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Nuvens são chave para perturbadoras novas projeções sobre o aquecimento

Uma duplicação do CO2 atmosférico acima dos níveis pré-industriais pode fazer com que as temperaturas subam muito acima das estimativas anteriores. Um aquecimento da Terra levará a uma perda de nuvens, permitindo que mais energia solar atinja o planeta.

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É o mais perturbador desenvolvimento na ciência da mudança climática em muito tempo. Uma conclusão aparentemente já estabelecida sobre o quanto o clima é sensível à adição de mais gases de efeito estufa foi posta em dúvida por uma série de novos estudos dos principais grupos de modelagem climática do mundo.

Os estudos mudaram a forma como os modelos tratam as nuvens, na sequência de novas pesquisas de campo. Eles sugerem que a capacidade das nuvens de nos manterem frescos poderia ser drasticamente reduzida à medida que o mundo aquece – empurrando o aquecimento global para o sobreaquecimento.

As nuvens têm sido durante muito tempo a maior incerteza nos cálculos climáticos. Elas podem tanto sombrear a Terra como aprisionar calor. O efeito dominante depende de quão reflexivas elas são, de quão altas elas são e se é dia ou noite. As coisas se tornam mais complicadas porque as dinâmicas das nuvens são complexas e acontecem em pequenas escalas que são difíceis de incluir nos modelos usados para prever o clima futuro.

A preocupação recente com a precisão com que os modelos lidam com as nuvens tem se concentrado nas camadas de nuvens baixas que os passageiros de qualquer voo internacional veem se estender por centenas de quilômetros abaixo deles através dos oceanos. As nuvens de stratus e stratocumulus marinhos predominantemente resfriam a Terra. Elas sombreiam aproximadamente um quinto dos oceanos, refletindo 30 a 60% da radiação solar que as atinge de volta ao espaço. Desta forma, eles são considerados capazes de reduzir a quantidade de energia que chega à superfície da Terra entre 4 e 7%.

Mas parece cada vez mais provável que elas possam ficar mais finas ou queimar inteiramente em um mundo mais quente, deixando mais céus claros através dos quais o sol pode acrescentar um grau Celsius ou mais ao aquecimento global. Como disse Mark Zelinka, do Lawrence Livermore National Laboratory, autor principal de uma revisão dos novos modelos publicados no mês passado: As modelos "estão abandonando o seu protetor solar de forma dramática."

As novas previsões derrubam um consenso sobre a sensibilidade climática do planeta que tem persistido durante toda a história de 32 anos do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas da ONU. Todas as cinco avaliações científicas do IPCC concordaram que a duplicação do dióxido de carbono, o gás de efeito estufa mais crítico para o planeta, dos níveis pré-industriais nos aquecerá cerca de 3 graus C (5,4 graus F), com uma barra de erro que se estende de 1,5 graus C (2,7 graus F) para 4,5 graus C (8 graus F). Isto é conhecido no jargão como a sensibilidade climática de equilíbrio.

Esse consenso foi reafirmado em 2018 quando uma revisão muito citada, liderada por Peter Cox, da Universidade de Exeter, achou que a chance da sensibilidade climática exceder 4,5 graus era "inferior a 1%".

Mas o consenso foi agora desfeito. A maioria dos principais modelos climáticos – incluindo os do U.S. National Center for Atmospheric Research (NCAR) e do Britain's Hadley Center – estão agora calculando a sensibilidade do clima à duplicação dos níveis de CO2 como um grau ou mais alto, variando até 5,6 graus C (10 graus F). As suas conclusões quase certamente irão aparecer com força na próxima avaliação do IPCC sobre a ciência física das alterações climáticas, que deverá ser divulgada em Abril de 2021.

Enquanto isso, as novas descobertas devem trazer uma leitura perturbadora para os negociadores do clima que preparam um novo acordo sobre a redução das emissões de gases de efeito estufa a ser acordado em Glasgow, Escócia, em novembro de 2020. Isso porque as estimativas revistas tornam ainda mais improvável a perspectiva de manter o aquecimento global abaixo de 2 graus C – muito menos a aspiração de 1,5 graus C pactada no acordo climático de Paris, há cinco anos.

