terra – FSM 2009 Amazônia

Como foi o processo de formação do planeta Terra

A Terra é o terceiro planeta do Sol, e o único lugar que conhecemos até agora que é habitado por seres vivos. Enquanto a Terra é apenas o quinto maior planeta do sistema solar, é o único mundo do nosso sistema solar com água líquida na superfície. Apenas ligeiramente maior que a vizinha Vénus, a Terra é o maior dos quatro planetas mais próximos do Sol, todos eles feitos de rocha e metal.

O nome Terra tem pelo menos 1.000 anos de idade. Todos os planetas, exceto a Terra, receberam o nome de deuses e deusas gregas e romanas. No entanto, o nome Terra é uma palavra germânica, que significa simplesmente “o solo”.

Com um raio de 3.959 milhas (6.371 quilômetros), a Terra é o maior dos planetas terrestres, e o quinto maior planeta em geral. De uma distância média de 93 milhões de milhas (150 milhões de quilômetros), a Terra é exatamente uma unidade astronômica distante do Sol, pois uma unidade astronômica (abreviada como AU), é a distância do Sol à Terra. Esta unidade fornece uma maneira fácil de comparar rapidamente as distâncias dos planetas em relação ao Sol.

A luz do Sol demora cerca de oito minutos para chegar ao nosso planeta. À medida que a Terra orbita o Sol, ela completa uma rotação a cada 23,9 horas. Leva 365,25 dias para completar uma volta ao redor do Sol. Esse quarto de dia extra apresenta um desafio ao nosso sistema de calendário, que conta um ano como 365 dias. Para manter nossos calendários anuais consistentes com nossa órbita ao redor do Sol, a cada quatro anos nós adicionamos um dia. Esse dia é chamado de dia bissexto, e o ano em que é adicionado é chamado de ano bissexto.

O eixo de rotação da Terra é inclinado 23,4 graus em relação ao plano da órbita da Terra ao redor do Sol. Esta inclinação provoca o nosso ciclo anual de estações. Durante parte do ano, o hemisfério norte é inclinado em direção ao Sol e o hemisfério sul é inclinado para longe. Com o Sol mais alto no céu, o aquecimento solar é maior no norte produzindo verão lá. Menos aquecimento solar direto produz Inverno no Sul. Seis meses depois, a situação é invertida. Quando a primavera e o outono começam, ambos os hemisférios recebem quantidades aproximadamente iguais de calor do Sol.

Estrutura do planeta Terra

A Terra é composta por quatro camadas principais, começando com um núcleo interior no centro do planeta, envolvido pelo núcleo exterior, manto e crosta. O núcleo interno é uma esfera sólida feita de ferro e níquel metálico, com cerca de 1.221 km de raio. Ali a temperatura é de até 9.800 graus Fahrenheit (5.400 graus Celsius). Ao redor do núcleo interno está o núcleo externo. Esta camada tem cerca de 2.300 km (1.400 milhas) de espessura, feita de fluidos de ferro e níquel.

Entre o núcleo externo e a crosta está o manto, a camada mais grossa. Esta mistura quente e viscosa de rocha fundida tem cerca de 2.900 quilômetros de espessura e tem a consistência de caramelo. A camada mais externa, a crosta terrestre, tem cerca de 30 quilômetros de profundidade, em média, em terra. No fundo do oceano, a crosta é mais fina e estende-se por cerca de 5 km desde o fundo do mar até ao topo do manto. Embora os planetas rodeiem as estrelas na galáxia, a forma como elas se formam continua a ser um tema amplamente debatido. Apesar da riqueza de mundos em nosso próprio sistema solar, os cientistas ainda não têm certeza de como os planetas são construídos. Atualmente, são duas teorias.

A primeira e mais amplamente aceita teoria, a do núcleo, funciona bem com a formação dos planetas como a Terra, mas tem problemas com os planetas gigantes. A segunda, o método da instabilidade do disco, pode ser responsável pela criação destes planetas gigantes. Os cientistas continuam a estudar os planetas dentro e fora do sistema solar, num esforço para compreender melhor qual destes métodos é o mais preciso.

O modelo de acreção do núcleo

Há aproximadamente 4,6 bilhões de anos, o sistema solar era uma nuvem de poeira e gás, conhecida como nebulosa solar. A gravidade colapsou o material em si mesmo quando começou a girar, formando o sol no centro da nebulosa.

Com o nascer do sol, o material restante começou a aglomerar-se. Pequenas partículas se juntaram, ligadas pela força da gravidade, em partículas maiores. O vento solar varreu elementos mais leves, como o hidrogênio e o hélio, das regiões mais próximas, deixando apenas materiais pesados e rochosos para criar mundos terrestres menores, como a Terra. Mas, mais longe, os ventos solares tiveram menos impacto sobre os elementos mais leves, permitindo a sua coalescência em gigantes de gás. Assim, asteroides, cometas, planetas e luas foram criados.

