CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos

(1)

Engenharia Ambiental – POLI 2007

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

CLIMA DA TERRA:

Processos, Mudanças e Impactos

Prof. OSWALDO MASSAMBANI, Ph.D. Professor Titular

massambani@usp.br

Departamento de Ciências Atmosféricas

Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas Universidade de São Paulo

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP  INTRODUÇÃO

História climática da Terra  PROCESSOS FÍSICOS

Processos climáticos

Transferência de calor e massa na atmosfera O papel dos oceanos

 MUDANÇAS CLIMÁTICAS

As mudanças climáticas desde o Pleistoceno Causas das mudanças climáticas

Os efeitos do homem sobre o clima

 IMPACTOS CLIMÁTICOS Nos ecossistemas Na saúde

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

 INTRODUÇÃO

 Uma breve história do Universo

 História climática da Terra Evolução do clima da Terra

Diferenças climáticas entre os planetas do sistema solar Efeito estufa planetário

Os registros climáticos da Terra

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP PROCESSOS FÍSICOS

 Processos climáticos Elementos do Sol

A radiação solar interceptada pela Terra Atributos do sistema Terra-Atmosfera

Efeitos da atmosfera e da superfície da Terra Balanço global da radiação

Médias espaço-temporal do balanço de radiação  Transferência de calor e massa na atmosfera

Transferências de energia

Força de Coriolis, vorticidade e ondas de Rossby Um modelo de circulação geral da atmosfera Padrões secundários da circulação atmosférica Modelos numéricos de circulação atmosférica global Padrões regionais de circulação atmosférica

Climas urbanos  O papel dos oceanos

Processos climáticos do oceano Correntes globais

Estruturas de circulações oceânicas de menor escala As oscilações El Niño – La Niña

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

 MUDANÇAS CLIMÁTICAS

 As mudanças climáticas desde o Pleistoceno O clima no Pleistoceno

As eras do gelo e as flutuações climáticas O clima no Holoceno

Os registros históricos Os registros de medidas

 Causas das mudanças climáticas Introdução

Fatores externos Fatores geológicos

O Sistema superfície-oceano-atmosfera Os ciclos e os registros históricos

 Os efeitos do homem sobre o clima Introdução

Intensificando o efeito estufa

Incertezas sobre o aquecimento global do século passado Modelos numéricos simulando a intensificação do efeito estufa A redução da camada de Ozônio estratosférico

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP  IMPACTOS CLIMÁTICOS

 Impactos climáticos sobre os ecossistemas Distribuição atual dos diferentes tipos de biomas Modelando os efeitos do clima sobre os ecossistemas O efeito sobre as plantas da redução da camada de Ozônio

Mudanças nos ecossistemas relacionadas ao clima – registros passados e previsões futuras Efeitos do ecossistema sobre o clima

 Impactos climáticos sobre a saúde

Demografia mundial e projeções futuras Saúde e as mudanças climáticas

Extremos climáticos e a saúde

Efeitos da redução da camada de Ozônio Incertezas

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Referência Bibliográfica

CLIMATE PROCESSES & CHANGE Edward Bryant

Cambridge University Press 1997

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP

AVALIAÇÕES:

Provas sintéticas a cada duas aulas sobre o conteúdo

estudado

Média Final será a média aritmética do conjunto de

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Capítulo 1

• Uma breve história do Universo

• História climática da Terra

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Idade do Universo

Big-Bang

Formação

da Terra

Terra

Atual

15 bilhões de anos

4,6 bilhões

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Há cerca de 15 bilhões de anos, o Universo surgiu a partir de

uma singularidade de densidade quase infinita que apenas

possuía energia escura.

A isto se chama Big Bang !!

Contudo, na realidade, não houve qualquer “bang” ou

“explosão”, mas sim a criação instantânea do espaço e do

tempo, seguida de uma expansão inicial de grande

magnitude.

O Universo, antes contido num átomo primitivo infinitamente

pequeno, passou a ser um Universo quase infinito ao

aumentar 10

50

_{vezes de tamanho entre os 10}

-43

_{e os 10}

-10

segundos após o Big Bang antes de retomar o ritmo de

expansão acelerada atual.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Energia negra distribuída por infinitos (quase) quanta de espaço.

