O CONHECIMENTO ACERCA DOS CICLOS ORBITAIS, ATÉ O FINAL

FINAL DOS ANOS 70, SUAS CARACTERÍSTICAS E INTERAÇÕES COM A GEOSFERA

Os ciclos climáticos são produzidos pela interação dos parâmetros orbitais da

Terra, excentricidade, precessão dos equinócios e obliquidade, que

periodicamente alteram a distribuição sazonal da insolação. A relação entre os ciclos orbitais e as glaciações começou a ficar realmente evidente após a publicação, entre 1912 e 1914, dos primeiros trabalhos do sérvio Milutin Milankovitch que mais tarde demonstraria matematicamente que as variações, tanto na precessão, como na excentricidade, eram grandes o suficiente para causar expansão e contração das geleiras (Berger & Loutre, 2007). Em 1941, Milankovitch foi o pioneiro na consolidação dos cálculos que quantificaram as variações periódicas que ocorrem na órbita da Terra.

Porém os cálculos que definiram os ciclos de excentricidade, obliquidade e precessão, devem-se a Stockwel - Pilgrim (1920) e Le Verrier - Miskovitch (1941)

apud Berger, 1912. Esses ciclos apresentam três principais componentes

relacionados com movimentos do planeta que alteram a recepção e distribuição na superfície terrestre do calor vindo do Sol. Assim, ciclos climáticos gerados são produzidos pela interação destes três componentes orbitais (Fig. 1.1):

a - Excentricidade (razão entre a distância focal e o eixo maior de uma elipse): a translação da Terra ao redor do Sol varia desde órbitas quase circulares

(excentricidade de 0,001) até órbitas mais elípticas (excentricidade de cerca de 0,06) – atualmente a excentricidade está em torno de 0,017 (Berger & Loutre, 2007). Consequentemente, apesar da órbita da Terra ser próxima da forma de um círculo, a distância Terra - Sol, e consequentemente a insolação, varia entre 3,2 e 6,4 %, respectivamente, ao longo de um ano.

Os principais períodos orbitais do ciclo de excentricidade tem duração de cerca de 100 ka e 405 ka. Atualmente os períodos mais importantes nas séries de expansão da excentricidade são, em ordem decrescente de amplitude, de 2,38 Ma, 404 ka, 131 ka, 124 ka, 99 ka e 95 ka (Berger & Loutre, 2007).

b - Obliquidade: representa a variação do ângulo de inclinação do eixo da Terra em relação à eclíptica (plano imaginário desenhado pela órbita que a Terra perfaz em torno do Sol, ao longo de um ano) que pode variar de 21,5o a 24,5o (atualmente é de 23,50). A variação dessa inclinação é o mecanismo responsável pelas grandes variações sazonais da Terra. Sua variação altera a distribuição da radiação solar entre o Equador e os Polos, e sua influência predominante se manifesta em altas latitudes. A obliquidade faz com que as estações dos hemisférios norte e sul estejam fora de fase em seis meses. Quando é verão em um hemisfério, é inverno no outro. A inclinação do eixo de rotação da Terra varia entre 22o e 25o em um período médio próximo de 41 ka.

c - Precessão: movimento do eixo de rotação da Terra semelhante ao que o peão realiza, causado pelo efeito da atração lunar e solar sobre a região equatorial. Este movimento desloca as posições de Equinócio e Solstício em relação ao periélio e afélio (distâncias mais curtas e mais longas da Terra ao Sol durante a translação – Fig. 1.2). Segundo cálculos da NASA (Berger & Loutre, 2007), a intensidade da energia solar entre afélio e periélio difere cerca de 7%. Este valor é menor que a diferença causada pela inclinação da Terra, responsável pela existência verões e invernos, mas bastante considerável na conjunção dos ciclos e nas causas das glaciações. O ciclo de precessão exerce influência menor nos polos e maior em latitudes equatoriais. Faz-se necessário considerar dois fenômenos. O primeiro é a precessão axial. O segundo refere-se ao fato de que a eclíptica da órbita da Terra está rodando no sentido anti-horário levando a um movimento do periélio (Fig. 1.1). Os dois efeitos resultam no que se conhece como a precessão dos equinócios, quando os equinócios e solstícios variam

vagarosamente ao longo da órbita do sol (Fig. 1.2) com um valor médio de 21 ka (Berger & Loutre, 2007).

