Exercícios: As alterações climáticas

Observa o esquema do efeito de estufa. Explica o que representa cada seta numerada (1, 2 e 3), por que razão o efeito de estufa natural é imprescindível para a vida na Terra e em que consiste a sua intensificação por ação humana.

Indica três gases com efeito de estufa, refere a fonte principal de cada um e aponta qual deles contribui mais para o aquecimento atual e porquê.

Relaciona o ciclo do carbono com o aumento de $\text{CO}_2$ atmosférico desde a Revolução Industrial, indicando os dois processos antrópicos que mais contribuem para esse aumento.

Distingue estado do tempo de clima e explica por que razão uma semana de frio intenso no inverno não contraria a tendência de aquecimento global, apoiando-te na diferença entre um dado pontual e uma média a longo prazo.

Explica o que é o albedo de uma superfície, que superfícies terrestres apresentam albedo elevado e quais apresentam albedo baixo, e por que razão a fusão do gelo marinho do Ártico reduz o albedo médio do planeta.

Refere duas evidências das alterações climáticas observadas na Península Ibérica (recuo dos glaciares pirenaicos, antecipação das florações, aumento das ondas de calor, subida do nível médio do mar no litoral) e explica em que consiste cada uma delas.

Explica o que é o sequestro de carbono e indica dois sumidouros naturais de carbono (florestas, solos, oceanos, turfeiras), referindo de que forma armazenam o carbono e durante quanto tempo.

O que é uma onda de calor e como é definida meteorologicamente? Explica por que razão, num clima mais quente, se prevê que sejam mais frequentes, mais longas e mais intensas, mesmo que a temperatura média aumente apenas um ou dois graus.

Descreve duas consequências das alterações climáticas já observáveis nos ecossistemas da Península Ibérica e explica o mecanismo físico ou biológico que lhes dá origem.

Distingue as estratégias de mitigação das de adaptação face às alterações climáticas e apresenta dois exemplos concretos de cada uma, indicando a que escala (local, nacional ou global) se aplicam.

A concentração de $\text{CO}_2$ atmosférico passou de cerca de $280\ \text{ppm}$ na época pré-industrial para cerca de $420\ \text{ppm}$ na atualidade. Calcula o aumento percentual e discute o que teria acontecido aos ecossistemas se esse aumento se tivesse processado ao longo de séculos em vez de em menos de dois séculos.

O nível médio do mar sobe devido a duas causas principais: a expansão térmica da água ao aquecer e o aporte de água proveniente dos glaciares e dos mantos de gelo continentais. Explica ambos os mecanismos e fundamenta, com base no princípio de Arquimedes, por que razão a fusão do gelo marinho flutuante praticamente não contribui para essa subida.

A temperatura média da Península Ibérica já aumentou mais de $1{,}5\ \text{°C}$ desde a época pré-industrial. Explica que consequências tem este aquecimento sobre o manto de neve das montanhas e de que forma se altera o regime de caudais dos rios que nelas nascem (maior caudal no inverno, menor no verão).

O IPCC trabalha com cenários de emissões, desde o muito ambicioso até ao muito elevado. Explica o que é um cenário climático, por que razão a ciência não pode prever uma temperatura futura única e que papel desempenham as decisões humanas (energia, economia, demografia) no intervalo de resultados.

Muitos países comprometeram-se a alcançar a «neutralidade carbónica» até 2050. Explica o que significa atingir emissões líquidas zero, que papel desempenha a absorção por sumidouros nesse balanço e por que razão isso não equivale a deixar de emitir por completo.

Os sapais e as pradarias marinhas de Posidonia armazenam grandes quantidades de carbono nos seus sedimentos («carbono azul»). Explica por que razão constituem sumidouros especialmente eficazes e duradouros, e raciocina sobre o que acontece a esse carbono quando um sapal é drenado ou uma pradaria marinha é destruída por fundeios e obras costeiras.