Diminuição da temperatura (100 GeV) → energia de radiação

Energia escura

concentrada em poucos

quanta de espaço

Aumento MUITO

RÁPIDO da temperatura

10

32

_{K ou 10}

19

_GeV

Gravidade Superforça

10-35 _{s Força nuclear Forte 1s}

Força eletrofraca

O Universo, nestas condições elevava a sua temperatura inicialmente aos

10

32 K

,

vindo esta a decrescer progressivamente à medida que o Universo se expandia e que

mais energia se transformava em quarks e anti-quarks (nas mesmas quantidades),

gluons, fotons, leptons (e matéria escura) num processo denominado

“reaquecimento”.

A Criação das Partículas

Foi neste momento que se gerou o pequeno, mas importante excesso de matéria que produziu a assimetria entre matéria e anti-matéria, que viria a evitar a total aniquilação da matéria. Foi neste período que a matéria se tornou independente da radiação e é aqui que reside o limite da experimentação física

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Os físicos desenvolveram uma teoria chamada O Modelo Padrão, que

explica o que é o mundo e o que o mantém unido.

É uma teoria simples e compreensível que explica todas as centenas de

partículas e interações complexas com apenas:

9 6 QUARKS

(protons são formados de dois quarks dois Up e um Down)

O neutron é feito de dois quarks Down e um Up)

9 6 LÉPTONS. O lépton mais conhecido é o elétron.

9 PARTÍCULAS TRANSPORTADORAS DE FORÇA, como o fóton.

O Modelo Padrão

Todas as partículas de matéria que nós conhecemos são compostas de quarks e léptons,

e elas interagem trocando partículas transportadoras de força.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Nêutrons e Prótons possuem aproximadamente a mesma massa Se um elétron pesasse o mesmo que uma moeda de um centavo, o

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Tudo, desde galáxias até montanhas e moléculas, são feitas

de quarks e léptons.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Existem quatro interações fundamentais entre as partículas, e todas as

forças no mundo podem ser atribuídas a essas quatro interações!

O QUE O MANTÉM UNIDO?

O universo que conhecemos e amamos, existe porque as

partículas fundamentais interagem.

Essas interações incluem forças atrativas e repulsivas,

decaimento e aniquilação

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

M 32

Espiral

M 87

Elíptica

M 104

Lenticular

M 95

Espiral

Barrada

M 90

Espiral

M 51

Espiral

M 109

Espiral

NGC

6745

Levou cerca

15 Bilhões de anos

para que

o Universo produzisse as galáxias que vemos hoje,

as gigantescas nuvens do universo haviam-se

concentrado nas “pequenas” galáxias.

(20)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Li

-H

-

- Fe -

-

--

C

-

O

--

-

--

Si

-

--

-He

-

--

-Desde a fase de proto-estrela, este é o processo que mantém uma estrela estável durante a maior parte da sua vida. Contudo, o Hidrogénio é limitado e eventualmente atinge-se uma fase em que a pressão da energia libertada pela estrela não consegue fazer frente à força da

gravidade, de modo que a estrela sofre um colapso, fazendo com que no seu núcleo a

temperatura aumente, de modo que já há energia para se iniciar um processo

semelhante, mas fundindo núcleos de hélio, o que reduz a energia libertada e espalha-a por

uma superfície maior, ficando a estrela avermelhada depois desta resposta à força de colapso com uma expansão que lhe dá um volume 100 vezes maior. Pode continuar assim,

transformando Hélio em Carbono, Oxigênio assim sucessivamente até ao Ferro, cuja estrutura de ligações gluónicas já é demasiado complexa para aumentar sem haver absorção de