O núcleo rochoso da Terra formou-se primeiro, com elementos pesados colidindo e ligando-se entre si. Material denso afundou-se ao centro, enquanto o material mais leve criou a crosta. O campo magnético do planeta provavelmente se formou por volta desta época. A gravidade capturou alguns dos gases que compunham a atmosfera inicial do planeta.

No início da sua evolução, a Terra sofreu um impacto de um grande corpo que catapultou pedaços do manto do jovem planeta para o espaço. A gravidade fez com que muitos desses pedaços se juntassem e formassem a Lua, que tomou órbita em torno de seu criador.

O fluxo do manto sob a crosta provoca a tectônica das placas, o movimento das grandes placas de rocha sobre a superfície da Terra. Colisões e atritos deram origem a montanhas e vulcões, que começaram a expelir gases para a atmosfera.

Embora a população de cometas e asteroides que passam pelo sistema solar interno seja hoje escassa, eles eram mais abundantes quando os planetas e o sol eram jovens. Colisões destes corpos gelados provavelmente depositaram grande parte da água da Terra na sua superfície. Como o planeta está na zona dos Goldilocks, a região onde a água líquida não congela nem evapora, mas pode permanecer como um líquido, a água permaneceu na superfície, o que muitos cientistas pensam que tem um papel fundamental no desenvolvimento da vida.

As observações exoplanetas parecem confirmar o acreção do núcleo como o processo de formação dominante. Estrelas com mais “metais” – um termo que os astrônomos usam para outros elementos além de hidrogênio e hélio – em seus núcleos têm mais planetas gigantes do que seus primos pobres em metais. Segundo a NASA, o acreção do núcleo sugere que mundos pequenos e rochosos deveriam ser mais comuns do que os gigantes de gás mais maciços.

A descoberta em 2005 de um planeta gigante com um núcleo maciço em órbita da estrela do sol HD 149026 é um exemplo de um exoplaneta que ajudou a reforçar o argumento para o acreção do núcleo.

“Esta é uma confirmação da teoria do acreção do núcleo para a formação de planetas e evidências de que planetas deste tipo deveriam existir em abundância”, disse Greg Henry em um comunicado de imprensa. Henry, um astrônomo da Tennessee State University, Nashville, detectou o escurecimento da estrela.

“No cenário de acreção do núcleo, o núcleo de um planeta deve atingir uma massa crítica antes de ser capaz de acrescer gás de forma descontrolada”, disse a equipe do CHEOPS. “Essa massa crítica depende de muitas variáveis físicas, entre as quais a mais importante é a taxa de acreção de planetasimais”. Ao estudar como os planetas em crescimento acumulam material, o CHEOPS fornecerá uma visão de como os mundos crescem”.

O modelo de instabilidade do disco

Embora o modelo de acreção do núcleo funcione bem para os planetas terrestres, os gigantes do gás teriam de evoluir rapidamente para agarrar a massa significativa de gases mais leves que eles contêm. Mas as simulações não foram capazes de explicar esta rápida formação. Segundo os modelos, o processo leva vários milhões de anos, mais tempo do que os gases leves estavam disponíveis no sistema solar inicial. Ao mesmo tempo, o modelo de acreção do núcleo enfrenta um problema de migração, pois é provável que os planetas bebês entrem em espiral para o sol em um curto espaço de tempo.

De acordo com uma teoria relativamente nova, a instabilidade do disco, tufos de poeira e gás são ligados entre si no início da vida do sistema solar. Ao longo do tempo, estes tufos compactam-se lentamente num planeta gigante. Estes planetas podem formar mais rapidamente do que os seus rivais de acreção do núcleo, por vezes em apenas mil anos, o que lhes permite aprisionar os gases mais leves, de rápido crescimento. Eles também atingem rapidamente uma massa estabilizadora da órbita que os impede de marcharem para o sol.

De acordo com o astrônomo exoplanetário Paul Wilson, se a instabilidade do disco domina a formação dos planetas, ele deve produzir um grande número de mundos em grandes ordens. Os quatro planetas gigantes orbitando a distâncias significativas em torno da estrela HD 9799 fornece evidências observacionais para a instabilidade do disco. O Fomalhaut b, um exoplaneta com uma órbita de 2.000 anos em torno da sua estrela, também pode ser um exemplo de um mundo formado através da instabilidade do disco, embora o planeta também possa ter sido ejectado devido às interações com os seus vizinhos.

Acreção de seixos

O maior desafio para o acreção do núcleo é o tempo – construir gigantes de gás em massa com rapidez suficiente para agarrar os componentes mais leves da sua atmosfera. Pesquisas recentes sobre como objetos menores, do tamanho de seixos, se fundiram para construir planetas gigantes até 1000 vezes mais rápido do que estudos anteriores.

“Este é o primeiro modelo que sabemos que você começa com uma estrutura bastante simples para a nebulosa solar da qual os planetas se formam, e termina com o sistema de planetas gigantes que vemos”, disse o autor do estudo Harold Levison, astrônomo do Instituto de Pesquisa do Sudoeste (SwRI) no Colorado.

