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All IPCC definitions taken from Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Annex I, Glossary, pp. 941-954. Cambridge University Press.

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Climate Hustle

Como sabemos que o aumento do CO2 está causando aquecimento?

O que a ciência diz...

Um aumento no efeito estufa causado pelo CO2 tem sido confirmado por múltiplas linhas de evidências empíricas. Medições de satélite no espectro infravermelho dos últimos 40 anos mostram menos energia escapando para o espaço nos comprimentos de onda associados com o CO2. Já as medições da superfície encontraram mais radiação infravermelha descendente aquecendo a superfície do planeta. Isso demonstra uma ligação causal empírica e direta entre o CO2 e o aquecimento global.

Argumento cético...

O aumento do CO2 tem pouco ou nenhum efeito

"Enquanto o principal gás de efeito estufa, o H2O, aquece substancialmente a Terra, os gases de efeito estufa secundários tais como o CO2 tem pouco efeito ... O aumento de 6 vezes no uso dos hidrocarbonetos, desde 1940, não tem tido um efeito considerável na temperatura atmosférica ..." (Environmental Effects of Increased Atmospheric Carbon Dioxide)

As características do gás de efeito estufa dióxido de carbono são conhecidas há mais de um século. Em 1861, John Tyndal publicou resultados de laboratório identificando o dióxido de carbono como um gás de efeito estufa que absorve raios de calor (radiação de ondas longas). Desde então, as características de absorção do dióxido de carbono têm sido quantificadas com mais precisão através de décadas de medições de laboratório (Herzberg 1953, Burch 1962, Burch 1970, etc).

O efeito estufa ocorre porque os gases de efeito estufa deixam a luz solar (radiação de ondas curtas) passar através da atmosfera. A terra absorve a luz solar, aquece e, então, irradia calor (radiação infravermelha ou de ondas longas). A radiação de ondas longas emitida pela terra é absorvida pelos gases de efeito estufa na atmosfera. Isso aquece a atmosfera que, por sua vez, irradia ondas longas em todas as direções. Parte dessa radiação volta para a superfície da terra. Assim, com mais dióxido de carbono na atmosfera, esperamos ver menos radiação de ondas longas escapando para o espaço nos comprimentos de onda que o dióxido de carbono absorve. Esperamos também ver mais radiação infravermelha retornando para a Terra nesses mesmos comprimentos de onda.

 

Medições de satélites da radiação de ondas longas ascendentes

Em 1970, a NASA lançou o satélite IRIS, o qual mediu o espectro infravermelho entre 400 cm-1 e 1600 cm-1. Em 1996, a Agência Espacial Japonesa lançou o satélite IMG que registrou observações similares. Os conjuntos de dados obtidos foram comparados para verificar quaisquer mudanças na radiação ao longo de um período de 26 anos (Harries 2001). A mudança resultante foi a seguinte:


Figura 1: Mudança no espectro, de 1970 a 1996, causada pelos gases de efeito estufa secundários. 'Alta luminosidade' indica temperatura equivalente a um corpo negro (Harries 2001).

O que eles encontraram foi uma queda da radiação que escapa para o espaço nas bandas de comprimento de ondas absorvidas por gases de efeito estufa tais como o dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Essa mudança é consistente com as expectativas teóricas. Portanto, o artigo encontrou uma "evidência experimental direta para um aumento significativo do efeito estufa da Terra".

Esse resultado tem sido confirmado por artigos subsequentes usando dados mais recentes de satélites. Os espectros de 1970 e 1997 foram comparados com dados adicionais do satélite AIRS da NASA, lançado em 2003 (Griggs 2004). Essa análise foi estendida até 2006 usando os dados do satélite AURA, lançado em 2004 (Chen 2007). Ambos os artigos encontraram diferenças nas bandas de CO2 compatíveis com as mudanças esperadas por uma elevação nos níveis de dióxido de carbono. Então, temos evidências empíricas de que o aumento do CO2 está causando um aumento do efeito estufa.

Medições de superfície da radiação de ondas longas descendentes

Uma compilação de medições de superfície da radiação de ondas longas descendentes de 1973 a 2008 encontrou uma tendência crescente no retorno da radiação de ondas longas para a terra, atribuída ao aumento da temperatura do ar, umidade e dióxido de carbono (Wang 2009). Estudos regionais tais como uma análise da radiação de ondas longas descendentes sobre a área central dos Alpes mostram que essa radiação está aumentando por causa do aumento do efeito estufa (Philipona 2004).

Levando o assunto mais adiante, uma análise de dados espectrais de alta resolução permitiu aos cientistas atribuir quantitativamente o aumento na radiação descendente a cada um dos vários gases de efeito estufa (Evans 2006). Os resultados levaram os autores à conclusão de que "esses dados experimentais deveriam, efetivamente, acabar com o argumento dos céticos de que não existem evidências experimentais que liguem o aumento dos gases de efeito estufa na atmosfera ao aquecimento global."