Num debate sobre alterações climáticas, uma pessoa afirma: «O clima sempre mudou por causas naturais. Além disso, como a água quente retém menos gás dissolvido, o aumento contemporâneo do $\text{CO}_2$ atmosférico é uma consequência do aquecimento natural dos oceanos e não das atividades humanas».\na) Compara a velocidade do aquecimento atual com a das transições climáticas do passado geológico (como as deglaciações quaternárias) e deduz por que razão a rapidez da mudança moderna descarta os ciclos orbitais de Milankovitch como causa principal.\nb) Utiliza o equilíbrio do sistema carbonatado marinho e os dados de acidificação oceânica (descida contínua do pH marinho) para refutar a ideia de que o $\text{CO}_2$ provém da desgaseificação oceânica.\nc) Explica como a observação de um aquecimento da troposfera acoplado a um arrefecimento da estratosfera permite descartar que a alteração seja causada por um aumento da atividade solar e confirma o papel do efeito de estufa.

Delineia um plano de mitigação para a tua localidade: seleciona três setores (por exemplo, energia, transportes e sumidouros de carbono) e justifica, para cada medida proposta, de que modo reduz as emissões ou aumenta as absorções e que co-benefícios proporciona.

Imagina que o aquecimento global ultrapassa o limiar de $+1{,}5\ \text{°C}$, desencadeando processos acelerados nas altas latitudes boreais.\na) Modela, mediante um diagrama de fluxo de causas e efeitos, a interação entre a fusão estival do gelo marinho ártico e o balanço radiativo oceânico. Prevê o impacto deste ciclo sobre a absorção de calor da água e a formação de gelo nos invernos sucessivos.\nb) Nas turfeiras e nos solos de permafrost em descongelação formam-se lagoas termocársicas. Raciocina em que condições biogeoquímicas a decomposição da matéria orgânica libertará predominantemente $\text{CH}_4$ em vez de $\text{CO}_2$, e justifica, em função da capacidade de forçamento radiativo relativo de ambos os gases, por que razão isto agrava o forçamento a curto prazo.\nc) A partir de ambos os mecanismos, explica o que é um «ponto de não retorno» (tipping point) e argumenta por que razão, uma vez ultrapassado, a cessação total das emissões antrópicas poderá não bastar para deter o aquecimento.

Para determinar as causas do aquecimento global recente, uma equipa de investigação analisa as seguintes observações empíricas:\n1. A irradiância solar total oscila em ciclos de 11 anos, mas mostra uma ligeira tendência descendente desde 1980, enquanto a temperatura média global sobe de forma continuada.\n2. As grandes erupções vulcânicas provocam quedas térmicas globais de $0{,}2$ a $0{,}5\ \text{°C}$ que duram entre 1 e 3 anos, após as quais o aquecimento é retomado.\n3. Os modelos climáticos só conseguem reproduzir o aquecimento observado a partir de 1970 quando incorporam as emissões antrópicas de gases com efeito de estufa e aerossóis.\n4. O quociente isotópico $^{13}\text{C}/^{12}\text{C}$ ($\delta^{13}\text{C}$) no $\text{CO}_2$ atmosférico desce ao mesmo tempo que se dilui a concentração do isótopo radioativo $^{14}\text{C}$ (efeito Suess).\na) Define forçamento radiativo (em $\text{W/m}^2$) e, baseando-te nos dados 1 e 2, deduz o sinal líquido do forçamento solar e vulcânico durante as últimas quatro décadas.\nb) A partir do dado 3, justifica por que razão as simulações climáticas demonstram que o forçamento antrópico é o fator causal determinante e não uma correlação espúria.\nc) Com o dado 4, deduz que tipo de fonte de carbono (emissões vulcânicas, biomassa vegetal viva ou combustíveis fósseis) é desprovida de $^{14}\text{C}$ e está empobrecida em $^{13}\text{C}$, demonstrando a origem do excesso de $\text{CO}_2$.

Analisa as disparidades geográficas do aquecimento a partir desta situação:\nNos últimos verões, a Península Ibérica registou ondas de calor históricas associadas a cristas anticiclónicas estagnadas, enquanto o Ártico aquecia a um ritmo quase três vezes superior à média global (amplificação ártica).\na) Explica a sequência de retroalimentações físicas (balanço radiativo, albedo do gelo/neve e absorção oceânica) responsável por o Ártico experimentar um aquecimento muito mais intenso do que o resto do planeta.\nb) A corrente de jato polar (jet stream) depende do gradiente térmico entre o polo e as latitudes temperadas. Prevê como a amplificação ártica afeta a velocidade e a ondulação do jato, e deduz por que razão isto propicia situações meteorológicas extremas e persistentes (bloqueios anticiclónicos, depressões isoladas em altitude) sobre latitudes médias.\nc) Numa bacia semiárida mediterrânica, analisa o ciclo solo-atmosfera: prevê o que acontece à partição entre calor sensível e calor latente quando o solo esgota a sua humidade na primavera e justifica como este fenómeno amplifica as temperaturas extremas estivais.

