Descrição da imagem: O supercontinente Pangeia se formou há aproximadamente 335 milhões de anos. Começou a se fragmentar cerca de 175 milhões de anos atrás, dando origem aos continentes atuais.
Os paleoclimas da Terra, ou seja, os climas da Terra no passado, são influenciados por um conjunto complexo de fatores astronômicos, geofísicos e atmosféricos. Essas mudanças climáticas de longo prazo são determinadas por vários elementos-chave, como a luminosidade solar, a tectônica de placas, os ciclos glaciais e interglaciais e as concentrações atmosféricas de dióxido de carbono (CO2).
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.
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.
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.
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.
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.
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