Em 2012, os pesquisadores Michiel Lambrechts e Anders Johansen, da Universidade de Lund, na Suécia, propuseram que pequenos seixos, uma vez escritos, segurassem a chave para a rápida construção de planetas gigantes. “Eles mostraram que as sobras de seixos deste processo de formação, que anteriormente se pensava não serem importantes, poderiam na verdade ser uma enorme solução para o problema de formação do planeta”, afirmou Levison.

Levison e sua equipe construíram sobre essa pesquisa para modelar com mais precisão como os pequenos seixos poderiam formar planetas vistos hoje na galáxia. Enquanto simulações anteriores, tanto objetos grandes quanto médios consumiam seus primos do tamanho de seixos a um ritmo relativamente constante, as simulações de Levison sugerem que os objetos maiores agiam mais como valentões, arrancando seixos das massas de tamanho médio para crescerem a um ritmo muito mais rápido.

Enquanto os cientistas continuam a estudar os planetas dentro do sistema solar, assim como em torno de outras estrelas, eles entenderão melhor como a Terra e seus irmãos se formaram.

O que é aquecimento global?

O planeta está aquecendo. Tanto a terra como os oceanos estão mais quentes agora do que os registos que começaram em 1880, e as temperaturas ainda continuam a subir. Este aumento de temperatura, em poucas palavras, é o aquecimento global.

A temperatura média da superfície subiu um total de 1,71 graus Fahrenheit (0,95 graus Celsius) entre 1880 e 2016. O ritmo de mudança tem sido de 0,13 graus F (0,07 graus C) por década, com o aquecimento da superfície terrestre mais rápido que a superfície oceânica – 0,18 graus F (0,10 graus C) versus 0,11 graus F (0,06 graus C) por década, respectivamente.

O Acordo de Paris, ratificado por 159 nações a partir do verão de 2017, visa deter esse aquecimento a 2,7 graus F (1,5 graus C) acima da temperatura média da Terra durante a época pré-industrial – um objetivo que a maioria dos cientistas e formuladores de políticas concordam que será um desafio a ser cumprido. (Os Estados Unidos participaram na elaboração desse tratado não vinculativo sob a presidência de Barack Obama, mas o presidente Donald Trump disse que sua administração não participará). Eis como a humanidade conseguiu aquecer o planeta.

O principal motor do aquecimento de hoje é a combustão de combustíveis fósseis. Estes hidrocarbonetos aquecem o planeta através do efeito estufa, que é causado pela interação entre a atmosfera da Terra e a radiação solar que chega. A física básica do efeito estufa foi descoberta há mais de cem anos por um cara inteligente usando apenas lápis e papel, segundo Josef Werne, professor de geologia e ciência ambiental da Universidade de Pittsburgh, ao Live Science.

Esse “cara esperto” foi Svante Arrhenius, um cientista sueco e eventual ganhador do Prêmio Nobel. Simplificando, a radiação solar atinge a superfície da Terra e, em seguida, salta de volta para a atmosfera como calor. Os gases na atmosfera prendem esse calor, impedindo que ele escape para o vazio do espaço (boas notícias para a vida no planeta). Em um trabalho apresentado em 1895, Arrhenius descobriu que gases de efeito estufa como o dióxido de carbono poderiam aprisionar o calor perto da superfície da Terra – e que pequenas mudanças na quantidade desses gases poderiam fazer uma grande diferença na quantidade de calor aprisionado.

Desde o início da revolução industrial, os seres humanos têm vindo a alterar rapidamente o equilíbrio dos gases na atmosfera. A queima de combustíveis fósseis como carvão e petróleo liberta vapor de água, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), ozono e óxido nitroso (N2O) – os principais gases com efeito de estufa. O dióxido de carbono é o gás com efeito de estufa mais comum. Entre cerca de 800.000 anos atrás e o início da Revolução Industrial, sua presença na atmosfera era de cerca de 280 partes por milhão (ppm). Hoje, é de cerca de 400 ppm. (Este número significa que há 400 moléculas de dióxido de carbono no ar por cada milhão de moléculas de ar).

Os níveis de CO2 não têm sido tão altos desde a época do Plioceno, que ocorreu entre 3 milhões e 5 milhões de anos atrás, de acordo com a Scripps Institution of Oceanography.

O CO2 entra na atmosfera por uma variedade de rotas. A queima de combustíveis fósseis libera CO2 e é de longe a principal forma de aquecimento do planeta pelas emissões americanas. De acordo com o relatório 2015 da EPA, a queima de combustíveis fósseis nos EUA, incluindo a geração de eletricidade, libera anualmente pouco mais de 5,5 bilhões de toneladas (5 bilhões de toneladas métricas) de CO2 para a atmosfera. Outros processos – como o uso não energético de combustíveis, a produção de ferro e aço, a produção de cimento e a incineração de resíduos – impulsionam a emissão total anual de CO2 nos EUA para quase 6 bilhões de toneladas (5,5 bilhões de toneladas métricas).

