A Complicada Ciência do Albedo

“Nuvens são bem incômodas para os cientistas do clima…”

 Karen M. Shell, Professora Associada, College of Earth, Ocean, and Atmospheric Sciences, Oregon State University, escrevendo sobre o feedback das nuvens para RealClimate

O albedo é uma medida de reflexibilidade de uma superfície. O efeito albedo, quando aplicado à Terra, é uma medida de quanto da energia oriunda do Sol é refletida de volta para o espaço. Em geral, o albedo da Terra tem um efeito de resfriamento. (O termo “albedo” é derivado da expressão em latim para “brancura”).

O princípio básico é análogo às estratégias adotadas por pessoas que vivem em lugares quentes. Construções são feitas com exteriores brancos para mantê-las mais frescas, uma vez que a superfície branca reflete os raios solares. Superfícies pretas refletem muito menos. Pessoas usam mais cores claras do que escuras no verão pelo mesmo motivo.

A superfície da Terra é uma vasta paleta de cores, indo desde o branco ofuscante do gelo e da neve até as superfícies escuras de oceanos e florestas. Cada superfície tem um efeito específico sobre a temperatura da Terra. Neve e gelo refletem uma boa parte da energia do sol de volta para o espaço. Os oceanos, mais escuros, absorvem energia, aquecendo a água. Os oceanos ajudam a manter a Terra aquecida porque absorvem muito calor (cerca de 90%). Esse aquecimento aumenta a quantidade de vapor d'água, o qual age como uma gás estufa e ajuda a manter as temperaturas dentro da faixa que os humanos têm experimentado normalmente por milênios.

Uma Perspectiva Nebulosa

Não é apenas a superfície da Terra que possui propriedades refletivas. Nuvens também refletem a luz do Sol, contribuindo para o efeito de resfriamento do albedo. Ao mesmo tempo, elas também contribuem para o aquecimento, uma vez que consistem em vapor d'água condensado, o qual retem calor.

Se as nuvens já complicam as coisas, o mesmo vale para as estações. Todo ano, o albedo tem dois picos. O primeiro ocorre quando o gelo do Oceano Antártico atinge seu máximo, no inverno. O segundo, que é o maior deles, ocorre quando grande parte do hemisfério Norte fica coberto pela neve.

O albedo também muda devido à interação humana. Florestas têm albedo menor do que o solo exposto; o desmatamento aumenta o albedo. A queima de madeira e combustíveis fósseis libera fuligem na atmosfera. Certa quantidade dessa fuligem se deposita na superfície do gelo, o que reduz o albedo.

Albedo e Aquecimento Global

O impacto projetado mais significativo sobre o albedo é devido ao aquecimento global. Com exceção do gelo sobre o Oceano Antártico, com um aumento recente de 1% ao ano, quase todo o gelo do planeta está derretendo. À medida em que as superfícies brancas diminuem em área, menos energia é refletida para o espaço, e a Terra irá se aquecer ainda mais.

A perda de gelo no Ártico é particularmente preocupante. O gelo está desaparecendo rápido demais; não apenas o albedo está diminuindo, mas a perda desencadeia um feedback positivo. Com a superfície do oceano exposta à luz do Sol, a água se aquece mais. Isso derrete o gelo por baixo, enquanto o CO2 lançado pelo ser humano na atmosfera aquece a superfície. A umidade também aumenta; o vapor d'água é um potente gás estufa. Mais gelo irá então derreter, expondo mais água, o que derrete mais gelo por baixo...

Esse ciclo se auto alimenta, e o efeito se torna cada vez mais pronunciado. Este é um exemplo típico de feedback positivo. O aumento do vapor d'água também tem um outro efeito, que é aumentar a quantidade de nuvens. Como dito anteriormente, nuvens podem aumentar o albedo (um feedback negativo), mas também aumentar o aquecimento (um feedback positivo).

