Reflexões sobre o efeito estufa


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O fenômeno do efeito estufa, como descrito nos livros de Meteorologia, é questionável e desafia as leis da Termodinâmica! Esse fenômeno não está descrito nos livros de Física. A versão clássica o compara com o que ocorre nas casas de vegetação (estufa de plantas = greenhouse), nas quais a radiação solar atravessa os painéis de vidro e aquece o chão e o ar interno. A radiação infravermelha térmica (IV), emitida dentro da casa de vegetação, não consegue passar pelo vidro, que a absorve por ser opaco a ela (vidro absorve comprimentos de onda superiores a 2,8 µm) e a impede de escapar para o ambiente exterior à casa de vegetação. Esse seria o fenômeno responsável pelo aumento de sua temperatura. Em princípio, ocorreria a mesma coisa na atmosfera terrestre. A radiação solar incide sobre a atmosfera, parte dela (30%) é refletida de volta para o espaço exterior por nuvens, moléculas do ar e pela própria superfície terrestre, porém boa parte atravessa a atmosfera e é absorvida pela superfície terrestre, que se aquece. Aquecida, a superfície emite radiação IV que, por sua vez, seria absorvida por gases constituintes minoritários da atmosfera, como vapor d’água (H₂O), gás carbônico (CO₂) e metano (CH₄), os chamados gases de efeito-estufa (GEE), que atuariam de forma semelhante ao vidro. Os GEE emitiriam a radiação IV absorvida em todas as direções, inclusive de volta à superfície. Essa seria a explicação para o ar adjacente à superfície ser mais quente que as camadas superiores da atmosfera. Em princípio, quanto maior a concentração dos GEE, maior seria a absorção da radiação pela atmosfera e emissão para a superfície e mais quente ficaria o planeta. Ou seja, maior injeção de CO₂ e CH₄ na atmosfera tenderia a intensificar o efeito-estufa.

A primeira vez que o fenômeno da “casa de vegetação aquecida” foi mencionado na literatura foi por Joseph Fourier (o mesmo da Matemática) em 1826. Depois, em 1859, John Tyndall descobriu que gases, como vapor d’água e CO₂ e CH₄, absorviam radiação IV. Em 1896, Svante Arrhenius (da Química) afirmou que, segundo seus cálculos, a temperatura global aumentaria de 5°C a 6°C se a concentração de CO₂ dobrasse. Arrhenius nem calculadora tinha e o IPCC precisou de complexos modelos de clima, que rodam em supercomputadores, e gastar bilhões de dólares para chegar ao mesmo número de Arrhenius. Entretanto, em 1909, Robert W. Wood construiu dois modelos de casa de vegetação, uma de vidro e outra de quartzo, que não absorve a radiação IV, e demonstrou que as temperaturas finais das duas eram semelhantes. Ou seja, a casa de vegetação se mantinha aquecida não por causa da propriedade do vidro absorver radiação IV, e sim porque o ar, aquecido e menos denso, ficava confinado dentro da casa de vegetação e não conseguia se misturar ou subir (convecção), dando lugar a ar mais frio proveniente de outras camadas atmosféricas, conforme ocorre na atmosfera livre. Portanto, a absorção pelos GEE não seria o mecanismo principal para aquecer o ar próximo à superfície. O assunto, porém, foi deixado de lado porque o clima era muito frio naquela época. Foi só em 1938 que um técnico em máquinas a vapor da British Electric, Guy S. Callendar, escreveu um artigo associando o aumento de temperatura observado entre 1925 e 1937 à emissão de CO₂ proveniente do aumento de geração de energia por termelétricas. Na época, ele foi amplamente refutado pelos “papas” da Climatologia, mas não desistiu. Ora, sabe-se hoje que o aumento da temperatura entre 1925-1946 foi devido ao aumento da atividade solar, maior transparência da atmosfera e maior frequência de eventos El Niño, portanto, natural! Em 1956, Charles Keeling modificou um cromatógrafo a gás a fim de medir CO₂ utilizando um comprimento de onda de radiação IV que é absorvido pelo CO₂, e passou a medir a concentração de CO₂ por absorção de IV e não por análises químicas como era feito até então. Keeling se associou a Callendar para defender o aquecimento global pelo CO₂. Porém, ninguém se importou muito, porque ocorreu em resfriamento global entre 1946-1976, embora a concentração de CO₂ estivesse crescendo rapidamente, diz-se que devido ao aumento da atividade industrial pós-guerra. A partir de 1977, o clima começou a se aquecer novamente e, em 1988, Dr. James Hansen, GISS/NASA, deu um depoimento no Congresso Americano afirmando que o aquecimento era devido ao aumento de CO₂, liberado pelo homem por meio da queima de combustíveis fósseis, petróleo, carvão mineral e gás natural. Nesse mesmo ano, foi criado o IPCC, e daí a histeria global se instalou! Como pode ser percebido, o efeito-estufa nunca foi comprovado ou teve sua existência demonstrada. Ao contrário, há 100 anos, Robert W. Wood já demonstrara que seu conceito é falso! Porém, uma mentira repetida inúmeras vezes, torna-se verdade.