O desmatamento também é um grande contribuinte para o excesso de CO2 na atmosfera. Na verdade, o desmatamento é a segunda maior fonte antropogênica (de origem humana) de dióxido de carbono, segundo pesquisa publicada pela Universidade Duke. Quando as árvores são mortas, elas liberam o carbono que armazenaram durante a fotossíntese. De acordo com o Global Forest Resources Assessment 2010, o desmatamento libera quase um bilhão de toneladas de carbono para a atmosfera por ano.

O metano é o segundo gás de efeito estufa mais comum, mas é muito mais eficiente na captura de calor. Em 2012, o gás foi responsável por cerca de 9% de todas as emissões de gases de efeito estufa nos EUA, de acordo com a EPA. A EPA informa que o metano tem um impacto 20 vezes maior do que o dióxido de carbono nas mudanças climáticas durante um período de 100 anos.

O metano pode vir de muitas fontes naturais, mas os seres humanos causam uma grande parte das emissões de metano através da mineração, do uso do gás natural, da criação em massa de gado e do uso de aterros sanitários, de acordo com o Inventário de Emissões de Gases de Efeito Estufa dos EUA e o relatório Sinks de 1990 a 2012. Na verdade, segundo a EPA, os seres humanos são responsáveis por mais de 60 por cento das emissões de metano.

Quais são os efeitos do aquecimento global?

Aquecimento global não significa apenas aquecimento – e é por isso que “mudança climática” se tornou o termo tendência entre pesquisadores e formuladores de políticas. Enquanto o globo está se tornando mais quente em média, este aumento de temperatura pode ter efeitos paradoxais, como tempestades de neve mais graves. Há várias grandes formas de as mudanças climáticas poderem e afetarem o globo: derretendo o gelo, secando áreas já áridas, causando extremos climáticos e perturbando o delicado equilíbrio dos oceanos.

Talvez o efeito mais visível das mudanças climáticas até agora seja o derretimento das geleiras e do gelo marinho. Os lençóis de gelo têm recuado desde o fim da última Era Glacial há cerca de 11.700 anos, mas o aquecimento do último século acelerou o seu desaparecimento. Um estudo de 2016 concluiu que há 99% de chance de que o aquecimento global tenha causado o recente recuo das geleiras; na verdade, a pesquisa mostrou que esses rios de gelo recuaram 10 a 15 vezes a distância que teriam se o clima tivesse se mantido estável. O Parque Nacional Glaciar em Montana tinha 150 glaciares no final do século XIX. Hoje tem 26. A perda de geleiras pode causar a perda de vidas humanas quando represas geladas que retêm lagos glaciares se desestabilizam e rebentam, ou quando avalanches causadas por vilas instáveis de gelo enterram aldeias.

No Pólo Norte, o aquecimento avança duas vezes mais rapidamente do que nas latitudes médias, e o gelo marinho mostra a tensão. A queda e o gelo de inverno no Ártico atingiram recordes de baixas tanto em 2015 como em 2016, o que significa que a extensão de gelo não cobriu tanto do mar aberto como anteriormente observado. Segundo a NASA, as 13 menores extensões máximas de gelo marinho no Ártico aconteceram nos últimos 13 anos. O gelo também se forma mais tarde na estação e derrete mais facilmente na primavera. Alguns cientistas pensam que o Oceano Árctico verá verões sem gelo dentro de 20 ou 30 anos.

Na Antártida, o quadro tem sido um pouco menos claro. A Península Antártica Ocidental está aquecendo mais rápido do que qualquer outro lugar além de algumas partes do Ártico, de acordo com a Antártica e a Coligação do Oceano Sul. A península é onde a plataforma de gelo de Larsen C acabou de se rasgar em julho de 2017, desovando um iceberg do tamanho de Delaware. O gelo marinho ao largo da Antártida é muito variável, no entanto, e algumas áreas atingiram níveis recorde nos últimos anos – embora esses níveis recordes possam ter as impressões digitais das alterações climáticas, uma vez que podem resultar da deslocação do gelo terrestre para o mar à medida que as geleiras derretem, ou de alterações relacionadas com o aquecimento do vento. Em 2017, no entanto, este padrão de gelo recorde se inverteu abruptamente, com um recorde baixo. Em 3 de março de 2017, o gelo marinho antártico foi medido em uma extensão de 71.000 milhas quadradas (184.000 quilômetros quadrados) a menos do que o mínimo anterior de 1997.

Planeta mais quente e mais seco

O aquecimento global vai mudar as coisas entre os pólos, também. Espera-se que muitas áreas já secas se tornem ainda mais secas à medida que o mundo aquece. O sudoeste e as planícies centrais dos Estados Unidos, por exemplo, devem passar por décadas de “megadutos” mais duros do que qualquer outra coisa na memória humana.

