Última atualização: 5 de outubro de 2020

Paleoclimas da Terra e dióxido de carbono

Entendendo a importância dos gases de efeito estufa

A Terra se formou há 4,543 bilhões de anos e todas as mudanças climáticas de longo prazo, em todas as escalas de tempo, envolvem gases de efeito estufa. Compreender a evolução do clima sob essa perspectiva oferece uma visão profunda dos mecanismos que regulam o clima terrestre em escalas de tempo geológicas.

Os gases de efeito estufa na atmosfera são transparentes para a maioria da radiação solar incidente, permitindo que a luz do Sol aqueça a superfície da Terra. No entanto, a Terra, ao reemitir essa energia na forma de radiação infravermelha devido à sua temperatura mais baixa, vê essa radiação retida por esses gases de efeito estufa.

Variação da luminosidade do Sol e gases de efeito estufa

A luminosidade do Sol desempenha um papel fundamental no balanço energético da Terra. Desde a formação do sistema solar, a luminosidade solar aumentou progressivamente em 7% a cada bilhão de anos.

Segundo a teoria do "Sol jovem", a luminosidade do Sol era cerca de 30% mais fraca há 4,6 bilhões de anos. No entanto, evidências geológicas mostram que a Terra primitiva tinha oceanos líquidos e uma temperatura suficientemente alta para permitir a existência de água no estado líquido. Essa aparente contradição entre a baixa luminosidade solar e a presença de água líquida é conhecida como o paradoxo do Sol jovem.

Portanto, foi necessário que outros fatores compensassem os efeitos de um Sol jovem.
Entre esses fatores estão os gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4). Uma das principais fontes de CO2 na atmosfera primitiva da Terra foi a atividade vulcânica.
A jovem Terra experimentou intensa atividade tectônica, com numerosas erupções vulcânicas. Essas erupções liberavam grandes quantidades de gases, incluindo dióxido de carbono, água (H2O), dióxido de enxofre (SO2), metano (CH4) e outros gases.

Sem um efeito estufa suficiente, a Terra teria sido um planeta congelado. A presença de concentrações elevadas de gases de efeito estufa permitiu compensar essa baixa energia solar, aumentando o efeito de retenção de calor. Isso impediu que a Terra esfriasse demais, permitindo temperaturas suficientemente altas para a água líquida e os primeiros desenvolvimentos biológicos.

Tectônica de placas e gases de efeito estufa

O agrupamento e a separação dos continentes seguem ciclos geológicos chamados ciclos dos supercontinentes. Esses ciclos descrevem as épocas em que os continentes se unem para formar um único supercontinente e depois se separam novamente sob o efeito da tectônica de placas. O ciclo completo de formação, fragmentação e reforma de supercontinentes, em relação à abertura e fechamento dos oceanos, geralmente dura de 300 a 500 milhões de anos.
Exemplos: Rodínia (de 1,3 a 0,9 bilhão de anos), Pannotia (600 milhões de anos), Pangeia (335 a 175 milhões de anos).

Ao longo das eras geológicas, os continentes derivaram, se fundiram e se fragmentaram, modificando as correntes oceânicas e atmosféricas que redistribuem o calor ao redor do planeta.

Quando os continentes estavam principalmente localizados nas zonas equatoriais, especialmente durante períodos geológicos como o Carbonífero e o Pérmico (há aproximadamente 300 a 250 milhões de anos), o dióxido de carbono (CO2) desempenhou um papel fundamental no clima e na regulação da temperatura terrestre.

Quando os continentes se concentram nessas regiões, estão sujeitos a condições climáticas quentes e úmidas que favorecem a erosão, ou seja, o processo de intemperismo químico das rochas silicatadas. Esse processo químico consome CO2 da atmosfera. De fato, as rochas reagem com o dióxido de carbono para formar carbonatos que se depositam nos oceanos, prendendo assim o carbono. Em outras palavras, o intemperismo químico atua como um mecanismo natural de sumidouro de carbono, regulando a concentração de CO2 na atmosfera e, portanto, o clima global.

Por outro lado, quando os continentes estão localizados nos polos, eles são mais vulneráveis à acumulação de gelo devido às baixas temperaturas e à baixa radiação solar.
O alto albedo do gelo (a capacidade de refletir a luz solar) amplifica esse resfriamento, criando um ciclo de retroalimentação positiva: quanto mais gelo há, mais a superfície da Terra reflete a luz solar, aumentando o resfriamento global.
No entanto, épocas de alta atividade vulcânica persistem e liberam CO2, aumentando assim as temperaturas globais. Como as zonas polares são muito áridas, a precipitação é mínima.
Quando o intemperismo químico das rochas diminui ou desaparece devido à cobertura glacial, o ciclo de longo prazo do carbono é interrompido.
O intemperismo químico das rochas é um dos mecanismos naturais mais eficazes para remover CO2 da atmosfera e regular os níveis desse gás de efeito estufa. Na ausência desse processo, o CO2 atmosférico não é mais significativamente consumido, permitindo que outros processos, como as emissões vulcânicas, continuem aumentando a concentração de CO2 na atmosfera.

Épocas glaciais e interglaciais e gases de efeito estufa

Os ciclos glaciais e interglaciais são governados principalmente pelos ciclos de Milankovitch, que descrevem variações periódicas na órbita da Terra e na inclinação de seu eixo. Esses ciclos incluem três parâmetros principais:
• Excentricidade (variações na forma elíptica da órbita da Terra ao redor do Sol, com um período de aproximadamente 100.000 anos)
• Obliquidade (variações na inclinação do eixo terrestre em relação ao seu plano orbital, em um ciclo de 41.000 anos)
• Precessão (mudança na direção do eixo de rotação terrestre, com um ciclo de 23.000 anos)

Essas variações influenciam a distribuição da energia solar recebida pela Terra em diferentes latitudes e estações, favorecendo a alternância entre épocas glaciais (acúmulo de gelo nos polos) e interglaciais (fusão do gelo e temperaturas mais amenas).

No entanto, a resposta do clima a esses ciclos orbitais é amplificada por retroalimentações, como mudanças na cobertura de gelo e nos níveis de CO2.

Nos ciclos glaciais e interglaciais, os níveis de CO2 seguem uma dinâmica complexa de retroalimentações positivas e negativas.

Durante as épocas glaciais, as temperaturas mais baixas e a presença estendida de camadas de gelo reduzem a atividade biológica (fotossíntese) e os processos de erosão continental. Menos CO2 é capturado pela biosfera terrestre e pelos oceanos. A diminuição da luz solar causada pelos ciclos de Milankovitch provoca um resfriamento. Esse resfriamento provoca um aumento na captura de CO2 pelos oceanos, o que diminui a concentração de CO2 na atmosfera, amplificando o resfriamento.

Em contrapartida, durante as épocas interglaciais, o aumento da luz solar em algumas regiões provoca um aquecimento, que desencadeia uma liberação de CO2 por parte dos oceanos. O aumento do CO2 atmosférico reforça o efeito estufa e amplifica o aquecimento inicial.

Importância do dióxido de carbono

O CO2 desempenhou um papel fundamental na manutenção de temperaturas compatíveis com a vida na Terra ao longo das eras geológicas. Graças às suas interações com os processos geofísicos e biológicos, permitiu que o planeta se ajustasse a variações internas (tectônica, vulcões) e externas (evolução solar, ciclos orbitais). Esse equilíbrio, que perdurou por bilhões de anos, mostra a importância do CO2 como regulador chave do clima terrestre, um papel que continua desempenhando, embora seu desajuste atual pelas atividades humanas constitua um grande desafio para a humanidade.