Pergunta do leitor: Ouvi dizer que o dióxido de carbono compõe 0,04% da atmosfera do mundo. Não 0,4% ou 4%, mas 0,04%! Como pode ser tão importante no aquecimento global se é uma porcentagem tão pequena?

Muitas vezes me perguntam como o dióxido de carbono pode ter um efeito importante no clima global quando sua concentração é tão pequena – apenas 0,041% da atmosfera da Terra. E as atividades humanas são responsáveis ​​por apenas 32% dessa quantia.

Estudo a importância dos gases atmosféricos para poluição do ar e mudanças climáticas. A chave para a forte influência do dióxido de carbono no clima é sua capacidade de absorver o calor emitido pela superfície do nosso planeta, impedindo que ele escape para o espaço.

A 'Curva de Keeling' rastreia o acúmulo de CO2 na atmosfera da Terra. (Instituição Scripps de Oceanografia / CC BY 4.0)A 'Curva de Keeling' rastreia a acumulação de CO2 na atmosfera da Terra. (Scripps Institution of Oceanography/ CC BY 4.0)

Ciência inicial da estufa

Os cientistas que primeiro identificaram a importância do dióxido de carbono para o clima na década de 1850 também ficaram surpresos com sua influência. Trabalhando separadamente, John Tyndall na Inglaterra e Eunice Foote nos Estados Unidos descobriram que o dióxido de carbono, o vapor de água e o metano absorviam calor, enquanto os gases mais abundantes não.

Os cientistas já haviam calculado que a Terra tinha cerca de 59 graus Fahrenheit (33 graus Celsius) mais quente do que deveria ser, dada a quantidade de luz solar que atinge sua superfície. A melhor explicação para essa discrepância foi que a atmosfera reteve calor para aquecer o planeta.

Tyndall e Foote mostraram que o nitrogênio e o oxigênio, que juntos representam 99% da atmosfera, não tinham influência sobre a temperatura da Terra porque não absorviam o calor.

Em vez disso, eles descobriram que os gases presentes em concentrações muito menores eram inteiramente responsáveis ​​por manter as temperaturas que tornavam a Terra habitável, retendo o calor para criar efeito estufa natural.

Um cobertor na atmosfera

A Terra constantemente recebe energia do Sol e a irradia de volta ao espaço. Para que a temperatura do planeta permaneça constante, o calor líquido que recebe do Sol deve ser equilibrado pelo calor que sai.

Como o Sol é quente, ele libera energia na forma de radiação de ondas curtas, principalmente nos comprimentos de onda ultravioleta e visível. A Terra é muito mais fria, por isso emite calor como radiação infravermelha, que tem comprimentos de onda mais longos.

O dióxido de carbono e outros gases captadores de calor têm estruturas moleculares que lhes permitem absorver a radiação infravermelha. As ligações entre os átomos de uma molécula podem vibrar de maneiras particulares, como o tom de uma corda de piano. Quando a energia de um fóton corresponde à frequência da molécula, ela é absorvida e sua energia é transferida para a molécula.

O dióxido de carbono e outros gases captadores de calor têm três ou mais átomos e frequências que correspondem à radiação infravermelha emitida pela Terra. O oxigênio e o nitrogênio, com apenas dois átomos em suas moléculas, não absorvem a radiação infravermelha.

A maior parte da radiação de ondas curtas vinda do Sol passa pela atmosfera sem ser absorvida.

Mas a maior parte da radiação infravermelha emitida é absorvida pelos gases que retêm o calor na atmosfera. Então eles podem liberar ou re-irradiar esse calor. Alguns retornam à superfície da Terra, mantendo-a mais quente do que seria de outra forma.

