A explicação mais simples do aquecimento global de todos os tempos

A Terra está ficando mais quente e os humanos são a causa.

Diagrama do orçamento de energia da Terra, com radiação de entrada e saída (os valores são mostrados em W / m²). Os instrumentos de satélite (CERES) medem os fluxos de radiação infravermelha solar emitida. O balanço energético determina o clima da Terra. (NASA)

Vamos fingir por um momento. Finja, se puder, que nunca ouviu falar da ideia do aquecimento global antes. Finja que você nunca ouviu as opiniões de outra pessoa sobre o assunto, inclusive de políticos, cientistas, amigos ou parentes. Finja que não há preocupações relacionadas, como a economia, nossas necessidades energéticas ou o meio ambiente.

Se você fosse fazer uma pesquisa genuína, haveria apenas duas perguntas a serem feitas e respondidas:

1. é a Terra se aquecendo ou não,
2. e se sim, qual é a causa principal?

Esta é uma questão que foi feita sob medida para o empreendimento da ciência responder. Veja como podemos descobrir por nós mesmos.

Na verdade, existem apenas duas coisas que determinam a temperatura da Terra ou a temperatura de qualquer objeto aquecido por uma fonte externa. A primeira é a energia que entra nela, que é principalmente energia produzida pelo Sol e absorvida pela Terra. A segunda é a energia que deixa a Terra, que é principalmente devido a Terra irradiando-a.

Durante o dia, absorvemos energia do Sol; esta é a energia introduzida na Terra. Durante o dia e a noite, irradiamos energia de volta ao espaço; essa é a potência produzida pela Terra. É por isso que as temperaturas esquentam durante o dia e se refrescam durante a noite, algo que é bastante verdadeiro para todos os planetas que têm um lado do dia e um lado da noite.

A Terra e a Lua, em escala, em termos de tamanho e albedo / refletividade. Observe o quanto a Lua fica mais fraca, pois absorve a luz muito melhor do que a da Terra. (NASA / APOLLO 17)

Para saber o que a temperatura da Terra deveria ser, precisamos primeiro entender a energia que entra em nosso mundo. A fonte dessa energia é o Sol, que irradia com uma potência muito bem medida: 3.846 × 10²⁶ watts. Quanto mais perto você estiver do Sol, mais absorverá essa energia, enquanto quanto mais longe você estiver, menos absorverá. Ao longo do tempo que medimos a produção de energia do Sol, variamos apenas cerca de ± 0,1%.

A anatomia do Sol, incluindo o núcleo interno, que é o único lugar onde ocorre a fusão. Mesmo nas incríveis temperaturas de 15 milhões K, o máximo alcançado no Sol, o Sol produz menos energia por unidade de volume do que um corpo humano típico. O volume do Sol, no entanto, é grande o suficiente para conter mais de 10²⁸ de seres humanos adultos, e é por isso que mesmo uma baixa taxa de produção de energia pode levar a uma produção de energia total tão astronômica. (NASA / JENNY MOTTAR)

A luz solar se espalha em uma esfera quanto mais longe você estiver dela, significando que se você está duas vezes mais longe do Sol, você absorve apenas um quarto da radiação. À distância da Terra do Sol, encontramos um poder de cerca de 1.361 watts por metro quadrado; é assim que atinge o topo da nossa atmosfera.

A Terra também orbita em uma elipse ao redor do Sol, o que significa que em alguns pontos ela está mais próxima do Sol, absorvendo mais radiação, enquanto outras vezes fica mais distante, absorvendo menos. A variação deste efeito é mais de ± 1,7%, com a maior quantidade de energia absorvida ocorrendo no início de janeiro, e a menor quantidade ocorrendo no início de julho.

A maneira como a luz do sol se espalha em função da distância significa que, quanto mais longe você está de uma fonte de energia, a energia que você intercepta cai com a distância ao quadrado. (WIKIMEDIA COMMONS USER BORB)

Mas essa não é a história completa. A luz do sol que nos atinge vem em uma variedade de comprimentos de onda: ultravioleta, visível e infravermelho, que carregam energia. A atmosfera tem muitas camadas, algumas das quais absorvem essa luz, algumas das quais permitem que ela transmita todo o caminho até o solo, e algumas delas refletem de volta ao espaço.

