Exemplo de argumento causal anotado

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Jason West

Da conversa

13 de setembro de 2019

Clima explicado: por que o dióxido de carbono tem uma influência tão grande no clima da Terra

(Nota: O título enquadra o artigo como um argumento causal, uma demonstração de como o dióxido de carbono afeta o clima.)

Climate Explained é uma colaboração entre The Conversation, Stuff e o New Zealand Science Media Center para responder às suas perguntas sobre as mudanças climáticas.

Pergunta

Ouvi dizer que o dióxido de carbono representa 0,04% da atmosfera mundial. Não 0,4% ou 4%, mas 0,04%! Como isso pode ser tão importante no aquecimento global se é uma porcentagem tão pequena?

Muitas vezes me perguntam como o dióxido de carbono pode ter um efeito importante no clima global quando sua concentração é tão pequena — apenas 0,041% da atmosfera da Terra. E as atividades humanas são responsáveis por apenas 32% desse valor. (Nota: Jason West apresenta seu artigo como uma refutação a um contra-argumento.)

Eu estudo a importância dos gases atmosféricos para a poluição do ar e as mudanças climáticas. (Nota: West estabelece sua credibilidade como pesquisador sobre o assunto.) A chave para a forte influência do dióxido de carbono no clima é sua capacidade de absorver o calor emitido pela superfície do nosso planeta, impedindo que ele escape para o espaço. (Nota: West resume seu argumento causal explicando um mecanismo que poderia explicar o efeito surpreendente do CO2 na temperatura.)

Ciência inicial do efeito estufa

Os cientistas que identificaram pela primeira vez a importância do dióxido de carbono para o clima na década de 1850 também ficaram surpresos com sua influência. (Nota: Esse pedaço da história sublinha a simpatia de West pela surpresa expressa na pergunta inicial.) Trabalhando separadamente, John Tyndall, na Inglaterra, e Eunice Foote, nos Estados Unidos, descobriram que o dióxido de carbono, o vapor de água e o metano absorviam calor, enquanto os gases mais abundantes não absorviam.

Os cientistas já haviam calculado que a Terra estava cerca de 59 graus Fahrenheit (33 graus Celsius) mais quente do que deveria, dada a quantidade de luz solar atingindo sua superfície. A melhor explicação para essa discrepância foi que a atmosfera retinha calor para aquecer o planeta.

Tyndall e Foote mostraram que o nitrogênio e o oxigênio, que juntos representam 99% da atmosfera, essencialmente não tinham influência na temperatura da Terra porque não absorviam calor. (Nota: West mostra como os cientistas eliminaram o que pareciam ser as causas prováveis do efeito do aquecimento.) Em vez disso, eles descobriram que os gases presentes em concentrações muito menores eram inteiramente responsáveis por manter as temperaturas que tornavam a Terra habitável, retendo o calor para criar um efeito estufa natural.

Um cobertor na atmosfera

(Observação: comparar gases que retêm calor com um cobertor ajuda os leitores a visualizarem o argumento causal.)

A Terra recebe constantemente energia do sol e a irradia de volta ao espaço. Para que a temperatura do planeta permaneça constante, o calor líquido que ele recebe do sol deve ser equilibrado pelo calor que ele emite. (Nota: O Ocidente fornece informações sobre o que influencia a temperatura da Terra.)

Como o sol está quente, ele emite energia na forma de radiação de ondas curtas principalmente nos comprimentos de onda ultravioleta e visível. A Terra é muito mais fria, então ela emite calor como radiação infravermelha, que tem comprimentos de onda maiores.

Figura 2: O espectro eletromagnético é a faixa de todos os tipos de radiação EM — energia que viaja e se espalha à medida que avança. O sol é muito mais quente que a Terra, então ele emite radiação em um nível de energia mais alto, que tem um comprimento de onda menor. NASA

O dióxido de carbono e outros gases que retêm o calor têm estruturas moleculares que lhes permitem absorver a radiação infravermelha. As ligações entre átomos em uma molécula podem vibrar de maneiras específicas, como o tom de uma corda de piano. Quando a energia de um fóton corresponde à frequência da molécula, ela é absorvida e sua energia é transferida para a molécula. (Nota: Esta seção estabelece a agência, uma explicação de como o CO2 pode reter o calor.)

O dióxido de carbono e outros gases que retêm calor têm três ou mais átomos e frequências que correspondem à radiação infravermelha emitida pela Terra. O oxigênio e o nitrogênio, com apenas dois átomos em suas moléculas, não absorvem a radiação infravermelha. (Nota: West explica por que duas outras possíveis causas de aquecimento, oxigênio e nitrogênio, não retêm o calor.)

A maior parte da radiação de ondas curtas do sol passa pela atmosfera sem ser absorvida. Mas a maior parte da radiação infravermelha de saída é absorvida pelos gases que retêm o calor na atmosfera. Então eles podem liberar ou irradiar novamente esse calor. Alguns retornam à superfície da Terra, mantendo-a mais quente do que seria de outra forma.

