclimatologistas determinam o clima na Terra há mil, cem mil, ou cem

milhões de anos atrás? Medidas diretas da temperatura e da precipitação de chuvas

somente começaram a ser registradas a partir de meados do século XIX. Para se

obter informações mais antigas os cientistas utilizam diversos recursos e técnicas de

medidas indiretas. Eles obtêm dados a partir de dois tipos de recursos: registros

históricos feitos pelo próprio homem e registros deixados pela própria natureza.

Registros históricos feitos pelos homens são, por exemplo, as anotações feitas pelos

pescadores da Islândia a partir do ano 1.000. Esses pescadores registravam

anualmente as semanas em que o mar na costa da Islândia estava congelado. Isso

dá uma indicação indireta da temperatura na região a partir do ano 1.000. Outro

exemplo são os registros das datas de colheitas de uvas na Alemanha. Esses

registros foram feitos a partir do século IX. Outros exemplos de registros úteis são:

as datas de congelamento do lago do palácio do imperador do Japão registradas a

partir de 1.450; a medida da altura do Rio Nilo na cidade do Cairo registrada a partir

do ano 622; referências à intensidade do inverno na Inglaterra registradas a partir do

ano 1.100.

Registros feitos pela natureza são aqueles associados às mudanças que ocorrem

anualmente devido às alterações climáticas relacionadas às estações do ano. Tudo

que cresce ou muda em conseqüência das mudanças de estações pode ser usado

como indicador do clima do passado. Por exemplo: árvores adicionam novos anéis

de crescimento em seus troncos a cada ano que passa.

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Fig. 19: Os anéis dos troncos de árvores são indicadores da sua idade.

A largura e a densidade dos anéis dos troncos refletem a temperatura, a quantidade

de chuvas e outros fatores ambientais. O número de anéis indica quantos anos se

passaram. Os anéis são um indicador cronológico importante associado ao clima. A

análise dos anéis pode informar sobre a época e as mudanças climáticas que

ocorreram em determinado local.

Os corais marítimos também crescem acrescentando anéis. O estudo desses anéis

permite inferir as variações de temperatura e da composição da água ao longo

tempo. As camadas de sedimento no fundo de um lago também revelam

informações sobre as mudanças climáticas em determinadas épocas.

Esses indicadores naturais contam a história do clima há milhares de anos atrás.

Para conhecer o clima a milhões ou bilhões de anos do passado os cientistas

também estudam fósseis de plantas e animais. Por exemplo, se um fóssil de

palmeira tropical é encontrado numa região gelada, podemos concluir que um

ambiente tropical existiu naquele lugar no passado.

Fósseis microscópicos de pólen de plantas e espórios são muito úteis na

reconstrução de mudanças climáticas do passado. Eles são mais facilmente

preservados, pois são mais resistentes a erosão e a decomposição. Com esses

fósseis podemos determinar que plantas floresceram no passado e, assim, podemos

inferir a temperatura e a precipitação de chuvas na região.

As rochas sedimentares também preservam registros de mudanças climáticas. Por

exemplo: a quantidade de poeira na atmosfera do passado pode ser deduzida a

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partir da distribuição dos sedimentos depositados pelo vento. A poeira é um

indicador importante do clima porque a poeira na atmosfera tende a bloquear a luz

do sol. Nos períodos em que a atmosfera estava encoberta por poeira foram

observadas temperaturas muito baixas na superfície da Terra.

Alguns indicadores climáticos permitem estimar a temperatura do passado. Os

cientistas podem determinar a temperatura do passado estudando o interior de gelos

retirados das calotas polares e das montanhas glaciais. Analisando características

químicas do gelo os cientistas podem saber a temperatura no local quando o gelo foi

formado como também a temperatura global.

Fig. 20: Pesquisando o interior do gelo retirado de regiões frias da Terra.

Se a água que compõe o gelo é composta principalmente de isótopos leves de

hidrogênio e oxigênio pode-se inferir que o gelo foi formado durante um período

globalmente mais frio. Por outro lado, o gelo rico em isótopos pesados de hidrogênio

e oxigênio indica a sua formação durante em um período globalmente mais quente.

