Alerta climático reforçado por núcleo de gelo de 2 milhões de anos, vulcanismo e nível dos mares

Uma série de impactantes estudos sobre as mudanças climáticas - publicados na Nature e no periódico Elements - trouxeram importantes dados de atualização sobre a paleoclimatologia e os efeitos do aquecimento global nas próximas décadas. Os estudos reforçam o papel crucial do dióxido de carbono - e dos gases estufas em geral - nas variações globais do clima.


NÚCLEO DE GELO DE 2 MILHÕES DE ANOS

O primeiro estudo, publicado esta semana no periódico da Nature (1), descreveu a análise de dois núcleos de gelo retirados recentemente da Antártica com idade que chega até 2,7 milhões de anos e que revelaram um preciso alcance paleoclimático de até 1,5 milhões de anos, fornecendo um mais detalhado quadro da conexão entre gases estufas e as mudanças climáticas ao longo dos milênios. Até o momento, só existiam núcleos de gelo antigos o suficiente para permitir precisas análises paleoclimáticas até no máximo ~800 mil anos.

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Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Universidade de Princeton, Universidade de Maine e da Universidade Estadual de Oregon, EUA, usaram as bolhas de ar aprisionadas nas camadas de gelo do novo núcleo para medir as concentrações de metano e de dióxido de carbono ao longo dos últimos 2 milhões de anos. Estudos prévios apenas tinham estabelecido conexões indiretas entre os níveis de dióxido de carbono e o clima em períodos mais antigos do que 800 mil anos atrás, ao analisarem a composição química de sedimentos oceânicos e terrestres bem datados via técnicas geológicas diversas .

Durante o último 1 milhão de anos, o ciclo das Eras Glaciais seguido por períodos quentes (interglaciais) ocorreram a cada 100 mil anos. Porém, entre 2,8 milhões de anos atrás e 1,2 milhão de anos atrás (marcando um período anterior à Transição do Pleistoceno Médio), esses ciclos eram mais curtos, durando cerca de 40 mil anos, e as Eras do Gelo eram menos extremas em termos climáticos. No período de pré-transição, esse ciclo de 40 mil anos é facilmente explicado pelas variações da inclinação da Terra (22,1°-24,5°) que possuem exatamente esse intervalo de tempo entre mínima e máxima inclinação (baixa inclinação, verões mais frios, ajudando a promover e a preservar o crescimento das geleiras). Por outro lado, é ainda incerto o porquê houve a transição para um ciclo de 100 mil anos. Nesse sentido, a dúvida: como exatamente se comportou as variações de dióxido de carbono durante o período de pré-transição?

Analisando dois novos núcleos de gelo Antártico (com 147 e 191 metros de extensão), os pesquisadores encontraram que os 30 metros finais de ambos correspondiam a períodos cobrindo até cerca de 2,7 milhões de anos atrás. Porém, devido a incertezas de ±100 mil anos, distúrbios internos e evidências de ação aeróbica de microrganismos nas camadas mais profundas, os pesquisadores só puderam analisar com segurança e alta confiabilidade camadas de gelo indo até 1,5 milhões de anos atrás.

No intervalo entre 1 milhão e 1,5 milhão de anos atrás, os pesquisadores encontraram que os maiores níveis de dióxido de carbono e de metano corresponderam aos níveis máximos registrados nos últimos 800 mil e que todas as propriedades climáticas durante a pré-transição correspondem aos mais recentes ciclos de 100 mil anos. Em outras palavras, uma diminuição e aumento nos gases estufas estavam intimamente ligados às variações glaciais-interglaciais. No entanto, os níveis mais baixos de dióxido de carbono e de metano durante os ciclos de 40 mil anos eram menores do que aqueles do pós-transição (ciclos de 100 mil anos). Em específico, as variações de dióxido de carbono mostraram variar, na média, entre 204-214 (mínimo, glacial) e 279-289 (máximo, interglacial) ppm. Em contrate, no pós-transição, esse mínimo passou a alcançar 175-180 ppm. Estudos prévios (2) também chegaram nesse valor mínimo (~200 ppm) para o período pré-transição, sugerindo que essa maior concentração de dióxido de carbono nas Eras Glaciais preveniram períodos mais longos de grande expansão das geleiras, ou seja, uma possível explicação do mecanismo principal da transição.

