Mudanças Climáticas – Pt. 2 – Ciclos de Milankovitch

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Attilio Molteni – Todos os direitos reservados

Qual a relação desses animais da foto com o tema que eu vou falar? O que eles têm a ver com os Ciclos de Milankovitch? Talvez a saída seja pensar nas eras das glaciações e das grandes variações climáticas. Porém quando falamos de variabilidade climática é fundamental definimos claramente a escala de tempo a ser considerada, tanto no tempo quanto no espaço. Na verdade, o clima sofre flutuações ano após anos, mas também variações a cada década, século e milênio. É de fato, devido nossas memórias e vida na terra serem demasiadamente curta que não somos capazes de lembrar alguns eventos como a onda de frio de 1955 no Brasil. Porém, há 60 anos já fazíamos anotações das temperaturas. Para outras escalas, como as de milhões de anos, existe um árduo trabalho em datação de rochas e reconstrução paleoclimáticas para identificar as flutuações e mudanças de temperatura da história da terra. A figura abaixo dá uma perspectiva geral de como a temperatura da terra mudou ao longo dos milhões de anos.

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Porém, ao leitor atento, a escala abaixo é de milhões de anos para o primeiro gráfico e milhares de anos para o segundo. Para se ter uma ideia, o ser humano, Homo sapiens, só apareceu a aproximadamente entre 200-160 mil anos. Assim, estas flutuações anuais e mudanças de longo prazo têm sido os resultados de processos naturais no trabalho sobre o sistema complexo, que determina o clima da terra: Atmosfera, oceanos, criosfera, litosfera e biosfera. Só depois de alguns anos que a humanidade parece ter ser tornado um outro fator significativo no equilíbrio climático. Hoje vamos dar continuidade a série de textos sobre mudanças climáticas que iniciei a em Mudanças Climáticas – Pt. 1. Hoje falaremos dos ciclos de Milankovitch.

A natureza episódica dos períodos glaciais e interglaciais da Terra foi causada principalmente pelas mudanças orbitais na terra como a excentricidade, inclinação axial e precessão. Estes movimentos orbitais da terra atualmente são conhecidos como ciclos de Milankovitch, em homenagem ao geofísico e astrônomo servo Milutin Milankovitch. As variações nesses três ciclos cria alterações na sazonalidade da radiação solar que atinge a superfície da terra.

Enquanto a luminosidade solar, permanece praticamente constante ao longo de milhões de anos, há um ciclo solar, que geralmente dura cerca de 11 anos e máxima radiação emitido pelo sol coincide com a área máxima de manchas solares, porém a mudança total desta energia não excede 0,05% , porém, variações mais significativas acontecem na órbita da Terra. Ela oscila periodicamente fazendo com que a quantidade média de radiação recebida por cada hemisférico flutuar ao longo dos anos. E são essas oscilações que causaram o resfriamento e aquecimento de longos períodos na terra.

Conforme a Terra gira em torno de seu eixo e em torno do Sol, diversas variações quase periódica ocorrem devido às interações gravitacionais. Embora as curvas têm um grande número de componentes sinusoidais, alguns componentes são dominantes. Milankovitch estudou mudanças no orbital excentricidade, obliquidade, e precessão dos movimentos da Terra. Tais mudanças no movimento alteram a quantidade e localização de radiação solar que atinge a Terra (ou seja, alterando a forçante climática externa). Alterações perto da região do norte polar, cerca de 65 graus ao norte, são considerados importantes devido à grande quantidade de terra. As massas de terra responder à mudança de temperatura mais rapidamente do que os oceanos, que têm uma capacidade térmica mais elevada eficaz, por causa da mistura de águas superficiais e de profundidade e o fato de o calor específico de sólidos serem geralmente menores do que a da água.

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Excentricidade

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A excentricidade l é a forma da órbita da terra em torno do sol. A forma orbital varia entre mais e menos elíptica, o e 5% de elipticidade em um ciclo de 100000 anos. Estas oscilações são fundamentais para o entendimento dos períodos glaciação um vez que altera a distancia Sol-terra e consequentemente mudando a distancia que a radiação solar deve viajar e assim alterar a quantidade de radiação recebida da na superfície da terra em diferentes estações do ano.

Hoje, uma diferença de apenas cerca de 3% do  afélio (ponto mais distante) e periélio (ponto mais próximo). Esta diferença de 3%  na distância significa que a Terra experimenta um aumento 6% em energia solar recebida em janeiro do que em julho. Esta faixa de 6 % de variabilidade não é sempre o caso, no entanto, quando a órbita da terra é mais elíptica a quantidade de energia solar recebida no periélio seria na faixa de 20 a 30 % mais do que no afélio. Certamente esses valores continuamente alterando de energia solar recebida em todo o mundo resultar em mudanças importantes no clima da Terra e regimes glaciais. Atualmente, a excentricidade orbital é quase no mínimo do seu ciclo

Inclinação axial

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Inclinação axial é a inclinação do eixo da Terra em relação ao seu plano da órbita em torno do Sol. Oscilações no grau de inclinação do eixo da Terra ocorrem em uma periodicidade de 41000 anos de 22.1 a 24.5 graus. Hoje inclinação axial da Terra é de cerca de 23.5 graus, o que explica em grande parte as nossas estações. Por causa das variações periódicas deste ângulo a intensidade das estações climáticas mudam ao longo dos milhares de anos na Terra. Com menos inclinação axial a radiação solar  é mais uniformemente distribuída entre inverno e verão. No entanto, menos de inclinação também aumenta a diferença de recibos de radiação entre as regiões equatoriais e polares.