“O futuro da seca no oeste da América do Norte provavelmente será pior do que qualquer pessoa já experimentou na história dos Estados Unidos”, disse Benjamin Cook, cientista climático do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA, em Nova York, que publicou pesquisas projetando essas secas em 2015, ao Live Science. “Estas são secas que estão tão além da nossa experiência contemporânea que são quase impossíveis de se pensar”.

O estudo previu uma probabilidade de 85 por cento de secas que durariam pelo menos 35 anos na região até 2100. O principal impulsionador, segundo os pesquisadores, é a evaporação crescente da água dos solos mais quentes e quentes. Grande parte da precipitação que cai nestas regiões áridas será perdida.

Enquanto isso, a pesquisa de 2014 descobriu que muitas áreas provavelmente verão menos chuvas à medida que o clima aquecer. As regiões subtropicais, incluindo o Mediterrâneo, a Amazônia, a América Central e a Indonésia serão provavelmente as mais atingidas, que o estudo encontrou, enquanto a África do Sul, o México, a Austrália Ocidental e a Califórnia também vão secar.

Outro impacto do aquecimento global: o clima extremo. Espera-se que os furacões e tufões se tornem mais intensos à medida que o planeta aquece. Os oceanos mais quentes evaporam mais umidade, que é o motor que alimenta estas tempestades. O Painel Internacional sobre Mudanças Climáticas (IPCC) prevê que mesmo que o planeta diversifique suas fontes de energia e transições para uma economia menos intensa em combustíveis fósseis (conhecido como cenário A1B), os ciclones tropicais provavelmente serão até 11% mais intensos, em média. Isso significa mais danos causados pelo vento e pela água em costas vulneráveis. (O IPCC é uma organização internacional criada pelas Nações Unidas para informar sobre o estado da ciência das mudanças climáticas e fornecer as melhores projeções de impactos climáticos e estratégias de adaptação às projeções).

Paradoxalmente, as mudanças climáticas também podem causar tempestades de neve mais extremas. De acordo com os Centros Nacionais de Informação Ambiental, as tempestades de neve extremas no leste dos Estados Unidos se tornaram duas vezes mais comuns desde o início dos anos 1900. Novamente, o aquecimento da temperatura dos oceanos leva a um aumento da evaporação da umidade para a atmosfera. Essa umidade alimenta tempestades que atingem os Estados Unidos continental.

Alguns dos impactos mais imediatos do aquecimento global estão sob as ondas. Os oceanos atuam como um sumidouro de carbono – absorvem o dióxido de carbono dissolvido. Isso não é mau para a atmosfera, mas não é bom para o ecossistema marinho. Quando o dióxido de carbono reage com a água do mar, leva a um declínio no pH, um processo conhecido como acidificação oceânica. O aumento da acidez devora as conchas de carbonato de cálcio e os esqueletos dos quais muitos organismos oceânicos dependem para sobreviver. Estes incluem mariscos, pterópodes e corais, de acordo com a NOAA.

Os corais, em particular, são o canário em uma mina de carvão para as mudanças climáticas nos oceanos. Os cientistas marinhos observaram níveis alarmantes de branqueamento dos corais, eventos em que os corais expulsam as algas simbióticas que lhes fornecem nutrientes e lhes dão as suas cores vivas. O branqueamento ocorre quando os corais estão estressados, e os fatores de estresse podem incluir altas temperaturas. Em 2016 e 2017, a Grande Barreira de Corais da Austrália experimentou eventos de branqueamento costas com costas. Os corais podem sobreviver ao branqueamento, mas eventos de branqueamento repetidos tornam a sobrevivência cada vez menos provável.

Apesar do esmagador consenso científico sobre as causas e a realidade do aquecimento global, a questão é controversa do ponto de vista político. Por exemplo, negadores das mudanças climáticas argumentaram que o aquecimento diminuiu entre 1998 e 2012, um fenômeno conhecido como o “hiato da mudança climática”.

Infelizmente para o planeta, o hiato nunca existiu. Dois estudos, um publicado na revista Science em 2015 e outro publicado em 2017 na revista Science Advances, reanalisaram os dados da temperatura dos oceanos que mostraram o abrandamento do aquecimento e descobriram que, de facto, era uma mera era de medição. Entre os anos 50 e 90, a maioria das medições da temperatura dos oceanos foi feita a bordo de barcos de pesquisa. A água era bombeada para tubulações através da casa de máquinas, que acabavam por aquecer ligeiramente a água.

Após os anos 90, os cientistas começaram a usar sistemas baseados em bóias oceânicas, que eram mais precisos, para medir a temperatura do oceano. O problema surgiu porque ninguém corrigiu a mudança nas medições entre os barcos e as bóias. Fazer essas correções mostrou que os oceanos aqueceram 0,22 graus Fahrenheit (0,12 graus Celsius) em média por década desde 2000, quase duas vezes mais rápido que as estimativas anteriores de 0,12 graus F (0,07 graus C) por década.

Um número crescente de líderes empresariais, funcionários governamentais e cidadãos privados estão preocupados com o aquecimento global e suas implicações, e estão propondo medidas para reverter a tendência.