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Li Be

H

Sc Ti V CrMn Fe Co Ni Cu Zn

B C N O

Ga Ge As Se

Al Si P S

-NaMg

-

-K Ca

F Ne

Br Kr

Cl Ar

Y

He

-I Xe

-

-At Rn

Sb Te

-

-Bi Po

In Sn

-

-Tl Pb

Ag Cd

-

-AuHg

Rh Pd

-

-Ir Pt

- Ru

-

-Re Os

- Mb

-

-- W

Zr Nb

-

-Hf Ta

Rb Sr

Fr Ra

Cs Ba

--

-Yb Lu

-

-Er Tm

-

-DyHo

-

-Gd Tb

-

-SmEu

U

Nd

-- Pa

- Pr

Ac Th

La Ce

É no último suspiro da estrela que o resto dos metais da tabela periódica é gerado, pois a

energia da colossal explosão fornece energia à matéria ainda existente na estrela, podendo continuar a fusão de núcleos atómicos. É neste fato que reside a essência da energia liberta através da fissão (ou cisão) nuclear. Na fissão nuclear é libertada dos elementos pesados e instáveis, como o Urânio, a energia armazenada quando de uma Supernova.

Depois disto há ainda alguns elementos que não foram formados, como o lítio, o boro ou o Bismuto. Estes elementos são formados depois, a partir de restos de estrelas, quando raios cósmicos incitam a cisão dos núcleos de elementos mais pesados ou mesmo no núcleo quando há neutrões livres que

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Equivalências

Ano

= 4,6 bilhões de anos

= 4,6x10

9 Mês

= 384 milhões

= 0,384x10

9 Semana

= 85 milhões

= 0,085x10

9 Dia

= 12,6 milhões

= 12,6x10

6 Hora

= 524 mil

= 0,524x10

6 Minuto

= 8,7 mil

= 8,7x10

3 Segundo = 146 anos

= 146

Formação

da Terra

4,6 bilhões de anos

Hoje

01/jan

1 Ano geológico

31/dez

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

1 semana

vale

100 milhões de anos

1 semana

vale

100 milhões de anos

1 semana

vale

100 milhões de anos

1 semana

vale

100 milhões de anos

1 semana

vale

100 milhões de anos

1 semana

vale

100 milhões de anos

1 semana

vale

100 milhões de anos

Não esquecer !

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Janeiro

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

05

06

07

08

09

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31 Formação

da Terra

Terra

pastosa e

muito

quente

Solidificação

da crosta

da Terra

Crosta

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Fevereiro

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

05

06

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21

22

23

24

25

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28

29

30

31 Surgimento

das primeiras

formas de

Vida Unicelular

Algas

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Março

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

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10

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29

30

31 Já existia água

líquida

na superfície

da Terra

(33)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Abril

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

05

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10

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28

29

30

31 Mitocôndrias

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Maio

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

05

06

07

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10

11

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21

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Junho

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

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26

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Julho

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

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05

06

07

08

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23

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29

30

31 Bactérias

Pluricelulares

Início do

aumento

de oxigênio

na atmosfera

terrestre

Atmosfera

(37)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Agosto

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

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06

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Setembro

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

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09

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Outubro

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

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17

18

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20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31 Temperatura

na superfície

da Terra = 50 C

Atmosfera

com 1% do

Oxigênio atual

Atmosfera

igual à atual

Explosão de Vida

Fossils previously found in Yunnan province (at sites discovered nearly 100 years ago) and in the Burgess Shale deposits of the Canadian Rockies tell us that all animal phyla (more than 70) ever to exist in Earth’s history appeared “at once” about 540 million years ago. (Some 40 phyla have since

disappeared and not a single new one has appeared.) This “burst” of life is called the Cambrian

Explosion, and the “at once” refers to an extremely narrow window of geologic time (~5-10 million years).3, 4 The latest reports from the Chinese sites narrows this window to less

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Novembro

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

05

06

07

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09

10

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12

13

14

15

16

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18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30 Insetos