Interferências construtivas e destrutivas dos ciclos de excentricidade, obliquidade e precessão causam variações de longo prazo na insolação da ordem de 1,6 a 2,4 Ma de duração (Matthews & Frohlich, 1991).

Os ciclos climáticos são produzidos pela interação dos parâmetros orbitais supracitados que periodicamente alteram a distribuição sazonal de insolação (Milankovitch, 1941 apud Berger & Loutre, 2007; Berger, 1980; Lockwood, 1980; Fischer, 1986; Kukla & Gavin, 1992). Combinados, excentricidade e obliquidade fazem com que os efeitos da precessão também ocorram fora de fase entre os hemisférios (Fig. 1.1). Por exemplo, quando o periélio ocorre durante o verão no hemisfério norte (Junho), o afélio ocorrerá seis meses mais tarde durante o verão no hemisfério sul (Dezembro). Isso é importante porque significa que quando a órbita da Terra é excêntrica, verões quentes (periélio no verão) ocorrem com invernos frios (afélio no inverno), em um hemisfério, enquanto no hemisfério oposto verões moderados (afélio no verão) ocorrem com invernos moderados (periélio no inverno). Este padrão hemisférico inverte gradualmente ao longo de um ciclo de precessão. O ciclo de obliquidade pode se tornar dominante quando a excentricidade se aproxima de zero.

Murphy (1869) apud Berger (2012) foi quem primeiro lançou a hipótese de que a causa das glaciações está ligada à ocorrência do verão durante o afélio, ou seja, durante ocorrência de temperaturas amenas, hipótese essa que foi corroborada pelos trabalhos de Milankovitch ao longo de sua vida (Berger, 2012). Sua argumentação básica reside em que períodos glaciais ocorrem quando há longos e frios verões e, curtos e amenos invernos. Nessas condições a quantidade de calor por volta do solstício de verão, considerando o hemisfério norte, cai abaixo da média, causando menor derretimento das geleiras, dessa forma propiciando, durante os invernos subsequentes, um incremento sucessivo nas coberturas de gelo continentais, ou seja, provocando um avanço glacial. Isto provocaria um feedback positivo de resfriamento sobre a Terra através de um incremento areal da cobertura de neve com subsequente crescimento do albedo da superfície terrestre (Berger & Loutre, 2007).

Fig. 1.1. Movimentos orbitais da Terra e seus principais parâmetros: indutores: excentricidade, obliquidade e precessão dos equinócios (Palike, 2005).

Entretanto, o resfriamento da Terra aparenta ter um ponto de reversão. As temperaturas médias do planeta aparentemente jamais desceram abaixo de 9°C do que o atualmente registrado (Andersen & Borns, 1994). Parece que há um “termostato” que é acionado quando a Terra atinge um determinado grau de resfriamento. Se a temperatura descer muito, a evaporação reduz-se e a queda de neve também, o que pode contribuir para o início do degelo, com a diminuição do albedo.

Considerando-se uma atmosfera perfeitamente transparente e latitudes setentrionais apresentando as maiores suscetibilidades às variações de insolação de verão, essa hipótese requer um mínimo de insolação em altas latitudes no hemisfério norte no topo da atmosfera. Segundo Wild et al., 2005, um declínio na radiação solar sobre a superfície dos continentes se mostrou aparente até o fim dos anos 80 (a leitura dos dados iniciou-se nos anos 50), provavelmente por ação do aumento da formação de nuvens no topo da troposfera, fruto do crescimento da evaporação superficial e do conteúdo de vapor atmosférico por ação antropogênica. As nuvens refletiriam a radiação solar e atuaria como um termostato limitando o aumento de temperatura. Entretanto, de 1990 para cá, novos dados têm mostrado uma mudança nesse cenário, com o aumento do teor atmosférico de CO2, e da temperatura média, havendo uma reversão dos efeitos

do aumento de formação de nuvens. Suspeita-se da ação antropogênica como causa (Hay, 2008).