Radiação solar (amarela) e calor irradiante (vermelho) interagindo com a Terra. (NASA)Radiação solar (amarela) e calor irradiante (vermelho) interagindo com a Terra. (NASA)

Pesquisa sobre transmissão de calor

Durante a Guerra Fria, a absorção da radiação infravermelha por muitos gases diferentes foi estudada extensivamente. O trabalho foi liderado pela Força Aérea dos EUA, que estava desenvolvendo mísseis que buscavam calor e precisava entender como detectar o calor passando pelo ar.

Esta pesquisa permitiu aos cientistas entender o clima e a composição atmosférica de todos os planetas do Sistema Solar, observando suas assinaturas de infravermelho. Por exemplo, Vênus tem cerca de 870 F (470 C) porque sua atmosfera espessa é 96,5% de dióxido de carbono.

Ele também informou a previsão do tempo e os modelos climáticos, permitindo quantificar quanta radiação infravermelha é retida na atmosfera e retornada à superfície da Terra.

As pessoas às vezes me perguntam por que o dióxido de carbono é importante para o clima, dado que o vapor de água absorve mais radiação infravermelha e os dois gases absorvem em vários dos mesmos comprimentos de onda.

A razão é que a atmosfera superior da Terra controla a radiação que escapa para o espaço. A atmosfera superior é muito menos densa e contém muito menos vapor de água do que próximo ao solo, o que significa que a adição de mais dióxido de carbono influencia significativamente quanta radiação infravermelha escapa para o espaço.

Observando o efeito estufa

Você já reparou que os desertos costumam ser mais frios à noite do que as florestas, mesmo que suas temperaturas médias sejam as mesmas? Sem muito vapor d'água na atmosfera sobre os desertos, a radiação que eles emitem escapa rapidamente para o espaço.

Em regiões mais úmidas, a radiação da superfície é capturada pelo vapor de água no ar. Da mesma forma, as noites nubladas tendem a ser mais quentes que as noites claras, porque há mais vapor de água.

A influência do dióxido de carbono pode ser vista em mudanças passadas no clima. Os núcleos de gelo dos últimos milhões de anos mostraram que as concentrações de dióxido de carbono eram altas durante os períodos quentes – cerca de 0,028%.

Durante as eras glaciais, quando Terra era aproximadamente 7 a 13 F (4-7 C) mais frio que no século 20, o dióxido de carbono composto apenas cerca de 0,018 por cento da atmosfera.

Embora o vapor de água seja mais importante para o efeito estufa natural, as mudanças no dióxido de carbono provocaram mudanças de temperatura no passado. Por outro lado, os níveis de vapor de água na atmosfera respondem à temperatura.

À medida que a Terra se torna mais quente, sua atmosfera pode conter mais vapor de água, qual amplifica o aquecimento inicial em um processo chamado "feedback do vapor de água". Variações no dióxido de carbono foram, portanto, o influência controladora sobre mudanças climáticas passadas.

Pequenas mudanças, grandes efeitos

Não deveria surpreender que uma pequena quantidade de dióxido de carbono na atmosfera possa ter um grande efeito. Tomamos pílulas que são uma pequena fração da nossa massa corporal e esperamos que elas nos afetem.

Hoje, o nível de dióxido de carbono é mais alto do que em qualquer momento da história da humanidade. Os cientistas concordam amplamente que a temperatura média da superfície da Terra já aumentou cerca de 2 F (1 C) desde a década de 1880, e que os aumentos causados ​​pelo homem em dióxido de carbono e outros gases captadores de calor são extremamente provável que seja responsável.

Sem ação para controlar as emissões, dióxido de carbono pode atingir 0,1% da atmosfera até 2100, mais que o triplo do nível anterior à Revolução Industrial. Isso seria um mudança mais rápida que transições no passado da Terra isso teve enormes consequências.

Sem ação, este pequeno pedaço da atmosfera causará grandes problemas.

Clima Explicado é uma colaboração entre The Conversation, Stuff e o New Zealand Science Media Center para responder às suas perguntas sobre mudanças climáticas. A conversa

Jason West, Professor de ciências e engenharia ambiental, Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.

Este artigo é republicado em A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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