“Enquanto alguns argumentam que ‘a Terra vai se curar’, os processos naturais para remover esse CO2 causado pelo homem da atmosfera funcionam na escala de tempo de centenas de milhares a milhões de anos”, afirmou Werne, da Universidade de Pittsburgh. “Portanto, sim, a Terra se curará, mas não a tempo de nossas instituições culturais serem preservadas como estão”. Portanto, no nosso próprio interesse, devemos agir de uma forma ou de outra para lidar com as mudanças climáticas que estamos causando”.

O esforço mais ambicioso para evitar o aquecimento é o Acordo de Paris. Este tratado internacional não vinculativo entrou em vigor em Novembro de 2016. O objetivo é manter o aquecimento “bem abaixo de 2 graus Celsius acima dos níveis pré-industriais e prosseguir esforços para limitar ainda mais o aumento da temperatura a 1,5 graus Celsius”, de acordo com as Nações Unidas. Cada signatário do tratado concordou em estabelecer seus próprios limites voluntários de emissões e torná-los mais rígidos ao longo do tempo. Para os Estados Unidos sob a presidência de Obama, isso significava limitar as emissões de gases de efeito estufa a menos de 28% dos níveis de 2005 até 2025. Os cientistas climáticos disseram que os limites de emissões sugeridos até agora não manteriam o aquecimento tão baixo quanto 1,5 ou mesmo 2 graus C, mas que seria uma melhoria em relação ao cenário “business-as-usual”.

Camada de ozônio: O que é e o que ela faz

A camada de ozônio é uma região da estratosfera terrestre que absorve a maior parte da radiação ultravioleta do Sol. Contém alta concentração de ozônio (O3) em relação a outras partes da atmosfera, embora ainda pequena em relação a outros gases na estratosfera. A camada de ozônio contém menos de 10 partes por milhão de ozônio, enquanto a concentração média de ozônio na atmosfera terrestre como um todo é de cerca de 0,3 partes por milhão. A camada de ozônio é encontrada principalmente na porção inferior da estratosfera, de aproximadamente 15 a 35 quilômetros acima da Terra, embora sua espessura varie sazonal e geograficamente.

A camada de ozônio foi descoberta em 1913 pelos físicos franceses Charles Fabry e Henri Buisson. As medições do sol mostraram que a radiação enviada da sua superfície e que atinge o solo na Terra é geralmente consistente com o espectro de um corpo negro com uma temperatura na faixa de 5.500-6.000 K (5.227 a 5.727 °C), exceto que não havia radiação abaixo de um comprimento de onda de cerca de 310 nm na extremidade ultravioleta do espectro. Deduziu-se que a radiação em falta estava a ser absorvida por algo na atmosfera.

Eventualmente, o espectro da radiação em falta foi comparado com apenas um produto químico conhecido, o ozônio. Suas propriedades foram exploradas em detalhes pelo meteorologista britânico G. M. B. Dobson, que desenvolveu um espectrofotômetro simples (o Dobsonmeter) que podia ser usado para medir o ozônio estratosférico a partir do solo. Entre 1928 e 1958, Dobson estabeleceu uma rede mundial de estações de monitorização do ozônio, que continuam a funcionar até hoje. A “unidade Dobson”, uma medida conveniente da quantidade de ozônio sobre o solo, é nomeada em sua homenagem.

A camada de ozônio absorve de 97 a 99 por cento da luz ultravioleta de freqüência média do Sol (de cerca de 200 nm a 315 nm de comprimento de onda), que de outra forma poderia danificar as formas de vida expostas perto da superfície.

Em 1976, pesquisas atmosféricas revelaram que a camada de ozônio estava sendo esgotada por produtos químicos liberados pela indústria, principalmente clorofluorcarbonos (CFCs). As preocupações de que o aumento da radiação UV devido ao empobrecimento da camada de ozônio ameaçava a vida na Terra, incluindo o aumento do cancro da pele nos seres humanos e outros problemas ecológicos, levaram à proibição dos produtos químicos, e as últimas provas são de que o empobrecimento da camada de ozônio abrandou ou parou. A Assembleia Geral das Nações Unidas designou o dia 16 de setembro como o Dia Internacional para a Preservação da Camada de Ozônio.

Vênus também tem uma fina camada de ozônio a uma altitude de 100 quilômetros da superfície do planeta.

Os mecanismos fotoquímicos que dão origem à camada de ozônio foram descobertos pelo físico britânico Sydney Chapman em 1930. O ozônio na estratosfera terrestre é criado pela luz ultravioleta que atinge moléculas comuns de oxigênio contendo dois átomos de oxigênio (O2), dividindo-as em átomos individuais de oxigênio (oxigênio atômico); o oxigênio atômico então se combina com O2 ininterrupto para criar ozônio, O3. A molécula de ozônio é instável (embora, na estratosfera, de vida longa) e quando a luz ultravioleta atinge o ozônio, ele se divide em uma molécula de O2 e um átomo individual de oxigênio, um processo contínuo chamado ciclo ozônio-oxigênio.