No total, cerca de 77% da energia do Sol chega até a superfície da Terra quando o Sol está diretamente acima, com esse número caindo significativamente quando o Sol está mais baixo no horizonte.

A atmosfera da Terra, embora tenha apenas 5,15 x 10¹⁸ Kg de massa (pouco abaixo de 0,0001% da massa da Terra), desempenha um papel tremendo na definição das propriedades de nossa superfície. (COSMONAUT FYODOR YURCHIKHIN / SERVIÇO DE IMPRENSA DE AGÊNCIA ESPACIAL DA RUSSA)

Parte dessa energia é absorvida pela superfície da Terra, enquanto parte dela é refletida. As nuvens refletem a luz solar melhor do que a média, assim como a areia seca e as calotas polares. Outras condições do solo são melhores para absorver a luz do sol, incluindo oceanos, florestas, solo úmido e savanas. Dependendo das condições sazonais na Terra, as localizações individuais na Terra variam tremendamente na quantidade de luz que elas refletem ou absorvem.

Em média, no entanto, a Terra é muito consistente: 31% da radiação incidente é refletida, enquanto 69% são absorvidos. No que diz respeito aos efeitos globais, essa média mudou consideravelmente pouco ao longo do tempo, mesmo quando a civilização humana transformou a paisagem do nosso planeta.

Embora vários componentes da superfície da Terra exibam grandes variações na quantidade de luz que absorvem ou refletem, a refletância / absorção média global da Terra, conhecida como albedo, permaneceu constante em ~ 31%. (KEN GOULD, ESTADO DE NOVA IORQUE REALIZA CIÊNCIA DA TERRA)

Quando colocamos todos os fatores que conhecemos:

• a potência do sol,
• o tamanho físico da Terra e a distância do Sol,
• a quantidade de luz solar que a Terra absorve vs reflete,
• e a variabilidade intrínseca do Sol ao longo do tempo,

Podemos chegar a uma maneira de calcular a temperatura média da Terra.

O resultado?

Calculamos que a Terra deve estar a 255 Kelvin (-18 ° C / 0 ° F), ou bem abaixo de zero. E isso é absurdo e completamente não reflete a realidade.

A Terra vista de um composto de imagens de satélite da NASA do espaço no início dos anos 2000. Observe a presença abundante de água líquida na superfície: um indicador de clima temperado. (NASA / PROJETO DE MÁRMORE AZUL)

Em vez disso, nosso planeta tem uma temperatura média de 288 Kelvin (15 ° C / 59 ° F), que é muito mais quente do que as previsões ingênuas que acabamos de calcular meticulosamente. Nosso mundo é temperado, não congelado, e há uma grande razão para essas previsões e observações serem tão completamente afastadas uma da outra: temos ignorado os efeitos isolantes da atmosfera da Terra.

Claro, a Terra irradia a energia que absorve de volta ao espaço. Mas nem tudo vai para o espaço imediatamente; a mesma atmosfera que não era 100% transparente à luz solar também não é 100% transparente à luz infravermelha que a Terra irradia. A atmosfera é composta de moléculas que absorvem radiação de diferentes comprimentos de onda, dependendo do que a atmosfera é feita.

A interação entre a atmosfera, as nuvens, a umidade, os processos terrestres e os oceanos tudo rege a evolução da temperatura de equilíbrio da Terra. (NASA / SMITHSONIAN AIR & SPACE MUSEUM)

Para a radiação infravermelha, o nitrogênio e o oxigênio — a maioria da nossa atmosfera — agem como se fossem virtualmente transparentes. Mas existem três gases que fazem parte da nossa atmosfera que não são transparentes à radiação que a Terra produz:

• vapor de água (H2O),
• dióxido de carbono (CO2),
• e metano (CH4).

Todos esses três gases, quando estão presentes na atmosfera de qualquer planeta, agem da mesma forma que um cobertor quando você o coloca sobre o corpo de um animal de sangue quente: eles evitam que o calor escape.