A análise da presença de isótopos nos gelos é um indicador preciso de temperatura

porque o processo de evaporação e de precipitação da água são fortemente

influenciados pelo peso das moléculas de água. Por exemplo, as moléculas de água

isotopicamente mais leves evaporam mais facilmente do que as moléculas

isotopicamente mais pesadas. Por outro lado, a precipitação das moléculas mais

leves é menor do que das moléculas isotopicamente mais pesadas. Se o gelo tem

mais isótopos leves indica que ele foi formado num período mais frio. Por outro lado,

se o gelo tem mais isótopos pesados indica que ele foi formado num período mais

quente.

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Analisando o gelo glacial é também possível obter amostras do ar antigo nas bolhas

do gelo. Testes químicos desse ar podem revelar a sua composição, incluindo a

presença de gases de efeito estufa tais como dióxido de carbono e metano. Esses

estudos são cruciais para conhecer a temperatura e a composição atmosférica de

até 400 mil anos atrás.

Esses registros mostram que durante os períodos globalmente mais frios a

concentração na atmosfera dos gases do efeito estufa era muito mais baixa do que

nos períodos com maior concentração desses gases.

Fig. 21: Concentração de CO2 e variação da temperatura da Terra ao longo dos anos.

Idades do gelo

Os períodos em que a temperatura global permanece muito baixa por um longo

tempo fazendo a superfície da Terra ficar quase toda coberta de gelo são chamados

de era glacial ou era gelo. Períodos nos quais a temperatura aumenta, a camada de

gelo diminui e o nível do mar sobe são chamados períodos inter-glaciais. Nos

últimos 1 milhão e 600 mil anos ocorreram mais de 20 períodos inter-glaciais. O

tempo entre uma era do gelo e outra tem sido de cerca de 100 mil anos. Pode-se

determinar a duração e o tempo de uma era glacial analisando rochas que são

marcadas e riscadas pela expansão das geleiras. No inicio de uma era glacial a

camada de gelo vai se expandido na direção do equador. A idade do gelo mais

recente ocorreu há 70 mil anos atrás. Há 12 mil anos atrás a terra entrou num

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período inter-glacial que dura até hoje. Nesse período passamos por um momento

de temperatura máxima há 6 mil anos atrás e desde então a Terra vem resfriando

gradualmente. Tivemos uma pequena idade do gelo entre os anos de 1300 a 1900.

Fig. 22: Mudanças na temperatura da Terra durante períodos de tempo variáveis durante os últimos milhões de anos. A sombra esverdeada indica a faixa que está sendo ampliada de um gráfico para outro.

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Efeitos climáticos naturais

Quais os fatores que causam mudanças no clima da Terra? Há fatores naturais

como os resultantes de deslocamento de continentes, levantamento da crosta da

superfície da Terra criando grandes cadeias de montanhas ou isolando bacias

oceânicas. Por exemplo, o surgimento da cordilheira do Himalaia, há cerca de 70

milhões de anos, causou um grande impacto no clima da Terra porque alterou o

movimento dos ventos e da umidade no planeta. Poeiras de vulcões também podem

causar mudanças climáticas por bloquear a luz solar. Mudanças climáticas também

ocorrem devido a fatores externos à Terra como, por exemplo, os impactos de

grandes meteoritos. A teoria mais aceita para a extinção dos dinossauros, ocorrida

há mais ou menos 65 milhões, atribui a causa ao impacto de um meteorito gigante

na superficie da Terra. Esse impacto teria levantado uma imensa nuvem de poeira

que mudou o clima causando resfriamento brusco e extinguindo grande parte dos

seres vivos.

Fig 23: À esquerda: “cratera do meteoro” no deserto do Arizona; à direita: representação

artistica de impacto de meteorito na Terra.

Outro fator externo à Terra que produz também mudanças climáticas são as

variações da radiação solar que ocorrem devido aos chamados ciclos solares. O

ciclo solar são variações na intensidade do vento solar e do campo magnético solar.

O ciclo solar dura em média 11 anos e é conseqüência de mudanças no ritmo das

erupções solares e do campo magnético solar. Tais mudanças afetam a atividade

geomagnética da Terra e provocam alterações da temperatura do plasma

ionosférico de nosso planeta.

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Alterações no clima da Terra também são produzidas pelas variações que ocorrem

na rotação da Terra em torno de seu eixo e na órbita de rotação da Terra em torno

do Sol. A inclinação do eixo de rotação da Terra sofre variações cíclicas ao longo do

tempo assim como a excentricidade da órbita elíptica da Terra em torno do Sol. Esse

ciclo de mudanças orbitais é chamado de Ciclo de Milankovitch em homenagem ao

matemático iugoslavo que relacionou essas variações com os períodos glaciais.