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(2) Nesse sentido, o estudo também valida outras proxies usadas para se medir indiretamente as temperaturas e variações de dióxido de carbono via outras técnicas de análise paleoclimática. Para saber mais, acesse: Aquecimento Global: Uma Problemática Verdade


Existia também a hipótese mais defendida de que níveis bem maiores de dióxido de carbono durante os períodos mais quentes (máximos) preveniram que apenas as variações de inclinação de órbita da Terra engatilhassem mais uma Era Glacial (da mesma forma que um maior mínimo impediria a manutenção do avanço das geleiras por períodos mais longos). Porém, o novo estudo não encontrou um maior nível de CO2 do que o visto nas últimas centenas de milhares de anos (~280 ppm).

Outros mecanismos podem ter atuado para disparar a mudança de ciclos, ou apenas os maiores mínimos de dióxido de carbono são suficientes para explicar o fenômeno. Se essa última hipótese for a correta, isso significa que a Terra (e os feedbacks climáticos) é mais sensível às variações de dióxido de carbono do que antes pensado. De qualquer forma, o mais importante achado foi confirmar definitivamente que as variações de dióxido de carbono acompanharam intimamente as mudanças climáticas nos últimos 1,5 milhão de anos.

As temperaturas de cada fatia se estendendo ao longo do comprimento do núcleo de gelo foram determinadas medindo-se as razões isotópicas de deutério/hidrogênio. Já a datação de cada parte do núcleo foi feita a partir da medição da razão de argônio-40/potássio-40 (decaimento radioativo).

Os pesquisadores agora querem recuperar núcleos de gelo ainda mais antigos na região.


 VULCÕES E CO2

Em uma série de estudos publicados no periódico Elements, sintetizando a massiva produção científica de um programa de pesquisas de 10 anos intitulado Deep Carbon Observatory (3), da Academia Nacional de Ciências dos EUA, um total de 504 cientistas de 39 países analisaram as dinâmicas associadas ao vulcanismo, incluindo aquelas ligadas às imensas reservas de carbono no interior do planeta. Além disso, análises paleoclimáticas foram também realizadas associadas aos processos geológicos em geral. Foram 102 projetos e 372 publicações científicas em periódicos diversos (Science, Nature, PNAS, etc.).

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Entre os vários achados, podemos destacar:

- Apenas 0,2% do total de carbono (C) na Terra  - cerca de 43,5 Gigatoneladas (Gt) - está acima da superfície terrestre: nos oceanos (oceano profundo, 37 mil Gt; na superfície oceânica, 900 Gt; nos sedimentos marinhos, 3 mil Gt), em terra firme (biosfera, 2 mil Gt) e na atmosfera (590 Gt). O restante está sob a superfície terrestre, incluindo a crosta, o manto e o núcleo - um estimado de 1,85 bilhões de Gt (no manto inferior, 1,5 bilhão; na litosfera continental e oceânica, 0,315 bilhão; no manto superior, 0,03 bilhão).

- O CO2 liberado hoje na atmosfera e nos oceanos de vulcões e de outras regiões magmaticamente ativas é estimado totalizar 280 milhões a 360 milhões de toneladas por ano (0,28-0,36 Gt/ano), incluindo aquele liberado nos oceanos a partir de fraturas oceânicas. São um total de 1500 vulcões ativos desde a última Era do Gelo, há 11700 anos, com todos eles (novos e antigos) podendo estar emitindo CO2 em alguma extensão (400 deles certamente estão emitindo em significativa extensão). A liberação anual total de CO2 via processos geológicos no geral liberam cerca de 300 milhões a 400 milhões de toneladas ao ano (0,3-0,4 Gt).

- As emissões anuais de dióxido de carbono pela humanidade através da queima de combustíveis fósseis e de florestas, via desmatamento, entre outros, são de 40 a 100 vezes maiores do que todas as emissões vulcânicas anualmente. Isso, mais uma vez, corrobora as estimativas de estudos prévios (2) e enterra mais fundo o tão disseminado mito de que os vulcões supostamente estariam emitindo mais CO2 do que as atividades antropogênicas (algo que inclusive não faz sentido, considerando os níveis de atividades vulcânicas nas últimas décadas e taxa de elevação da concentração de CO2 atmosférico no período pós-industrial). 