Um bezerro de elefante órfão emaciado foi resgatado da natureza depois que os turistas o viram lutando. Kenya Wildlife Service e David Sheldrick Wildlife Trust responderam aos relatos do bezerro errante em 18 de março e enviaram uma equipe de resgate para pegar o bezerro. Aqui, um cobertor foi colocado sobre o bezerro do elefante para ajudar a reter o calor do corpo: uma técnica extremamente eficaz que os seres humanos tomam como garantida em nossas vidas diárias. (AS IMAGENS DE BARRA DE DISTRIBUIÇÃO / BARREIRAS VIA GETTY IMAGES)

No caso de um animal, eles precisam gerar menos calor para manter uma temperatura constante quando há um cobertor sobre eles. E se o cobertor for mais grosso, ou se houver um número maior de cobertores finos, eles precisarão gerar ainda menos. Essa analogia se estende a camadas de roupas em quaisquer condições; quanto mais isolamento você tem ao seu redor, menos calor escapa, permitindo que você mantenha temperaturas mais altas.

Para um planeta como o nosso, esses gases impedem que a radiação infravermelha escape, absorvendo-a e re-irradiando-a de volta à Terra. Quanto mais desses gases estiverem presentes, mais e mais eficientemente a Terra se mantém no calor do Sol. Não podemos mudar a entrada de energia, então, ao adicionarmos quantidades adicionais desses gases, a temperatura do nosso mundo simplesmente aumenta.

A concentração de dióxido de carbono na atmosfera da Terra pode ser determinada a partir de medições do núcleo do gelo, que facilmente remontam a centenas de milhares de anos, e de estações de monitoramento atmosférico, como aquelas no topo do Mauna Loa. O aumento do CO2 atmosférico desde meados da década de 1700 é impressionante e continua inabalável. (NASA / NOAA)

O conteúdo de vapor de água é algo determinado pelos oceanos da Terra, a temperatura local, umidade e ponto de orvalho. Quando adicionamos mais vapor de água à atmosfera ou retiramos vapor de água, o conteúdo total de vapor de água não muda. No que diz respeito à atividade humana, nada do que fazemos tem algum impacto na quantidade líquida de H2O na atmosfera.

As concentrações dos outros dois gases (CO2 e CH4), no entanto, são determinadas principalmente pela influência humana. Está bem documentado, por exemplo, que o CO2 aumentou em mais de 50% do valor da era dos anos 1700 devido à queima de combustíveis fósseis coincidindo com o início da revolução industrial. Segundo o cientista da NASA Chris Colose :

50% do efeito estufa de 33 K é devido a vapor d’água, cerca de 25% a nuvens, 20% a CO2, e os 5% restantes a outros gases não-condensáveis ​​de efeito estufa, como ozônio, metano, óxido nitroso e assim por diante.

A uma taxa média de aquecimento de 0,07º C por década, enquanto existirem registros de temperatura, a temperatura da Terra não apenas aumentou, mas continua a aumentar sem qualquer alívio à vista. (CENTROS NACIONAIS DA NOAA PARA INFORMAÇÃO AMBIENTAL, CLIMA EM VISTA: SÉRIE TEMÁTICA GLOBAL)

Tudo isso leva a uma conclusão muito direta: se aumentarmos as concentrações de gases que absorvem infravermelho em nossa atmosfera, como CO2 e CH4, a temperatura da Terra aumentará. Dado que o registro de temperatura mostra inequivocamente que a Terra está se aquecendo, e nós colocamos esses cobertores proverbiais adicionais em nossa atmosfera, parece uma enterrada que isso é causa e efeito no trabalho.

Não pode ser provado que a atividade humana é a causa do aquecimento global, é claro. Essa conclusão que traçamos ainda é uma inferência científica. Mas com base no que sabemos sobre a ciência planetária, a atmosfera da Terra, a atividade humana e o aquecimento que estamos observando, parece muito se relacionar. Quando quantificamos os outros efeitos, é improvável que qualquer outra coisa possa ser a causa. Não o Sol, nem vulcões, nem qualquer fenômeno natural que conhecemos.

A Terra está se aquecendo e os humanos são a causa. Os próximos passos — o que fazer — são 100% até nós.

Ethan é autor de dois livros, Beyond The Galaxy, e Treknology: The Science of Star Trek de Tricorders para Warp Drive.

Traduzido e adaptado de: https://medium.com/starts-with-a-bang/the-simplest-explanation-of-global-warming-ever-2b365aff0c2f