Peixes

Vertebrados

e

Plantas Terrestres

sem flores

Quadrúpedes

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Dezembro

Geológico

Seg Ter

Qua Qui Sex Sáb Dom

01

02

03

04

05

06

07

08

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10

11

12

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28

29

30

31 Grande

extinção

Aparecimento

dos

Dinossauros

Aves,

Mamíferos

e

Plantas

com flores

Extinção dos

dinossauros

Símios

17:30 Hominídeos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

t ~ 50.000 - 10.000 anos: Origem do Homo Sapiens t ~ 150.000 - 30.000 anos: Origem do Neanderthals t ~ 60 milhões de anos: Extinção dos dinossauros t ~ 225 milhões de anos: Origem dos dinossauros t ~ 500 milhões de anos: Desenvolvimento dos peixes

t ~ 1,5 bilhões de anos: Aparecimento do verdadeiro núcleos - (Eukariotes)

t ~ 3,0 bilhões de anos: Aparecimento da fotossíntese – Oxigênio passa de 1% a 21% / volume na atmosfera t ~ 3,8 bilhões de anos: Origem da vida na Terra - Era dos Micróbios –(prokariotes – antes do núcleo) t ~ 4,5 bilhões de anos: Formação do sistema solar – Origem da Terra

t ~ 15,0 bilhões de anos: Quasares, galaxias e estrelas se formam

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

O sistema solar ocupa uma posição no disco da Via Láctea

aproximadamente no meio entre a borda e o centro.

Hoje há conhecimento suficiente sobre a estrutura de nossa galáxia para

entender a especificidade da localização do sistema solar e da Terra.

Se nosso sistema solar estivesse mais próximo ao centro da galáxia ou

mais próximo a um de seus braços espirais, encontraria muita radiação

nociva a partir da supernova e perturbações criando condições para

nuvens de cometas atingiriam o interior do sistema solar.

Se o sistema solar tivesse se formado mais distante no disco da galáxia,

não haveria suficiente elementos pesados para construir o planeta capaz

de suportar a vida.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Diâmetro (Terra = 1) Sol 109 Mercúrio .38 Vênus .95 Terra 1 Marte .53 Júpiter 11.19 Saturno 9.40 Urano 4.04 Netuno 3.88 Plutão .18

O Sistema Solar

(46)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Orbital Distance (a=AUs) Orbital Period (P=years) Orbital Eccentricity (e) Orbital Inclination (i=degrees) Mass (Earths) Diameter (Earths) Density (Earths) Surface Gravity (Earths) Moons Sol 0.0 ... ... ... 330,000 109.2 1.42 28 ... Mercury 0.39 0.24 0.206 7.0 0.06 0.38 0.98 0.38 0 Venus 0.72 0.62 0.007 3.4 0.81 0.95 0.95 0.90 0 Earth 1.0 1.0 0.017 0.0 1.00 1.00 1.00 1.00 1 Mars 1.5 1.9 0.093 1.8 0.11 0.53 0.71 0.38 2 Ceres 2.8 4.6 0.078 10.6 0.00015 0.07 ... ... 0 Jupiter 5.2 1.9 0.004 1.3 317.8 11.2 0.24 2.34 39 Saturn 9.5 29.5 0.056 2.5 95.2 9.4 0.12 1.16 30 Uranus 19.2 84.0 0.047 0.8 14.5 4.0 0.23 1.15 21 Neptune 30.1 164.8 0.009 1.8 17.2 3.9 0.30 1.19 8 Pluto 39.4 248.5 0.248 17.1 0.002 0.18 0.37 0.04 1 Hyakutake ~400 ~14,000 0.99998 125 ... ... ... ... 0

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Parâmetros orbitais de MILANKOVITCH

Com a máxima excentricidade, a diferença da radiação solar recebida entre o periélio e o afélio é de cerca de 30%

OBLIQUIDADE - torque dos outros planetas causa um spinning do eixo. PRECESSÃO ELÍPTICA - a órbita

eliptica da Terra gira ao redor de um foco.

Sem a Lua a obliquidade da Terra variaria caóticamente, gerando dramáticas variações no clima. Talvez sem nossa Lua a vida poderia não existir na Terra.

Obliqüidade

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A Formação da LUA

• Várias teorias têm

sido propostas para

explicar a origem da

Lua.

• A teoria que melhor

explica as

propriedades

observadas da Luas

é a de que um objeto

muito grande colidiu

com a Terra e o

material expalhado

lentamente coalesceu

formando a Lua.

