No último meio milhão de anos, nosso clima experimentou longas eras glaciais entrecortadas por breves períodos quentes chamados de interglaciais. O dióxido de carbono atmosférico acompanha muito bem este ciclo, aumentando em 80 a 100 partes por milhão quando as temperaturas na Antártica aumentam em 10 ºC. Porém, quando examinamos mais atentamente, o aumento do CO₂ na verdade ocorre cerca de 1.000 anos depois das mudanças de temperatura na Antártica. Ao mesmo tempo que este resultado jáera previsto háduas décadas (Lorius 1990), ele ainda surpreende e confunde muita gente. Seráque o aquecimento aumenta o CO₂ ou seria o contrário? Na verdade, a resposta é"ambos".

Figura 1: Registros dos núcleos de gelo de Vostok para concentrações de dióxido de carbono (Petit 2000) e mudanças de temperatura (Barnola 2003)

As interglaciais acontecem mais ou menos a cada 100.000 anos. Isso échamado de Ciclo de Milankovitch, o qual écausado por mudanças na órbita terrestre. Hátrês fatores principais nestes ciclos. A forma da órbita da Terra ao redor do sol (excentricidade) varia entre uma elipse e uma forma mais circular. O eixo da Terra éinclinado em relação ao sol em aproximadamente 23 ºC. Esta inclinação oscila entre 22,5 ºe 24,5 ºC (obliquidade). Conforme a Terra gira em torno de seu eixo, este também oscila entre um sentido apontando para a estrela do Norte, e outro apontando para a estrela Vega (precessão).

Figura 2: As três principais variações orbitais. Excentricidade: mudanças na forma da órbita da Terra. Obliqüidade: mudanças na inclinação do eixo de rotação da Terra. Precessão: variação do sentido desse eixo de rotação.

O efeito combinado desses ciclos orbitais causa mudanças de longo prazo na quantidade de luz solar atingindo a Terra nas várias estações, principalmente em altas latitudes. Por exemplo, hácerca de 19.000 anos, variações orbitais iniciaram um aquecimento nas latitudes mais altas, fazendo com que grandes quantidades de gelo derretessem, e fazendo com que muita água doce escorresse para os oceanos. Isso perturbou a circulação termoalina no Atlântico Sul, fazendo com que ocorresse uma “gangorra”, com o aquecimento se alternando entre os hemisférios (Shakun 2012). O hemisfério sul e seus oceanos se aqueceram primeiro, começando hácerca de 18.000 anos. Conforme o Oceano Antártico se aqueceu, a solubilidade do CO₂ na água diminuiu (Martin 2005). Isso faz com que o oceano libere mais CO₂, emitindo-o na atmosfera. O mecanismo exato de como o oceano profundo libera seu CO₂ não é ainda totalmente compreendido, mas acredita-se que esteja relacionado com a mistura da água nas diferentes profundidades (Toggweiler 1999).

A liberação de CO₂ dos oceanos tem muitos efeitos. O aumento do CO₂ atmosférico amplifica o aquecimento original. A forçante relativamente fraca do ciclo de Milankovitch é insuficiente para causar uma mudança dramática na temperatura que tirasse nosso planeta de uma Era Glacial (a chamada deglaciação). Entretanto, quando consideramos o efeito combinado da variação orbital com sua amplificação por meio do CO₂, temos um resultado consistente com as observações.

Aquele CO₂ emitido pelo Oceano Antártico também se mistura pela atmosfera, espalhando o aquecimento em direção ao norte (Cuffey 2001). Sedimentos marinhos tropicais registram aumento de temperatura nos trópicos cerca de 1000 anos depois do Oceano Antártico, mais ou menos ao mesmo tempo do aumento de CO₂ (Stott 2007). Os núcleos de gelo na Groenlândia mostram que o aquecimento no Hemisfério Norte também tem uma defasagem em relação ao aumento de CO₂ antártico (Caillon 2003).

O CO₂ do Oceano Antártico também se mistura pela atmosfera, espalhando o aquecimento em direção ao norte (Cuffey 2001). Sedimentos tropicais marinhos registram aquecimento nos trópicos cerca de 1000 anos depois do aumento de temperatura na Antártica, mais ou menos ao mesmo tempo do aumento de CO₂ (Stott 2007). As núcleos de gelo na Groenlânda mostram que o aquecimento no Hemisfério Norte acontece depois do aumento de CO₂ antártico (Caillon 2003).

Quando alguém afirma que este atraso refuta o efeito do CO₂ sobre o aquecimento, está apenas mostrando uma falta de compreensão dos processos que determinam os ciclos de Milankovitch. Uma leitura das pesquisas científicas sobre os períodos passados de deglaciação nos mostra muitas coisas:

• A deglaciação não é iniciada pelo CO₂, mas sim pelos ciclos orbitais;

• O CO₂ amplifica o aquecimento, que não pode ser explicado apenas pelos ciclos orbitais;

• O CO₂ espalha o aquecimento por todo o planeta.

Ao todo, mais de 90% do aquecimento ocorrido na deglaciação acontece depois do aumento do CO2 atmosférico (Figura 3)

Figura 3: Conjunto global de testemunhos paleoclimáticos (azul), mostrados no gráfico como desvios da temperatura média do início do Holoceno (11,5 a 6,5 mil anos atrás); uma série histórica de temperatura composta de núcleos de gelo Antárticos (vermelho), e a concentração atmosférica de CO2 (pontos amarelos). Estão indicados os períodos do Holoceno, o Dryas recente (YD), Bølling–Allerød (B–A), Dryas antigo (OD) e o Último Máximo Glacial (LGM). Margens de incerteza de 1-sigma; ppmv = partes por milhão em volume. Shakun et al. Figura 2a.