Cerca de 90% do ozônio na atmosfera está contido na estratosfera. As concentrações de ozônio são maiores entre cerca de 20 e 40 quilômetros (66.000 e 131.000 pés), onde variam de cerca de 2 a 8 partes por milhão. Se todo o ozônio fosse comprimido à pressão do ar ao nível do mar, teria apenas 3 milímetros de espessura (1⁄8 polegadas).

Embora a concentração de ozônio na camada de ozônio seja muito pequena, é de importância vital para a vida porque absorve a radiação ultravioleta (UV) biologicamente nociva proveniente do sol. A radiação UV extremamente curta ou de vácuo (10-100 nm) é filtrada por nitrogênio. A radiação UV capaz de penetrar o nitrogênio é dividida em três categorias, com base no seu comprimento de onda; estas são referidas como UV-A (400-315 nm), UV-B (315-280 nm), e UV-C (280-100 nm).

O UV-C, que é muito prejudicial para todos os seres vivos, é totalmente rastreado por uma combinação de oxigênio (< 200 nm) e ozônio (> cerca de 200 nm) por cerca de 35 quilômetros (115.000 pés) de altitude. A radiação UV-B pode ser prejudicial para a pele e é a principal causa de queimaduras solares; a exposição excessiva também pode causar cataratas, supressão do sistema imunológico e danos genéticos, resultando em problemas como o cancro de pele. A camada de ozônio (que absorve de cerca de 200 nm a 310 nm com uma absorção máxima de cerca de 250 nm) é muito eficaz no rastreio da radiação UV-B; para radiação com um comprimento de onda de 290 nm, a intensidade no topo da atmosfera é 350 milhões de vezes mais forte do que na superfície da Terra. No entanto, alguns UV-B, particularmente nos seus maiores comprimentos de onda, atingem a superfície e são importantes para a produção de vitamina D pela pele.

O ozônio é transparente para a maioria dos UV-A, portanto a maior parte desta radiação UV de maior comprimento de onda atinge a superfície, e constitui a maior parte dos UV que chegam à Terra. Este tipo de radiação UV é significativamente menos prejudicial ao DNA, embora ainda possa causar danos físicos, envelhecimento prematuro da pele, danos genéticos indiretos e câncer de pele.

A espessura da camada de ozônio varia a nível mundial e é geralmente mais fina perto do equador e mais espessa perto dos pólos. A espessura refere-se à quantidade de ozônio existente numa coluna numa determinada área e varia de estação para estação. As razões para estas variações são devidas aos padrões de circulação atmosférica e à intensidade solar.

A maioria do ozônio é produzida sobre os trópicos e é transportada para os pólos por padrões de vento estratosféricos. No hemisfério norte estes padrões, conhecidos como circulação Brewer-Dobson, tornam a camada de ozônio mais espessa na Primavera e mais fina no Outono. Quando o ozônio é produzido pela radiação solar UV nos trópicos, ele é feito pela circulação levantando o ar pobre em ozônio para fora da troposfera e para a estratosfera, onde o sol fotodecompôe as moléculas de oxigênio e as transforma em ozônio. Então, o ar rico em ozônio é transportado para latitudes mais altas e cai em camadas mais baixas da atmosfera.

Pesquisas revelaram que os níveis de ozônio nos Estados Unidos são mais altos nos meses de primavera de abril e maio e mais baixos em outubro. Enquanto a quantidade total de ozônio aumenta passando dos trópicos para latitudes mais elevadas, as concentrações são maiores nas altas latitudes do norte do que nas altas latitudes do sul, devido ao fenômeno do buraco de ozônio. As maiores quantidades de ozônio são encontradas no Árctico durante os meses de Primavera de Março e Abril, mas a Antártida tem as suas menores quantidades de ozônio durante os meses de Verão de Setembro e Outubro.

A camada de ozônio pode ser esgotada por catalisadores de radicais livres, incluindo óxido nítrico (NO), óxido nitroso (N2O), hidroxila (OH), cloro atômico (Cl), e bromo atômico (Br). Embora existam fontes naturais para todas estas espécies, as concentrações de cloro e bromo aumentaram acentuadamente nas últimas décadas devido à libertação de grandes quantidades de compostos organo-halogenados artificiais, especialmente clorofluorocarbonos (CFCs) e bromofluorocarbonos. Estes compostos altamente estáveis são capazes de sobreviver à ascensão à estratosfera, onde os radicais Cl e Br são libertados pela acção da luz ultravioleta. Cada radical é então livre para iniciar e catalisar uma reação em cadeia capaz de quebrar mais de 100.000 moléculas de ozônio. Em 2009, o óxido nitroso era a maior substância destruidora da camada de ozônio (ODS) emitida através de atividades humanas.