• Essa teoria explica a

composição da Lua e

sua inclinação orbital

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

• A Lua gira 1 vez

em seu eixo para

cada 1 órbita ao

redor da Terra.

Ressonância 1:1

com a órbita da

Terra.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A excentricidade da órbita de translação da Terra ao redor do Sol.

A órbita passa de quase circular a ser marcadamente elíptica em ciclos de milhões de anos (100 ka – 400 ka). A distância da Terra ao Sol em cada estação do ano é diferente e variável e assim também a insolação.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A inclinação do eixo

terrestre de rotação varia

com uma periodicidade de

cerca de 41.000 anos.

Quando o valor dessa

inclinação é alto, a

diferença de insolação

também é alta, e quando a

diferença é pequena não

haveria estações.

O valor atual é de 23.4º e

durante os últimos milhões

de anos essa inclinação

têm variado entre um

máximo de 24.5º e um

mínimo de 21.5º.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A precessão dos equinócios. A linha curva é o lugar geométrico da posição onde o

Sol passa no zênite no periélio – época de maior proximidade da Terra ao Sol.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Processos tectônicos que influenciam o sistema climático, incluem movimentos de placas, mudanças na

geografia continental, na origem de montanhas, na erosão, na produção e no rebaixamento da crosta do fundo do mar e mudanças relacionadas com os ciclos bio-geo-quimicos, particularmente com o ciclo do carbono.

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

EVOLUÇÃO DA ATMOSFERA

A atmosfera é um envelope de

gases que envolvem a Terra. É

um reservatório de componentes

químicos utilizado pelos sistemas

vivos. A atmosfera não possui

fronteira, simplesmente se esvai

em direção ao espaço.

A sua parte mais densa (97% da

massa) encontra-se dentro dos 30

km da superfície da Terra (da

mesma ordem de grandeza da

expessura da crosta continental).

(65)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A pressão atmosférica possui forma similar:

(66)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Introdução

“A Terra recém formada teria sido muito diferente e inóspita comparada com a

Terra atual”

Quente: O c

alor primordial, colisões e compressão durante o processo de acresção

e decaimento de elementos radiativos de curta-vida.

Consequências

– Vulcanismo constante, temperatura superficial muito alta para

a água líquida ou para a vida como nós a conhecemos, superfície não rígida e

fina com crosta basáltica instável.

Composição:

provavelmente predominando (H

₂

, He)

Resfriamento

: Calor primordial dissipado para o espaço. Condensação da água

(chuva), acumulação da água superficial. Acumulação da nova atmosfera devido à

liberação de gases de origem vulcânica.

(67)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A PRIMEIRA ATMOSFERA

Composição – Provavelmente H

₂

, He

Esses gases são relativamente raros na Terra comparados a

outras localidades no universo e possivelmente foram perdidos

para o espaço no inicio da história da Terra, devido ao fato de

que a gravidade terrestre não ser intensa o suficiente para

reter os gases mais leves.

A Terra não tinha ainda um núcleo diferenciado

(sólido/liquido) responsável pelo campo geomagnético que

constitui hoje a Magnetosfera.

Tão logo o núcleo ficou diferenciado, os gases mais pesados

foram retidos.

(68)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A SEGUNDA ATMOSFERA

Produzida através da emissão de gases da atividade

vulcânica

Os gases foram produzidos provavelmente de forma similar aos

criados através da atividade vulcânica moderna.

(H

₂

O, CO

₂

, SO

₂

, CO, S

₂

, Cl

₂

, N

₂

, H

₂

) and NH

₃

(amônia) e CH

₄

(metano).

Não havia nessa fase O2 livre (esse gás não é encontrados

entre os gases vulcânicos).

A formação do Oceano

– Com o esfriamento da Terra, a Água

produzida através da atividade vulcânica, pode passar a existir

na fase líquida, permitindo a formação dos oceanos durante o

Pré-cambriano – (Antigo Arqueano entre 4 e 2.5 bilhões de

anos).

(69)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(70)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Uma importante questão é como foi processada a adição do O₂livre na atmosfera, que hoje é da ordem de ~21% .