Medindo o Albedo

O albedo de uma superfície é medido em uma escala que vai de 0 a 1, onde 0 corresponde a uma superfície negra idealizada que não reflete, e 1 representa uma superfície branca com reflexão perfeita.

Tomar medidas de algo com tantas variáveis e influências é claramente um desafio. Dados de satélites estão restritos à órbita do satélite. Pode ser difícil distinguir nuvens de superfícies brancas.

Medidas indiretas também podem ser problemáticas. O Projeto Earthshine investigou um fenômeno no qual a luz refletida pela Terra ilumina o lado escuro da Lua. Medindo esse brilho, a quantidade de albedo - reflexibilidade - poderia ser estimado.

O projeto relatou um achado contra-intuitivo. O albedo da Terra estava aumentando, ainda que o planeta estivesse aquecendo. Parece contraditório, como Anthony Watts logo notou quando proferiu seu argumento cético em 2007. Se um maior albedo tem efeito de refrigeração, como o aquecimento global poderia estar ocorrendo?

Um Negócio Complicado

A ciência está sempre buscando se aprimorar. O primeiro artigo do Earthshine (Palle 2004) alegou ter descoberto um efeito de resfriamento muito relevante devido ao aumento do albedo global.

Os resultados eram problemáticos. Eles claramente contradiziam as observações do satélite NASA CERES, e a discrepância se tornou alvo de investigação. Em 2004, um novo telescópio foi instalado no Observatório Big Bear, onde o projeto estava sediado. Ficou evidente que a análise original não foi acurada. Uma vez corrigida, o Projeto Earthshine e as medidas de satélite ficaram mais consistentes.

Figura 1: Anomalia no albedo terrestre medida pelo Earthshine. Em preto estão as anomalias no albedo publicadas in 2004 (Palle 2004). Em azul estão as anomalias do albedo atualizadas após o melhoramento da análise de dados, incluindo uma quantidade maior de anos de tomada de dados (Palle 2008).

De fato, em um período de cinco anos, os cientistas encontraram um leve aumento do albedo. Desde 2003, os registros do Satélite CERES mostram uma redução bastante sutil.

Figura 2: Fluxo CERES Terra SW TOA e a fração de nuvens do MODIS para 30S–30N entre Março de 2000 e Fevereiro de 2010 (Loeb et.al. 2012 - PDF)

Global versus Local

As constatações sobre as tendências atuais para o albedo global são contraditórias, possivelmente porque as mudanças e os efeitos são pequenos. Pesquisas sobre o papel das nuvens , tanto com forçantes quanto como feedbacks, têm sido realizadas, assim como sobre o papel do albedo na formação das nuvens.

Pesquisas recentes indicam que o albedo global é aproximadamente constante, não apresentando nenhum efeito significativo sobre a temperatura global. Efeitos locais devem ser mais relevantes. A perda de albedo no Ártico pode aquecer a água o suficiente para liberar o metano contido em cristais de gelo chamados clatratos (o metano é um gás estufa muito mais potente que o CO2).

A perda de albedo no Ártico vai acelerar o aquecimento sobre o permafrost adjacente, liberando metano. O derretimento do permafrost deve reduzir seu albedo, um outro feedback positivo que vai acelerar o aquecimento. O aquecimento dos oceanos devido à redução do albedo do Ártico irá também acelerar o derretimento das bordas das capas de gelo da Groenlândia, acelerando o aumento do nível do mar.

Conclusões

O albedo é um assunto que precisa ser mais estudado. É uma característica importante do nosso clima, e complexa também. Ainda não é possível fazer afirmações definitivas sobre o que o futuro nos reserva. De fato, este é um bom exemplo da complicada natureza da ciência das mudanças climáticas.

Sabemos que o planeta está aquecendo, e que a atividade humana está causando isso. O que não podemos dizer ainda é como as mudanças climáticas estão afetando o albedo, o quanto podem afetar no futuro, bem como se tal contribuição será positiva ou negativa.

Refutação básica escrita por GPWayne