O debate sobre o papel das nuvens nas mudanças climáticas faz parte de uma preocupação maior com os feedbacks (retroalimentação) no aquecimento do mundo. Há muito tempo ficou claro que o "efeito estufa" da duplicação do CO2 na atmosfera aumentará diretamente a temperatura global em cerca de 1 grau C. A física disso é indiscutível. Mas isso é apenas o começo. As coisas ficam mais complicadas – e preocupantes – por causa da amplificação dos feedbacks causados pela forma como os sistemas naturais respondem a esse aquecimento inicial. Nenhuma é fácil de avaliar com precisão.

Um feedback é o derretimento do gelo e da neve que cobre grandes áreas do planeta. Isto substitui superfícies refletoras de luz por terras e oceanos mais escuros que absorvem a energia solar e depois a irradiam, aquecendo o ar. Ainda está longe de ser claro quão rápido o gelo marinho, em particular no Oceano Ártico, irá desaparecer. A tendência, porém, tem sido alarmante, com a extensão do gelo marinho ártico diminuindo em cerca de 10% por década nos últimos 40 anos.

Um segundo é o vapor de água adicional provável numa atmosfera futura, uma vez que temperaturas mais elevadas provocam mais evaporação da terra e do oceano. O vapor de água é um importante gás de efeito estufa por si só. Os modelos climáticos estimam que o vapor de água adicional irá pelo menos duplicar o efeito direto de estufa.

O terceiro e mais incerto feedback são as nuvens. Muito do vapor de água no ar forma gotículas de água que coalescem nas nuvens. Geralmente pensamos que as nuvens nos mantêm frios, e mais vapor de água deve fazer mais nuvens. Isso pode parecer útil. Mas as coisas não são assim tão simples.

Enquanto durante o dia as nuvens baixas sombreiam o planeta, à noite elas atuam como um cobertor isolante. Enquanto isso, as nuvens de cirros altos atuam predominantemente como armadilhas de calor, aquecendo o ar abaixo delas. Geralmente, a nível global, os modelos têm sugerido que os efeitos de aquecimento e resfriamento se anulam mutuamente, e a presunção tem sido de que isso continuará à medida que o mundo aquece. Mas a análise do novo modelo sugere o contrário.

Em uma reunião em Barcelona em março de 2019, os modelistas climáticos começaram a perceber que a maioria dos principais modelos climáticos do mundo estavam rejeitando o antigo consenso do IPCC. Os dados estão agora a tornar-se cada vez mais públicos. Primeiro, em julho, Andrew Gettelman do NCAR informou que a modelagem revisada do centro chegou a uma sensibilidade climática – o aumento da temperatura baseado na projeção de duplicação dos níveis de CO2 - de 5,3 graus C (9,5 graus F), um aumento de 32% em relação à sua estimativa anterior de 4 graus C.

Outros logo se seguiram. No mês passado, pesquisadores americanos e britânicos, liderados por Zelinka, relataram que 10 dos 27 modelos que eles haviam pesquisado agora consideravam que o aquecimento resultante da duplicação do CO2 poderia exceder 4,5 graus C, com alguns mostrando resultados de até 5,6 graus. O aquecimento médio projetado pelo conjunto de modelos foi de 3,9 graus C (7 graus F), um aumento de 30% em relação ao antigo consenso do IPCC.

Os cientistas franceses do Centro Nacional de Pesquisa Científica concluíram que os novos modelos previam que o rápido crescimento econômico impulsionado pelos combustíveis fósseis produziria aumentos de temperatura de 6 a 7 graus C (10,8 a 12,6 graus F), em média, até o final do século. Eles advertiram que manter o aquecimento abaixo de 2 graus C era praticamente impossível.

Zelinka disse que as novas estimativas de maior sensibilidade climática se deviam principalmente às mudanças feitas na forma como os modelos lidavam com a dinâmica das nuvens. Os modelos descobriram que em um mundo mais quente as nuvens conteriam menos água do que se pensava anteriormente. As nuvens desbotariam, e muitas sequer se formariam, resultando em "feedbacks positivos mais fortes das nuvens" e aquecimento extra.

Este ajuste dos modelos seguiu a recente pesquisa de campo sobre o Oceano Sul (Antártico), que é atualmente uma das regiões mais nubladas da Terra. Voando através dessas nuvens, os pesquisadores descobriram que elas contêm muito mais água e menos gelo do que o suposto anteriormente. Elas eram "oticamente mais espessas e, portanto, mais refletoras da luz solar", diz o Ivy Tan da NASA.