Figura 3: A Terra recebe energia solar do sol (amarelo) e retorna a energia de volta ao espaço refletindo um pouco da luz recebida e irradiando calor (vermelho). Os gases de efeito estufa retêm parte desse calor e o devolvem à superfície do planeta. NASA via Wikimedia. (Nota: A Figura 3, com a faixa vermelha mais à direita apontando para a Terra, apresenta um argumento visual de que os gases de efeito estufa retêm o calor.)

Pesquisa sobre transmissão de calor

Durante a Guerra Fria, a absorção da radiação infravermelha por muitos gases diferentes foi estudada extensivamente. O trabalho foi liderado pela Força Aérea dos EUA, que estava desenvolvendo mísseis de busca de calor e precisava entender como detectar o calor passando pelo ar.

Essa pesquisa permitiu que os cientistas entendessem o clima e a composição atmosférica de todos os planetas do sistema solar observando suas assinaturas infravermelhas. Por exemplo, Vênus tem cerca de 870 F (470 C) porque sua atmosfera espessa é de 96,5% de dióxido de carbono. (Nota: A comparação com Vênus mostra que uma alta concentração de dióxido de carbono na atmosfera se correlaciona com a alta temperatura em outro planeta.)

Também informou a previsão do tempo e os modelos climáticos, permitindo que eles quantifiquem a quantidade de radiação infravermelha retida na atmosfera e retornada à superfície da Terra.

Às vezes, as pessoas me perguntam por que o dióxido de carbono é importante para o clima, já que o vapor de água absorve mais radiação infravermelha e os dois gases absorvem em vários dos mesmos comprimentos de onda. O motivo é que a atmosfera superior da Terra controla a radiação que escapa para o espaço. A atmosfera superior é muito menos densa e contém muito menos vapor de água do que perto do solo, o que significa que adicionar mais dióxido de carbono influencia significativamente a quantidade de radiação infravermelha que escapa para o espaço. (Nota: Neste parágrafo, West elimina outro possível fator da mudança climática, o vapor de água que retém o calor.)

Os níveis de dióxido de carbono aumentam e diminuem em todo o mundo, mudando sazonalmente com o crescimento e a decomposição das plantas.

Observando o efeito estufa

Você já percebeu que os desertos costumam ser mais frios à noite do que as florestas, mesmo que as temperaturas médias sejam as mesmas? Sem muito vapor de água na atmosfera sobre os desertos, a radiação que eles emitem escapa rapidamente para o espaço. Em regiões mais úmidas, a radiação da superfície é retida pelo vapor de água no ar. Da mesma forma, noites nubladas tendem a ser mais quentes do que noites claras porque há mais vapor de água presente.

A influência do dióxido de carbono pode ser vista em mudanças climáticas anteriores. Núcleos de gelo dos últimos milhões de anos mostraram que as concentrações de dióxido de carbono foram altas durante os períodos quentes - cerca de 0,028%. Durante as eras glaciais, quando a Terra estava aproximadamente 7 a 13 F (4-7 C) mais fria do que no século XX, o dióxido de carbono representava apenas cerca de 0,018% da atmosfera. (Nota: West fornece mais evidências da história da Terra para mostrar uma correlação entre alta concentração de dióxido de carbono e temperaturas mais altas.)

Embora o vapor de água seja mais importante para o efeito estufa natural, as mudanças no dióxido de carbono causaram as mudanças de temperatura do passado. Em contraste, os níveis de vapor de água na atmosfera respondem à temperatura. À medida que a Terra se torna mais quente, sua atmosfera pode reter mais vapor de água, o que amplifica o aquecimento inicial em um processo chamado “feedback do vapor de água”. (Nota: West descreve um ciclo de feedback ou círculo vicioso em que o aquecimento leva a mais aquecimento.) As variações no dióxido de carbono têm, portanto, sido a influência controladora nas mudanças climáticas anteriores.

Pequena mudança, grandes efeitos

Não deveria surpreender que uma pequena quantidade de dióxido de carbono na atmosfera possa ter um grande efeito. Tomamos pílulas que são uma pequena fração da nossa massa corporal e esperamos que elas nos afetem. (Nota: West apoia sua afirmação causal fazendo uma comparação com algo mais familiar, pílulas.)

Hoje, o nível de dióxido de carbono é maior do que em qualquer outro momento da história da humanidade. Os cientistas concordam amplamente que a temperatura média da superfície da Terra já aumentou em cerca de 2 F (1 C) desde a década de 1880, e que os aumentos causados pelo homem no dióxido de carbono e outros gases que retêm o calor são extremamente propensos a serem responsáveis. (Nota: West aponta para uma correlação entre CO2 e temperatura. Aqui, ele conta com especialistas para apoiar a ideia de causalidade.)

Sem ação para controlar as emissões, o dióxido de carbono pode atingir 0,1% da atmosfera em 2100, mais do que o triplo do nível anterior à Revolução Industrial. Essa seria uma mudança mais rápida do que as transições no passado da Terra que tiveram enormes consequências. Sem ação, essa pequena fatia da atmosfera causará grandes problemas. (Nota: West termina com uma breve previsão. Ele compara o aumento potencial do dióxido de carbono com as mudanças passadas para sugerir que as consequências das mudanças climáticas induzidas pelo homem serão mais dramáticas do que no passado.)

 

Atribuição

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons CC BY-ND 4.0. As anotações são de Anna Mills e licenciadas CC BY-NC 4.0.