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mudanças climáticas
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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
5
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!
2. Observaes histricas
29
berkeleyearth.org
Observaes diretas: temperatura
2. Observaes histricas
30
2. Observaes histricas
31
Razes... vulcanismo
2. Observaes histricas
32
Mantua et al. 1997
Razes... ODP
2. Observaes histricas
33
Australian Bureau of Meteorology
El Nio
La Nia
Razes... El Nio/La Nia
2. Observaes histricas
34
TESTEMUNHOS DE GELOObservaes diretas: CO2
397 ppm
co2now.org
2. Observaes histricas
35
IPCC 2007
Observaes diretas: temperatura
2. Observaes histricas
36
IPCC 2007
Observaes diretas: precipitao
2. Observaes histricas
37
IPCC 2007
Observaes diretas: umidade atmosfrica
2. Observaes histricas
38
Mudanas climticas = ilhas de calor?
Berkeleyearth (36.869 registros testrrestres)
2. Observaes histricas
39
Razes: atividade solar
2. Observaes histricas
40
Razes (melhor explicao)
2. Observaes histricas
41
Observaes diretas: nvel do mar
Expanso trmica Derretimento de gelo
Taxa de 3.1 mm/ano (1993-2003)
2. Observaes histricas
42Observaes diretas: derretimento de geleiras continentais
Shepherd et al. 2012
2. Observaes histricas
43
Observaes diretas: gelo rtico
Source: PIK-Potsdam
Feedback gelo-mar!!!
2. Observaes histricas
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
e
t
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
l
e
r
e
t
a
l
.
2
0
0
8
(
G
l
o
b
a
l
C
h
a
n
g
e
B
i
o
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
4. Fsica da Atmosfera
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
4. Fsica da Atmosfera
H
a
r
t
m
a
n
n
1
9
9
4
G
l
o
b
a
l
P
h
y
s
i
c
a
l
C
l
i
m
a
t
o
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
9
9
4
G
l
o
b
a
l
P
h
y
s
i
c
a
l
C
l
i
m
a
t
o
l
o
g
y
59
Radiao Eletromagntica
4. Fsica da Atmosfera
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
4. Fsica da Atmosfera
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
4. Fsica da Atmosfera
61
62
4. Fsica da Atmosfera
62
Atmosfera
Superfcie
O Efeito Estufa
Ts= -18C
63
4. Fsica da Atmosfera
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
4. Fsica da Atmosfera
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
5. Interaes Vida-Planeta
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
5. Interaes Vida-Planeta
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
5. Interaes Vida-Planeta
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]
6. Projees Climticas
Modelagem73
Os modelos no nosso dia-a-dia:Modelo conceitual
6. Projees Climticas
Modelagem74
Os modelos no nosso dia-a-dia:Modelo fsico
Cortesia de J. Feddema
6. Projees Climticas
Modelagem75
Os modelos no nosso dia-a-dia:Modelo matemtico
Cortesia de J. Feddema
6. Projees Climticas
76
O Sistema Climtico Global
6. Projees Climticas
77
Modelo climtico
6. Projees Climticas
78
Modelo climtico: resoluo
6. Projees Climticas
1990
1995
2001
2007
Supercomputao
79
Cortesia de J. Feddema
6. Projees Climticas
80
6. Projees Climticas
Cenrios de emisses: SRES (2000-2012)Special Report on Emission Scenarios
81
6. Projees Climticas
Cenrios de emisses: SRES (2000-2012)
82
6. Projees Climticas
Cenrios de emisses: SRES (2000-2012)
83
6. Projees Climticas
Projees de temperatura (SRES)
84
6. Projees Climticas
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
6. Projees Climticas
Alm das expectativas...
86
6. Projees Climticas
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
E
m
i
s
s
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s
(
1
0
8
t
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n
e
l
a
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a
s
d
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C
)
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
e
q
98Poltica Nac. Mudana Clima
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
99Poltica Nac. Mudana Clima
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...
100Poltica Nac. Mudana Clima
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
103