Os níveis de ozônio atmosférico medidos por satélite mostram claras variações sazonais e parecem verificar o seu declínio ao longo do tempo. A decomposição do ozônio na estratosfera resulta numa absorção reduzida da radiação ultravioleta. Consequentemente, a radiação ultravioleta não absorvida e perigosa é capaz de alcançar a superfície da Terra com uma intensidade mais elevada. Os níveis de ozônio caíram em média cerca de 4% desde o final da década de 1970. Para aproximadamente 5% da superfície da Terra, em torno dos pólos norte e sul, foram observados declínios sazonais muito maiores, e são descritos como “buracos de ozônio”. A descoberta do esgotamento anual do ozônio acima da Antártida foi anunciada pela primeira vez por Joe Farman, Brian Gardiner e Jonathan Shanklin, em um artigo publicado na revista Nature em 16 de maio de 1985.

Para apoiar tentativas bem sucedidas de regulamentação, o caso do ozono foi comunicado a leigos “com metáforas fáceis de entender derivadas da cultura popular” e relacionadas com “riscos imediatos com relevância diária”. As metáforas específicas usadas na discussão (escudo de ozono, buraco de ozono) revelaram-se bastante úteis e, em comparação com as alterações climáticas globais, o caso do ozono foi muito mais visto como uma “questão quente” e um risco iminente. As pessoas leigas foram cautelosas quanto ao esgotamento da camada de ozono e aos riscos de cancro da pele.

Em 1978, os Estados Unidos, o Canadá e a Noruega decretaram a proibição de sprays aerossóis contendo CFC que danificam a camada de ozono. A Comunidade Européia rejeitou uma proposta análoga para fazer o mesmo. Nos Estados Unidos, os clorofluorcarbonos continuaram a ser utilizados em outras aplicações, como refrigeração e limpeza industrial, até após a descoberta do buraco de ozônio na Antártida, em 1985. Após a negociação de um tratado internacional (o Protocolo de Montreal), a produção de CFC foi limitada aos níveis de 1986, com compromissos de reduções a longo prazo.

Isto permitiu uma introdução faseada de dez anos para os países em desenvolvimento (identificados no artigo 5 do protocolo). Desde então, o tratado foi emendado para proibir a produção do CFC após 1995 nos países desenvolvidos e, posteriormente, nos países em desenvolvimento. Hoje, todos os 197 países do mundo já assinaram o tratado. A partir de 1º de janeiro de 1996, apenas os CFC reciclados e estocados estavam disponíveis para uso em países desenvolvidos como os EUA. Essa eliminação da produção foi possível devido aos esforços para garantir que houvesse produtos químicos e tecnologias substitutos para todos os usos de ODS.

Em 2 de agosto de 2003, os cientistas anunciaram que o esgotamento global da camada de ozônio pode estar diminuindo devido à regulamentação internacional das substâncias que empobrecem a camada de ozônio. Em um estudo organizado pela União Geofísica Americana, três satélites e três estações terrestres confirmaram que a taxa de empobrecimento da camada de ozônio da atmosfera superior diminuiu significativamente durante a década anterior. É de se esperar que algumas falhas continuem devido às ODSs utilizadas pelas nações que não as proibiram, e devido aos gases que já estão na estratosfera. Algumas ODS, incluindo os CFC, têm uma vida útil atmosférica muito longa, variando de 50 a mais de 100 anos. Estima-se que a camada de ozônio se recuperará aos níveis de 1980, em meados do século 21. Uma tendência gradual para a “cura” foi relatada em 2016.

Compostos contendo ligações C-H (como hidrofluorocarboneto, ou HCF) foram concebidos para substituir os CFC em certas aplicações. Estes compostos de substituição são mais reativos e têm menos probabilidades de sobreviver o tempo suficiente na atmosfera para atingir a estratosfera, onde poderiam afetar a camada de ozono. Embora sejam menos nocivos que os CFC, os HCFC podem ter um impacto negativo sobre a camada de ozônio, por isso também estão sendo eliminados gradualmente. Estes, por sua vez, estão sendo substituídos por hidrofluorcarboneto (HFC) e outros compostos que não destroem de forma alguma o ozônio estratosférico.

Os efeitos residuais da acumulação de CFC na atmosfera levam a um gradiente de concentração entre a atmosfera e o oceano. Este composto organo-halogenado é capaz de se dissolver nas águas superficiais do oceano e de agir como um traçador dependente do tempo. Este rastreador ajuda os cientistas a estudar a circulação oceânica, traçando vias biológicas, físicas e químicas.

Como o ozônio na atmosfera impede que a radiação ultravioleta mais energética atinja a superfície da Terra, dados astronômicos nestes comprimentos de onda têm que ser coletados de satélites orbitando acima da atmosfera e da camada de ozônio. A maior parte da luz das estrelas quentes jovens está no ultravioleta e por isso o estudo destes comprimentos de onda é importante para estudar as origens das galáxias. O Galaxy Evolution Explorer, GALEX, é um telescópio espacial ultravioleta em órbita lançado em 28 de Abril de 2003, que funcionou até ao início de 2012.