Figura 2: Espectro da radiação de efeito estufa medida na superfície. O efeito estufa do vapor d'água foi removido, para mostrar apenas as contribuições dos outros gases (Evans 2006).

Conservação de Energia

Huber and Knutti (2011) publicaram um artigo na Nature Geoscience, intitulado Anthropogenic and natural warming inferred from changes in Earth’s energy balance. Nesse estudo, eles usaram uma abordagem que utiliza o princípio da conservação de energia para calcular o balanço global de energia, usando as medições discutidas acima. Resumindo:

 "Nós usamos um conjunto de dados sólido do modelo climático Bern2.5D, de complexidade intermediária, guiado pelas estimativas ascendentes das forças radioativas históricas F, e limitado por um conjunto de observações do aquecimento da superfície T, desde 1850, e pela absorção de calor Q, desde os anos 1950. ... Entre 1850 e 2010, o sistema climático acumulou um total líquido de energia de 140 x 1022 J, com um intervalo de incerteza de 5-95%, de 95-197 x 1022 J, correspondendo a uma forçante radioativa líquida média de cerca de 0,54 (0,36 -0,76) Wm-2."

Essencialmente, Huber & Knutti pegaram a estimativa global de aquecimento desde 1850, calcularam quanto desse aumento se deve a várias forças radioativas estimadas, e separaram o aumento entre aumento do conteúdo de calor nos oceanos e emissão de radiação de ondas longas. Os autores notaram que mais de 85% do calor absorvido (Q) tinha ido para os oceanos, incluindo o aumento do conteúdo de calor nas profundezas destes, embora o modelo deles leve em conta somente os primeiros 700 metros de profundidade.

A Figura 3 é um gráfico similar ao apresentado por Meehl et al. (2004), comparando o aquecimento médio da superfície global  simulada por um modelo que usa apenas as forçantes naturais (azul), as forçantes antrópicas (vermelho), e uma combinação das duas (cinza).

knutti attribution

Figura 3: Série cronológica da contribuição das forçantes naturais e antrópicas para o total simulado versus mudanças de temperatura global observada. As áreas sombreadas mostram o intervalo de incerteza de 5-95%.

Na Figura 4, Huber & Knutti separaram as forçantes antrópicas e naturais em seus componentes individuais para quantificar o total de aquecimento causado por cada uma delas, desde 1850 (Figura 4b), 1950 (4c), e projetado para o período de 2000 a 2050, usando o relatório do IPCC, SRES A2, para um cenário de emissões conservador (4d).

knutti breakdown

Figura 4: Contribuições das forçantes individuais para o total de mudanças de temperatura decadal para três períodos. As barras de erro indicam o intervalo de incerteza de 5-95%. A área cinza mostra o intervalo estimado de 5-95% para a variabilidade interna com base nos modelos climáticos CMIP3. As observações aparecem como linhas tracejadas.

Como esperado, Huber & Knutti descobriram que os gases de efeito estufa contribuíram para um aquecimento substancial, desde 1850, e que os aerossóis tiveram um efeito de resfriamento significativo: 

"Os gases de efeito estufa contribuíram para um aumento de 1.31°C (0,85-1,76°C), representando 159% (106-212%) do aquecimento total. O efeito, direto e indireto, de resfriamento dos aerossóis foi de cerca de -0,85°C (-1,48 to -0,30°C). O aquecimento induzido pelo ozônio troposférico e pela variabilidade solar é similar (aproximadamente 0.2°C). As contribuições do vapor d'água e do ozônio estratosférico, das erupções vulcânicas, do carbono orgânico e do carvão, são pequenas."

Desde 1950, os autores descobriram que os gases de efeito estufa contribuíram com 166% (120-215%) do aquecimento observado na superfície (0,85°C dos 0,51°C estimados).  O percentual é maior do que 100% por que os aerossóis compensam, aproximadamente, 44% (0,45°C) do aquecimento.

"É extremamente provável (>95% de probabilidade) que o aquecimento induzido pelos gases de efeito estufa desde meados do século XX tenha sido maior do que o aumento observado nas temperaturas médias globais e, extremamente provável que as forçantes antrópicas tenham sido, de longe, a causa dominante do aquecimento. A contribuição das forçantes naturais, desde 1950, é quase zero."

Conclusão

Existem várias linhas de evidências empíricas de que o aumento do dióxido de carbono provoca um aumento do efeito de estufa. Testes de laboratório mostram que o dióxido de carbono absorve a radiação de ondas longas. Medições de satélites confirmam que menos radiação de ondas longas está escapando para o espaço nos comprimentos de onda absorvidos pelo dióxido de carbono. Medições de superfície encontraram mais radiação de ondas longas retornando para a Terra nesses mesmos comprimentos. O resultado deste desequilíbrio energético é um acúmulo de calor ao longo dos últimos 40 anos.

Réplica intermediária escrita por dana1981


Atualização em Julho de 2015:

A seguir uma video-aula relacionada ao assunto, do curso online Denial101x - Making Sense of Climate Science Denial (os vídeos estão em inglês).

Translation by claudiagroposo, . View original English version.



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