Uma estância de esqui a $1800\ \text{m}$ de altitude nos Pirenéus viu a sua temporada média de neve natural ser reduzida de 120 para 75 dias nas últimas três décadas. Para manter a atividade económica, a empresa gestora planeia construir uma albufeira de $200\,000\ \text{m}^3$ de água e instalar canhões de neve artificial para cobrir $80\ \%$ do domínio esquiável.\na) Justifica por que razão esta solução técnica pode ser considerada um exemplo de «má adaptação», analisando o seu balanço energético, a sua pegada de carbono e o impacto sobre a disponibilidade hídrica dos ecossistemas fluviais a jusante.\nb) Se a isoterma de $0\ \text{°C}$ no inverno subir $150\ \text{m}$ adicionais durante as próximas décadas, avalia os limites termodinâmicos da produção de neve técnica (temperatura de bolbo húmido) e prevê a viabilidade da estância a médio prazo.\nc) Concebe uma proposta alternativa de adaptação socioeconómica e ecológica para o vale que substitua a monocultura da neve, justificando de que modo diversifica o emprego e protege a biodiversidade alpina.

Para ter $50\ \%$ de probabilidades de limitar o aquecimento a $1{,}5\ \text{°C}$, o orçamento de carbono remanescente mundial estima-se em cerca de $250\ \text{Gt}$ de $\text{CO}_2$. Atualmente, a humanidade emite aproximadamente $40\ \text{Gt}$ anuais.\na) Demonstra matematicamente que, se as emissões mundiais fossem reduzidas de forma linear a partir de hoje até atingir o zero líquido, o tempo disponível para alcançar a neutralidade sem esgotar o orçamento de $250\ \text{Gt}$ seria de apenas $12{,}5$ anos (em comparação com os $6{,}25$ anos se permanecessem constantes). Deduz a implicação deste desfasamento temporal para as políticas de mitigação imediata.\nb) Explica por que razão o aquecimento acumulado depende das emissões históricas acumuladas e não do fluxo de emissão anual, deduzindo por que motivo estabilizar as emissões num valor constante não trava a subida das temperaturas.\nc) Muitos cenários de mitigação contemplam uma «ultrapassagem» (overshoot), assumindo que ultrapassaremos o orçamento e depois arrefeceremos o planeta através de tecnologias de absorção de $\text{CO}_2$. Avalia criticamente dois riscos biofísicos ou ecológicos de confiar a estabilidade climática a estas tecnologias.

Analisa os seguintes dados de dois países perante uma cimeira internacional do clima:\n• País A (país desenvolvido): População: 40 milhões; emissões históricas acumuladas (1850-2020): $18\ \%$ do total mundial; emissões atuais per capita: $12\ \text{t}$ de $\text{CO}_2$/ano; PIB per capita: $42\,000\ \text{€}$.\n• País B (pequeno estado insular em desenvolvimento): População: 1 milhão; emissões históricas acumuladas: $<0{,}05\ \%$; emissões atuais per capita: $1{,}2\ \text{t}$ de $\text{CO}_2$/ano; PIB per capita: $3\,000\ \text{€}$; o seu território sofre salinização de aquíferos e erosão costeira irreversível devido à subida do nível do mar.\na) Aplica o princípio das «responsabilidades comuns, mas diferenciadas e respetivas capacidades» para justificar que obrigações concretas de financiamento e mitigação deve o País A assumir em relação ao Fundo de Perdas e Danos em benefício do País B.\nb) O País A propõe fixar um corte idêntico de $40\ \%$ nas emissões de todos os países relativamente aos seus níveis atuais até 2035. Avalia, com critérios de justiça climática e desenvolvimento socioeconómico, o impacto assimétrico desta proposta sobre o País B.\nc) Desenha um critério equitativo de partilha do esforço de mitigação que pondere as emissões acumuladas históricas, as emissões per capita e o índice de desenvolvimento humano, justificando por que razão a equidade é um requisito indispensável para a eficácia dos acordos climáticos.