Para isso é importante revisitarmos o ciclo do Oxigênio.

A produção do Oxigênio:

Dissociação fotoquímica – quebra da molécula de água via ultravioleta – produziu

aproximadamente 1 a 2% dos níveis atuais.

Nesses níveis o O₃ (Ozônio) pode ser formado para criar a camada que protege a Terra do UV.

Fotosíntese - CO₂+ H₂O + luz solar = compostos orgânicos + O₂, produzido através de

cianobactérias e eventualmente plantas e assim fornecendo O₂ para a atmosfera.

As cianobactérias são microorganismos que tem estrutura celular que corresponde a célula de uma bactéria. São fotossintetizantes, apresentando fotossistemas mas sem estar organizados em cloroplastos, como as plantas. Algumas espécies são fixadoras de Nitrogênio atmosférico (N₂) e outras produtoras de toxinas.

As cianobactérias são indivíduos muito antigos e os seus fósseis são datados de períodos muito distantes no pré-cambriano. Uma grande flexibilidade a adaptações bioquímicas, fisiológicas, genéticas e reprodutivas, garantiram aos organismos a sua perpetuação na superfície terrestre e a sua distribuição em diversos ambientes terrestres, aquáticos (de rios, estuários e mares) e na interface úmida da terra com o ar (rochas, cascas de árvores, paredes, telhados, vidros, etc.).

(71)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

São os fósseis mais velhos conhecidos. São evidências de vida que datam de mais de 3

bilhões de anos – (pré-Cambriano). São estruturas resultantes da deposição de CaCO3,

Estromatólitos

Formavam-se através da atividade metabólica de organismos protistas, especialmente bactérias e / ou algas azul-esverdeadas (cianofitas). Ao captarem os carbonatos existentes nos meios onde viviam, e

metabolizá-los, depositavam-nos em suas membranas celulares.

Estes organismos constituíam relvas de algas, disseminadas nos fundos dos mares

plataformais daquele momento geológico.

(72)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

O consumo do Oxigênio:

Oxidação dos materiais na superfície do solo (cedo)

Respiração animal (muito depois)

Queima de combustíveis fósseis (muito, muito depois)

A evolução das bactérias produtoras de oxigênio, alterou o balanço de gases, resultando na perda do metano e na elevação dos níveis de oxigênio.

Muito provavelmente, a pequena quantidade de oxigênio presente no Arqueano produzido pela cianobacteria, foi consumida pelo processo de oxidação. Com a oxidação das rochas da

superfície, mais oxigênio pode ser mantido livre na atmosfera.

Durante o Proterozoico (2.5 bilhões a 500 milhões de anos) a quantidade de oxigênio livre na atmosfera aumentou de 1 a 10 %. A maior parte liberado pelas cianobactérias, que tiveram um abundante aumento conforme evidências de fósseis com 2.3 Ga.

Os níveis presentes provavelmente foram alcançados em períodos mais recentes que ~400 Ma no período Pharenozoico.

O oxigênio atmosférico foi acumulado como um elemento descartado pelos organismos

fotosintéticos e pelos processos de encobrimento pelo solo de matéria orgânica, evitando assim o decaimento superficial. A figura a seguir ilustra esses processos.

(73)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(75)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Resumo dos processos produtores e usuários de Oxigênio

Processos

Produção (+) / Uso (-) (kg/ano)

photochemistry

+ 10

8

weathering of rock

- 10

11

volcanism

- 10

4

photosynthesis

+ 10

14

respiration/decay

- 10

14

burial of carbon from organisms

+ 10

11

recycling of buried sediments

- 10

11

(76)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Os 10 elementos mais abundantes na Crosta Terrestre

O = 49,5 %

Si = 25,7 %

Al = 7,5 %

Fe = 4,7 %

Ca = 3,5 %

Na = 2,6 %

K = 2,4%

Mg = 1,9%

H = 0,9%

Ti = 0,6%

Como a crosta tem sofrido a ação da exposição à atmosfera por tantos anos, é natural

que o Oxigênio seja o mais abundante: todos os outros elementos formam óxidos!