Uma das hipóteses para a reação da Terra em um menor grau de inclinação axial é que ele iria promover o crescimento de camadas de gelo. Esta resposta seria devido a um inverno mais quente, em que o ar mais quente seria capaz de reter mais umidade, e posteriormente, produzir uma maior quantidade de neve. Além disso, as temperaturas no verão seriam mais frias, resultando em menos de fusão de acumulação do inverno. Atualmente, a inclinação axial da terra encontra-se em 23.4 graus.

Precessão

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O terceiro e último dos ciclos de Milankovitch é a Precessão da Terra. A precessão é o “bambolear” lento da Terra à medida que gira no eixo. A precessão da Terra oscila  apontando para estrela do norte (polaris) e para estrela Vega. Quando a orientação do eixo muda para Vega, então esta passa a ser considerada a estrela do Norte. Esta oscilação ou precessão, tem uma periodicidade de aproximadamente 23.000 anos.

Devido a esta oscilação, algumas alteração climática significativa ocorrem. Quando o eixo está inclinado na direção de Vega, as posições dos solstícios de inverno e verão do Hemisfério Norte vai coincidir com o afélio e periélio, respectivamente. Isto significa que o Hemisfério Norte experimentará inverno, quando a Terra está mais distante do Sol e verão, quando a Terra está mais próxima do Sol. Esta coincidência resultará em maiores contrastes sazonais. Atualmente, a Terra está no periélio muito perto do solstício de inverno. A figura abaixo apresenta a variabilidade orbital do planeta para as 3 componentes aqui apresentadas ao longo dos milhares de anos.

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Há ainda a oscilação da órbita da terra, “para cima ou para baixo”, em relação a sua orbita em torno do sol. Desde Milankovitch, o pressuposto implícito tem sido que a insolação é a força motriz para ciclos climáticos, e insolação não é diretamente afetada pela inclinação orbital. Além disso, este ciclo tem aproximadamente  100000, não é evidente devido ser muito semelhante ao período excentricidade 100000-ano. Este ciclo de 100000 anos corresponde de perto o padrão de idades de gelo 100000 anos.

Desde variações orbitais são previsíveis, se tem um modelo que relaciona variações orbitais ao clima, é possível executar um tal modelo para a frente a “prever” o clima futuro. Duas advertências, no entanto, são necessários: que efeitos antropogênicos podem modificar ou mesmo dominar efeitos orbitais o e que os mecanismo dessa forçante externa não é totalmente compreendido.  O compreendimento de alguns fenômenos e as totais consequências para a terra de fato não são compreendidos, porém sabemos que esses movimentos são reguladores da radiação solar no planeta e que estão não teve mudanças nos últimos 200 anos. Na que se diz respeito a questão antropogênica, observamos que as forçantes ainda encontravam-se em estado de ligeira perda de calor por milênios,porém essa tendência foi revertida nos séculos 20 e 21, devido especialmente ao aumento da concentração de gases estufas na atmosfera em especial as atividades antropogênicas, mas o debate a cerca dos gases, fica pra outro texto. Por hoje ficamos por aqui. Até o próximo texto.

ps: entendeu a relação dos elefantes na imagem?

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Referencias e leituras

Muller,R. A., Gordon J. F. MacDonald (1997). “Glacial Cycles and Astronomical Forcing”. Science.277 (5323)

Muller,R. A.Spectrum of 100-kyr glacial cycle: Orbital inclination, not eccentricity.Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 94, pp. 8329–8334, August 1997 Colloquium Paper

Berger,A. 1980. The Milankovitch astronomical theory of paleoclimates: a modern review. Vistas in Astronomy, 24:103-122.

Berger, A. & Loutre, M. F. Precession, eccentricity, obliquity, insolation, and paleoclimates. In Duplessy, J.-C. & Spyridakis, M.-T. (eds.) Long-Term Climatic Variations, vol. 122 of NATO ASI Series, 107–151

Kaufaman et all, Recent Warming Reverses Long-Term Arctic Cooling.Science  04 Sep 2009:
Vol. 325, Issue 5945, pp. 1236-1239 DOI: 10.1126/science.1173983

F. Varadi; B. Runnegar; M. Ghil (2003). “Successive Refinements in Long-Term Integrations of Planetary Orbits” . The Astrophysical Journal. 592: 620–630.

indiana.edu :Earth: Our habitable Planet

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Um comentário sobre “Mudanças Climáticas – Pt. 2 – Ciclos de Milankovitch

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