Isso soa como uma boa notícia. Mas isso significa que os modelos do passado sobrestimaram a quantidade de gelo nessas nuvens que se transformarão em água líquida em um mundo mais quente – e assim sobrestimaram tanto a espessura das nuvens do futuro quanto sua capacidade de nos manter frescos. Eliminar esse preconceito, diz Tan, poderia aumentar a sensibilidade climática em até 1,3 graus C.

Os modelistas também mudaram a forma como caracterizam o efeito dos aerossóis antropogênicos da queima de combustível, particularmente nas nuvens. Em geral, os aerossóis tornam as nuvens mais espessas e mais capazes de sombrear o planeta. O recálculo recente segue novas estimativas das emissões de aerossóis durante meados do século 20, uma época em que a explosão das emissões da rápida industrialização causou o arrefecimento da temperatura do planeta durante várias décadas, mascarando o efeito de aquecimento da acumulação de CO2.

Os pesquisadores concluíram, a partir dos novos dados, que tanto o efeito de resfriamento dos aerossóis quanto o efeito de aquecimento do CO2 foram maiores do que se supunha anteriormente, levando-os a rever para cima suas estimativas da sensibilidade do clima ao CO2. Com o CO2 continuando a acumular-se e controles mais rigorosos sobre o smog, o efeito de mascaramento de aerossóis particulados está destinado a diminuir no futuro. Assim, o aumento da sensibilidade climática ao CO2 vai dominar, dando um impulso extra ao aquecimento.

Dados de satélites do mundo real sugerem que as previsões dos modelistas podem já estar se tornando realidade. Norman Loeb, do Centro de Pesquisa de Langley da NASA, mostrou que um aumento acentuado das temperaturas médias globais desde 2013 coincidiu com um declínio na cobertura das nuvens sobre os oceanos. Ele argumenta que os céus mais claros podem ter resultado de controles mais rígidos da poluição na China e na América do Norte.

Outros pesquisadores relataram menos nuvens de baixo nível nos trópicos durante os anos mais quentes. Em seu estudo de 2016, o cientista climático Tapio Schneider, então no ETH de Zurique, observou que os modelos climáticos que incorporaram essa ligação em seus cálculos previam um aquecimento global mais rápido.

Schneider, agora na Caltech, divulgou um estudo de impacto em fevereiro passado, argumentando que a cobertura global de nuvens pode ter um ponto de ruptura (tipping point), além do qual as nuvens "se tornariam instáveis e se romperiam", enviando o aquecimento para uma espiral ascendente. Ele usou um modelo de resolução fina que, segundo ele, representava a dinâmica real das nuvens muito melhor do que os modelos usados para calcular as mudanças climáticas.

O ponto de virada (tipping point) não seria alcançado até que os níveis de CO2 estivessem em torno de 1200 ppm, mais de quatro vezes os níveis pré-industriais, e três vezes os níveis atuais. Mas, uma vez passado, ele projetou que as temperaturas subiriam mais 8 graus C (14,4 graus F), como resultado das nuvens perdidas. Ele sugeriu que tal ponto de virada "pode ter contribuído significativamente para mudanças climáticas abruptas no passado geológico".

Esta não é a primeira vez que tais previsões climáticas assustadoras emergem da análise modelar de como as nuvens podem mudar em um mundo mais quente. Há quinze anos, participei de um workshop de modeladores climáticos onde James Murphy, do Centro Hadley da Grã-Bretanha, discutiu como ele havia ajustado o modelo climático padrão do seu centro para refletir mais completamente a incerteza sobre a cobertura, a duração e a espessura das nuvens. O gráfico resultante mostrou o aquecimento mais provável ainda com cerca de 3 graus C, mas com uma "cauda longa" na extremidade superior. Havia a possibilidade – ele não o colocou mais alto – de que o aquecimento poderia ir até 10 graus C (18 graus F) para dobrar o CO2.

David Stainforth da Universidade de Oxford tinha feito a mesma coisa em outro modelo e viu uma "cauda longa" se estender até 12 graus C. Ambos mais tarde publicaram seus estudos na Nature, mas suas descobertas foram subseqüentemente um pouco marginalizadas pelos modelistas. Elas não chegaram a entrar nas sínteses das ciências climáticas do IPCC. Mas as novas e mais quentes projeções que emergiram das últimas séries de modelos principais sugerem que Murphy e Stainforth estavam no caminho de algo.

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