(77)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(78)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Marte e Venus são os dois planetas com maior quantidade de CO2 em suas atmosferas. A atmosfera de Venus contém 96.4% de CO2 enquanto Marte contém 95.32%.

Diferentemente da Terra possuem climas estáveis e muito previsíveis.

(79)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

• A fina crosta da Terra desliza

sobre uma camada elástica de

rocha denominada manto.

• Abaixo do manto há o núcleo

externo líquido composto por

ferro e níquel.

• No centro está o núcleo interno

sólido também composto por

ferro e niquel.

• Movimentos dentro do mantto

causam um arrastro da crosta.

• A crosta é quebrada em placas

que quando se deslocam

causam os terremotos, vulcões

e formam as cordilheiras de

montanhas.

(81)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Origem do Campo Magnético

Campos Magnéticos são produzidos pelo moviemento de cargas elétricas.

O campo magnético da Terra está associado com as correntes elétricas

produzidas pelo acoplamento dos efeitos convectivos e de rotação na região

de seu núcleo externo líquido composto por ferro e níquel.

Esse mecanismo é denominado de “Efeito Dínamo”

As rochas que são formadas a partir dessa matéria “derretida” contém

indicadores do campo magnético no momento de sua solidificação.

O estudo desse “fóssil magnético” indica que o campo magnético da Terra

reverteu (o polo norte e o polo sul são intercambiados) numa escala de cerca

de milhões de anos. Esse é um dos mecanismos ainda não bem entendido.

(82)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A Magnetosfera Terrestre

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(86)

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Marte

Venus

Earth

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(89)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(90)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

A EVOLUÇÃO DA

(91)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Registros climáticos no

Quaternário

(92)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(93)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(94)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(95)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Instabilidade climática durante a última glaciação. Números indicam a menor refletância dos sedimentos na bacia tropical de Cariaco. No gráfico inferior é indicada as sondagens classificadas segundo os isótopos do oxigênio.

Apesar da natureza distinta dos dados, se observa um elevado grau de coincidência temporal entre as duas séries – polar Estrutura da bacia marina de Cariaco, na costa venezuelana. Excelente área para a pesquisa paleoclimática.

(96)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Número de manchas solares desde o ano de 1600 (número de Wolf mensal). É identificado o mínimo de Maunder

(97)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Correlação entre a evolução do número de manchas solares e a radiação solar no topo da atmosfera (constante solar) durante os últimos ciclos solares – 1978 a 2002. Medidas via satélite ACRIM.

Parece ter havido um ligeiro

aumento dos mínimos de radiação.

(98)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Evolução da temperatura global no último milênio simulado numéricamente através de

modelo que considera as forçantes radiativas provocada pelas variações da atividade solar, a concentração dos gases de efeito estufa e os aerossóis atmosféricos de procedência

vulcânica.

São indicados o ótimo climático Medieval, com temperaturas semelhantes às atuais, ao período da pequena Idade do Gelo, com picos de temperatura mínima nos mínimos da atividade solar de Spoerer, Maunder e Dalton.

(99)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Variação da atividade solar durante o pultimo milênio segundo Bauer (azul) e Lean (vermelho), a partir das variações das manchas solares e das concentrações de

(100)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(101)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Em geral se conhece muito mais da história da Terra em seus últimos 500 milhões de anos do que seus 4 bilhões de anos anteriores.

Examinando as mudanças climáticas tem-se podido considerar como as interações entre as placas tectônicas impactaram o sistema climático.

A litosfera – a camada externa rígida da Terra – esta quebrada em 12 maiores placas tectônicas que ao longo de milhares de milhões de anos tem migrado ao redor do planeta. Utilizando dados paleoclimáticos tem sido possível reconstruir onde as várias placas e continentes estavam localizado em diferentes momentos do passado. Esta figura mostra estimativas do nível do mar ao longo de mais de meio bilhão de anos da história geológica. As causas dessas variações são complexas e não estão sempre associadas diretamente com mudanças na temperatura global, apesar que altos níveis refletem temperaturas mais quentes.

