RealClimate: O problema do CO2 em seis etapas fáceis (atualização de 2022)

10 de julho de 2022 por Gavin

Um dos nossos posts antigos mais lidos é a explicação passo a passo de por que o aumento do CO2 é um problema significativo (O problema do CO2 em 6 etapas fáceis). No entanto, isso foi escrito em 2007 – há 15 anos! Embora as etapas e conceitos básicos não tenham mudado, há 15 anos de mais dados, atualizações em alguns detalhes e conceitos e (ao que parece) melhores gráficos para acompanhar o texto. E então, aqui está uma versão ligeiramente atualizada e referenciada que deve ser um pouco mais útil.

Passo 1:Existe um efeito estufa natural.

O facto de existir um efeito de estufa natural (que a atmosfera restringe a passagem da radiação infravermelha (IR) da superfície da Terra para o espaço) é facilmente dedutível; i) a temperatura média da superfície (em torno de 15ºC) e, ii) saber que o planeta está normalmente próximo do equilíbrio radiativo. Isso significa que há um fluxo superficial ascendente de IR ao redor (~398 W/m2), enquanto o fluxo externo no topo da atmosfera (TOA) é aproximadamente equivalente à radiação solar líquida absorvida (~240 W/m2). Assim, deve haver uma grande quantidade de IR absorvida pela atmosfera (cerca de 158 W/m2) – um número que seria zero na ausência de quaisquer substâncias com efeito de estufa. Observe que essa radiação IR às vezes é chamada de radiação de ondas longas (LW) para distingui-la da radiação de ondas curtas (SW) proveniente do sol.

Passo 2:Os gases residuais contribuem para o efeito estufa natural.

O facto de diferentes absorvedores contribuírem para a absorção atmosférica de infravermelhos é evidente a partir dos espectros observados do espaço (à direita), que mostram lacunas características associadas ao vapor de água, CO2, O3, nuvens, metano, CFC, etc. bloqueado por cada um. Isto não pode ser calculado manualmente (o número de linhas de absorção e os efeitos do alargamento da pressão impedem isso), mas pode ser calculado utilizando códigos de transferência radiativa. Para algumas partes do espectro, a IR pode ser absorvida pelo CO2, pelo vapor de água ou pelas nuvens, mas tendo em conta essas sobreposições, descobrimos que 50% do efeito estufa provém do vapor de água, 25% das nuvens, e cerca de 20% do CO2 e o restante absorvido pelo ozônio, aerossóis e outros gases residuais (Schmidt et al, 2010). Observe que os principais constituintes da atmosfera (N2, O2 e Argônio) não absorvem significativamente na faixa de comprimento de onda IR e, portanto, não contribuem para o efeito estufa.

Etapa 3:Os gases residuais com efeito de estufa aumentaram acentuadamente devido às emissões humanas

As concentrações de CO2 aumentaram mais de 50% desde a era pré-industrial, o metano (CH4) mais do que duplicou e está a acelerar mais uma vez, o N2O aumentou 15% e o O3 troposférico também aumentou. Novos compostos de gases de efeito estufa, como os halocarbonos (CFCs, HFCs), não existiam na atmosfera pré-industrial. Todos estes aumentos contribuem para um aumento do efeito estufa.

As fontes destes aumentos são dominadas pela queima de combustíveis fósseis, aterros sanitários, mineração, operações de petróleo e gás, agricultura (especialmente pecuária para produção de metano) e indústria.

Passo 4:O forçamento radiativo é um diagnóstico útil e pode ser facilmente calculado

Lições de modelos de brinquedo simples e experiência com GCMs mais sofisticados sugerem que qualquer perturbação no orçamento de radiação TOA de qualquer fonte é um bom preditor de eventual mudança na temperatura da superfície. Assim, se o Sol se tornasse mais forte em cerca de 2%, o balanço de radiação TOA mudaria em 0,02*1361*0,7/4 = 4,8 W/m2 (levando em conta o albedo e a geometria) (mais energia entraria do que sairia). . Isso definiria o forçamento radiativo (RF). Um aumento nos absorvedores de efeito estufa, ou uma mudança no albedo, teria impactos análogos no equilíbrio do TOA (mais energia entraria do que sairia). No entanto, o cálculo do forçamento radiativo é novamente um trabalho para os códigos de transferência radiativa que levam em conta perfis atmosféricos de temperatura, vapor de água e aerossóis. O relatório AR6 do IPCC utilizou as estimativas mais atualizadas de Etminan et al (2016), que são semelhantes, mas um pouco mais complicadas do que a fórmula simplificada e frequentemente usada para CO2: RF = 5,35 ln(CO2/CO2_orig) (visto em Tabela 6.2 no IPCC TAR).