Fig. 24: Astronomia e ciclos climáticos

Efeitos climáticos antropogênicos

Há também fatores de mudanças climáticas causadas pela ação do homem (fatores

antropogênicos) que são aqueles relacionados com a emissão de gases de efeito

estufa.

No mundo moderno, a intensa utilização de motores queimando combustíveis

despeja na atmosfera imensas quantidades de dióxido de carbono (CO2): cerca de 6

bilhões de toneladas por ano! Essa é a causa principal do chamado efeito estufa

nocivo provocado pela ação humana e que precisa ser enfrentado pela humanidade.

Os gráficos abaixo mostram a variação da concentração de gás carbônico na

atmosfera (primeiro gráfico) e a variação da temperatura média na Terra (segundo

gráfico), na era industrial.

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Fig. 25: Comparação entre o aquecimento da Terra e o aumento de CO2 na atmosfera.

Outra causa da intensificação do efeito estufa é a produção do gás metano que é

gerado na digestão animal e nos processos de decomposição de matéria orgânica.

Em torno de 20% do efeito estufa nocivo é devido ao metano.

Os problemas criados pela poluição ambiental – em particular pela emissão de

gases que provocam a intensificação do efeito estufa, causando o chamado

aquecimento global, são muito difíceis de resolver. Só a colaboração internacional,

com base no conhecimento científico, poderá vencer os desafios que estão sendo

criados. Cada cidadão deve ter consciência de que o comportamento individual, por

mais insignificante que pareça, é parte desse esforço global que pode permitir o

controle da emissão de gases do efeito estufa.

O que se pode fazer?

O Protocolo de Kyoto

A preocupação com o efeito estufa é tão grande que 141 países assinaram em 1997

um acordo internacional que visa diminuir a emissão de gás carbônico na atmosfera.

Este acordo foi chamado de “Protocolo de Kyoto” (cidade do Japão onde foi

realizado o acordo). O protocolo de Kyoto, que entrou em vigor em fevereiro de

2005, estabelece que os países desenvolvidos (que fazem parte do acordo) se

comprometem a reduzir, até 2012, a emissão de gases de efeito estufa em pelo

menos 5%, de acordo com os níveis de 1990.

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O que podemos fazer para diminuir a emissão de CO2?

Cada cidadão é responsável pela emissão de uma parcela de CO2 para a atmosfera,

pois consumimos produtos industrializados e usamos carros ou ônibus para nos

locomover. Um norte americano ou europeu, em média, é responsável pela emissão

de 5 toneladas de CO2 por ano, enquanto que em países não industrializados, essa

média cai para 0,5 tonelada. Portanto, um modo de evitarmos a intensificação do

efeito estufa é consumir menos ou consumir de forma seletiva. Mas como fazer isso

numa sociedade com tantos apelos ao consumo? Para cada tonelada de papel

reciclado poupamos cerca de 10 a 20 árvores. Isto representa uma economia de

recursos naturais, pois as árvores não cortadas continuam absorvendo CO2 pela

fotossíntese. Uma latinha de alumínio reciclada economiza energia equivalente ao

consumo de um televisor ligado por 3 horas.

A economia de energia representa menos combustível sendo queimado pela

indústria e isso implica uma redução na emissão de gás carbônico que iria aumentar

o efeito estufa.

Referências bibliográficas

1. HEWITT, Paul G. Física Conceitual, ed. Bookman, 9ª Edição. Pág. 285-297.

2. Lista de Sites

http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/ee/Efeito_Estufa.html

http://www.ucar.edu/learn/1_3_1.htm

Informações sobre atmosfera e clima terrestre, além de mudanças climáticas e o efeito estufa. Possui

diversas atividades. (Inglês)

http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagrams/greenhouse/

Animação sobre o efeito estufa (Inglês)

http://revistagloborural.globo.com/GloboRural/0,6993,EEC957779-4528,00.html

Fornece dicas de como construir uma estufa de plantas de baixo custo.

http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect

Descrição do mecanismo básico do efeito estufa (Inglês)

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/grnhse.html

Descrição do mecanismo básico do efeito estufa (Inglês)