Por exemplo, 100 milhões de anos atrás a temperatura da Terra estava entre 20° -40° Celsius mais quente nas regiões polares apesar de estar somente alguns graus mais quente ao redor do equador. Evidências sugerem que durante os quentes períodos do Cretaceous os niveis de dióxido de carbono foram muito altos. Modelos indicam ter havido concentrações entre 4 e 6 vezes mais que os níveis

pré-industriais.

Um abrupto evento cerca de 65 milhões de anos atrás pode ter sido causado por um impacto de um asteróide que atingiu a região de Yucatan no México, resultou na maior extinção de massa do Cretaceous-Terciário e causou um esfriamento e outros impactos ambientais que levaram à extinção de 70% das espécies e de 40% de todos os gêneros vivos daquele tempo, terminando a era dos dinossauros. A maior extinção de massa ocorreu por cerca de 251 milhões de anos passados no fim do Permiano, estimando-se que 85% das especies marinhas e 70% dos vertebrados

(102)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Variabilidade recente da

temperatura global na Terra

(103)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(104)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(105)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(106)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(107)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Durante os últimos 400.000 anos o clima da Terra tem sido instável com mudanças muito significativas, indo muito rapidamente desde períodos muito quentes a eras do gelo.

Essas variações bruscas sugerem que o clima é muito sensível às forçantes externas e internas. É evidente a correlação entre o conteúdo de CO2 na atmosfera e a temperatura.

Os dados apontam que clima segue uma trajetória não linear com rápidas e dramáticas mudanças quando os níveis dos gases de efeito estufa alcançam um ainda não conhecido ponto de

(108)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(109)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(110)

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

(111)

CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

CLIMA DA TERRA:

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AVALIAÇÕES:

 Provas sintéticas a cada duas aulas sobre o conteúdo

estudado

 Média Final será a média aritmética do conjunto de

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Capítulo 1

• Uma breve história do Universo

• História climática da Terra

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

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Idade do Universo

Big-Bang

Formação

da Terra

Terra

Atual

15 bilhões de anos

4,6 bilhões

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Há cerca de 15 bilhões de anos, o Universo surgiu a partir de

uma singularidade de densidade quase infinita que apenas

possuía energia escura.

A isto se chama Big Bang !!

Contudo, na realidade, não houve qualquer “bang” ou

“explosão”, mas sim a criação instantânea do espaço e do

tempo, seguida de uma expansão inicial de grande

magnitude.

O Universo, antes contido num átomo primitivo infinitamente

pequeno, passou a ser um Universo quase infinito ao

aumentar 10

vezes de tamanho entre os 10

e os 10

segundos após o Big Bang antes de retomar o ritmo de

expansão acelerada atual.

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Diminuição da temperatura (100 GeV) → energia de radiação

Energia escura

concentrada em poucos

quanta de espaço

Aumento MUITO

RÁPIDO da temperatura

10

K ou 10

GeV

O Universo, nestas condições elevava a sua temperatura inicialmente aos

10

32

K

,

vindo esta a decrescer progressivamente à medida que o Universo se expandia e que

mais energia se transformava em quarks e anti-quarks (nas mesmas quantidades),

gluons, fotons, leptons (e matéria escura) num processo denominado

“reaquecimento”.

A Criação das Partículas

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos

Os físicos desenvolveram uma teoria chamada O Modelo Padrão, que

explica o que é o mundo e o que o mantém unido.

É uma teoria simples e compreensível que explica todas as centenas de

partículas e interações complexas com apenas:

9 6 QUARKS

(protons são formados de dois quarks dois Up e um Down)

O neutron é feito de dois quarks Down e um Up)

9 6 LÉPTONS. O lépton mais conhecido é o elétron.

9 PARTÍCULAS TRANSPORTADORAS DE FORÇA, como o fóton.

O Modelo Padrão

Todas as partículas de matéria que nós conhecemos são compostas de quarks e léptons,

e elas interagem trocando partículas transportadoras de força.

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Provas sintéticas a cada duas aulas sobre o conteúdo

Média Final será a média aritmética do conjunto de

_{vezes de tamanho entre os 10}

_{e os 10}

_{K ou 10}

_GeV