- Análises do ciclo interno de carbono ao longo das eras revelaram um estável e balanceado CO2 atmosférico a longo prazo, pontuado por grandes distúrbios, incluindo imensas e catastróficas liberações de magma que ocorreram, no mínimo, cinco vezes nos últimos 500 milhões de anos. Durante esses eventos, grandes volumes de dióxido de carbono foram liberados, levando a uma atmosfera mais quente, oceanos acidificados e extinções em massa. As áreas de liberação de magma nesses eventos chegaram a corresponder à área do Canadá durante relativos curtos períodos de tempo geológico (dezenas de milhares de anos até 1 milhão de anos). Esses grandes eventos de erupção chegaram a liberar quantidades de até 30 mil Gt toneladas de CO2.

- De forma similar, um meteoro gigante atingiu a superfície terrestre há 66 milhões de anos (Chicxulub), na península de Yucatán, no México, levando a uma liberação de algo entre 425 Gt e 1400 Gt de CO2, rapidamente aquecendo o planeta e coincidindo com a extinção em massa (>75% das espécies) de plantas e de animais, incluindo os dinossauros não-aviários (soma-se a curto e a médio prazo uma diminuição drástica da radiação solar pelas enorme quantidade de partículas lançadas na estratosfera e a uma série de erupções vulcânicas de larga escala associadas ao Deccan Trap na região hoje correspondente à Índia). Isso reforça o alerta de que, como mencionado, ao longo dos últimos 100 anos as emissões de CO2 pelas atividades antropogênicas, como queima de combustíveis fósseis, têm sido de 40 a 100 vezes maiores do que as emissões geológicas de carbono do nosso planeta.

- Uma mudança na composição de gases vulcânicos do mau-cheiroso dióxido de enxofre (SO2) para um gás mais rico em CO2 (sem cheiro e sem cor) pode ser facilmente detectada por estações ou drones de monitoramento para prever uma erupção, às vezes com horas, às vezes com meses de antecipação. Sistemas de detecção preventiva de erupções com monitoramento em tempo real estão seguindo no sentido de explorar as variações na razão de CO2/SO2, fenômeno primeiro reconhecido com alto grau de confiabilidade em 2014.


CONSEQUÊNCIAS DA ELEVAÇÃO MARÍTIMA SUBESTIMADAS

Fomentado pelo atual processo de aquecimento global, o nível médio dos mares aumentou 11-16 cm no século XX. E mesmo com uma drástica redução nas emissões de dióxido de carbono, um aumento extra de 0,5 metro pode ocorrer até o final deste século. Até 2050, o nível marítimo é esperado de aumentar em 20-30 cm. Porém, em um cenário de maiores emissões de gases estufas, o aumento extra pode exceder os 2 metros no caso de uma instabilidade prematura nas camadas de gelo Antártico (probabilidade de 5%).

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Nesse sentido, pesquisadores em um novo estudo publicado na Nature Communications (4) usaram redes neurais de análise (CoastalDEM) para reduzir os erros oriundos de dados de satélite da NASA (SRTM), os quais podem falsamente identificar áreas antropogenicamente modificadas (prédios, casas, etc.) e florestas como áreas de maior altitude em relação ao nível dos mares. Com informações mais confiáveis do nível das áreas nas regiões costeiras, os pesquisadores estimaram que até 630 milhões de pessoas podem enfrentar inundações pelo menos uma vez ao ano em 2100, algo três vezes superior ao previamente estimado no pior cenário de aumento no nível dos mares.

Os pesquisadores estimaram que, hoje, 1 bilhão de pessoas ocupam terras com menos de 10 metros de altura em relação às linhas de maré alta, incluindo 250 milhões de pessoas em terras abaixo de 1 m de altura.


> Referências científicas:

(1) Publicação do estudo: Nature

(3) Síntese dos trabalhos: Deep Carbon Observatory (2019)

(5) Publicação do estudo: Nature Communications