À medida que a superfície da Terra e a baixa atmosfera continuam a aquecer, o resto da atmosfera do planeta faz o oposto. A atmosfera superior esfriou significativamente ao longo de muitas décadas acima da Terra. Os cientistas há muito que reconhecem este contraste invulgar como um dos sinais mais claros das alterações climáticas induzidas pelo homem, mas as causas físicas exactas permanecem incertas.
Agora, pesquisadores da Universidade de Columbia dizem que finalmente descobriram o mecanismo responsável. Sua nova pesquisa explica como o dióxido de carbono (CO2) interage com diferentes comprimentos de onda de luz de uma forma que resfria a atmosfera superior enquanto aquece o planeta abaixo.
“Isso explica um fenômeno que é uma assinatura das mudanças climáticas que ocorre há décadas e não está claro”, diz Robert Pincus, professor pesquisador de física oceânica e climática no Observatório Terrestre Lamont-Doherty, parte da Escola Climática de Columbia, e co-autor do estudo, publicado em Ciências naturais.
Por que CO2 Resfria a estratosfera
Perto da superfície da Terra, CO2 retém o calor que de outra forma escaparia para o espaço, contribuindo para o aquecimento global. Mas nas partes mais altas da atmosfera as condições são muito diferentes.
Na estratosfera – uma camada da atmosfera que se estende de 11 km a 50 km acima da superfície da Terra, CO2 se comporta mais como um sistema de refrigeração. As moléculas absorvem a energia infravermelha que vem de baixo e depois liberam parte dessa energia de volta ao espaço. Como CO atmosférico2 O nível aumenta, a estratosfera se torna ainda mais eficiente na remoção de calor, fazendo com que a temperatura caia.
Os cientistas previram este efeito pela primeira vez na década de 1960, utilizando modelos climáticos desenvolvidos pelo climatologista Shukuro Manabe, cujo trabalho mais tarde ganhou o Prémio Nobel. Desde meados da década de 1980, a estratosfera esfriou cerca de 2 graus Celsius. Os pesquisadores estimam que esse resfriamento é mais de 10 vezes maior do que teria sido sem o CO produzido pelo homem.2 jogou fora
Embora os cientistas entendessem a ideia ampla do resfriamento estratosférico, muitos dos processos detalhados permaneceram sem solução.
“A teoria existente tem sido incrivelmente esclarecedora, mas no momento não temos uma teoria quantitativa do CO2-resfriamento induzido da estratosfera”, diz Sean Cohen, pós-doutorado no Observatório Terrestre Lamont-Doherty, parte da Escola de Clima de Columbia, e principal autor do estudo.
“Zona Cachinhos Dourados” de luz infravermelha
Para resolver o quebra-cabeça, Cohen trabalhou com Pincus e Lorenzo Polvani, geofísico do Departamento de Física Aplicada e Matemática Aplicada da Columbia Engineering. A equipe criou modelos matemáticos que identificaram os principais processos que causam o resfriamento estratosférico. Eles compararam repetidamente os seus cálculos com modelos climáticos e dados observacionais, refinando as equações ao longo de vários meses até que os modelos correspondessem à realidade.
A pesquisa deles apontou para um fator-chave: como o CO2 moléculas interagem com a luz infravermelha, também conhecida como radiação de ondas longas.
Nem todos os comprimentos de onda infravermelhos se comportam da mesma maneira na atmosfera. Os pesquisadores descobriram que certos comprimentos de onda são particularmente eficazes na promoção do resfriamento. Eles descreveram esse aterro altamente eficiente como a “Zona Cachinhos Dourados”. Como CO2 a concentração aumenta, esta zona se expande, aumentando a eficiência de resfriamento da atmosfera.
“São estas mudanças na eficiência que serão responsáveis pelo arrefecimento da estratosfera”, diz Cohen.
Os pesquisadores também estudaram os efeitos do ozônio e do vapor d’água. Embora ambos possam afetar o aquecimento e o resfriamento atmosféricos, seus efeitos no resfriamento estratosférico demonstraram ser relativamente pequenos em comparação com o CO2.
Como o resfriamento estratosférico amplifica o aquecimento abaixo
As equações da equipe reproduziram com sucesso diversas características conhecidas da atmosfera. Eles compararam observações mostrando que o resfriamento se torna mais forte com a altura, com o maior resfriamento ocorrendo na estratosfera superior. Os cálculos também confirmaram que cada duplicação do CO2 resulta em um resfriamento de cerca de 8 graus Celsius na estratopausa, o limite superior da estratosfera.
O estudo também destaca um importante feedback climático. Embora aumentando o CO2 ajuda a estratosfera a irradiar calor com mais eficiência, as temperaturas mais frias resultantes significam que o sistema terrestre acaba liberando menos energia infravermelha para o espaço como um todo. Isto aumenta a retenção de calor mais perto da superfície, aumentando o aquecimento na baixa atmosfera.
“Aqui está este processo que conhecemos há mais de 50 anos, e tivemos uma compreensão qualitativa bastante decente de como funciona. No entanto, não compreendemos os detalhes do que realmente estava impulsionando este processo mecanicamente”, diz Cohen.
Segundo Cohen e Pincus, a investigação não visa provar que as alterações climáticas existem, mas sim melhorar a compreensão científica de como funciona a atmosfera.
“Isso realmente nos diz o que é importante”, diz Pincus.
As descobertas também podem ter aplicações fora da Terra. Os investigadores dizem que os mesmos princípios podem ajudar os cientistas a compreender melhor as atmosferas de outros planetas e exoplanetas distantes.
“Podemos ser capazes de compreender melhor o que se passa na estratosfera de outros planetas do nosso sistema solar, ou exoplanetas”, diz Cohen.