Ao medir a emissão de IV pela Terra para o espaço exterior com sensores a bordo de plataformas espaciais, encontra-se uma temperatura efetiva de corpo negro igual a 255K (18°C negativos) pela Lei de Stefan-Boltzmann. A temperatura média do ar à superfície é cerca de 288K (15°C). Aí, é dito que “o efeito-estufa aumenta de 33°C (diferença entre 288 e 255) a temperatura na Terra e, se ele não existisse, a temperatura de superfície seria 18°C negativos”! Essa afirmação é falsa, pois, se não existisse atmosfera, não existiriam nuvens, por exemplo, que são responsáveis pela metade do albedo planetário. Assim, o fluxo de radiação solar seria 15% maior e a temperatura planetária igual a 268K (-5ºC). Mas, o mecanismo questionável é o processo de absorção e emissão de IV pelos GEE. Se o CO₂ for tratado como corpo negro, como ele absorve eficientemente radiação IV em 15 microns, sua emissão, que é máxima nesse comprimento de onda (Lei de Kirchhoff), corresponderia a uma temperatura de aproximadamente 193K (80°C negativos) decorrente da Lei de Wien. Um corpo frio (CO₂ no ar) aqueceria um corpo quente (superfície)? Certamente, isso fere a 2ª Lei da Termodinâmica! A teoria afirma que os GEE absorvem IV por rotação de suas moléculas e vibração de seus átomos, somente nas frequências de IV que fazem suas moléculas entrarem em ressonância. Rotação e vibração são movimentos mecânicos, geram energia cinética que é dissipada, na forma de calor, por meio de choques com as mais de 2.600 moléculas dos principais constituintes atmosféricos, Nitrogênio (78%), Oxigênio (21%) e Argônio (0,9%), que envolvem cada molécula de CO₂. É sabido que a desativação colisional da molécula de CO₂ excitada vibracionalmente é cerca de 10 mil vezes mais rápida que o seu decaimento radiativo. Logo, se o CO₂ perde a IV absorvida por colisões com outras moléculas, não pode emitir IV. E, sendo seu percentual ínfimo na atmosfera (0,039%), sua contribuição ao aquecimento do ar, por colisão, é desprezível! Ou seja, se todo CO₂ fosse retirado da atmosfera, a variação da temperatura do ar não poderia ser detectada pelos instrumentos atuais. As moléculas da mistura gasosa denominada “ar” (matéria) são aquecidas quando se fornece calor a elas. É mais aceitável, então, que as temperaturas próximas da superfície sejam mais elevadas devido ao contato do ar com a superfície quente (condução, “chapa quente”) e à pressão atmosférica (peso do ar). Ou seja, a massa atmosférica, submetida à aceleração da gravidade (peso ÷ área = pressão), é que mantém o ar confinado na superfície e que se aquece por compressão (lei dos gases perfeitos=temperatura proporcional à pressão) e pelo calor conduzido. Quando o ar se aquece, sua densidade diminui tal que, se o empuxo, ao qual fica submetido, superar seu peso (1,20 kg/m³ a 20°C), é forçado a subir (convecção = transporte de calor por meio do transporte vertical da massa de ar) e é reposto por ar mais frio que vem de seu entorno e das camadas superiores. Portanto, o processo físico mais relevante para o aquecimento do ar é condução de calor da superfície quente, seguido da convecção. Em adição, o ar é aquecido por liberação de calor latente (convecção úmida = calor liberado para a atmosfera quando o vapor d’água se liquefaz, formando nuvens e chuva) e por um pequeno percentual de absorção direta de radiação solar. A emissão de radiação IV tem um papel secundário no controle da temperatura do ar próximo à superfície. A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que o calor flui do corpo quente para o frio. Como as camadas de ar acima da superfície são, em média, mais frias que ela, a energia (calor) não pode fluir da atmosfera para a superfície e aquece-la. Absorvendo radiação IV, as camadas de ar (matéria) funcionam como um isolante térmico imperfeito que, quando muito, retardam a taxa de resfriamento da superfície. Como os GEE, em particular o CO₂, são constituintes minoritários, eles dão muito pouca contribuição à massa gasosa atmosférica total e, consequentemente, a sua taxa de resfriamento. Em outras palavras, se os GEE não existissem, a temperatura do ar próximo à superfície atingiria valores semelhantes aos que ocorrem atualmente. Portanto, se a concentração de CO₂ dobrar devido às emissões antrópicas, de 0,039% para 0,078%, o aumento de sua massa molecular seria ínfimo e sua contribuição, para a temperatura do ar, desprezível.

Nos trópicos, a temperatura do ar próximo à superfície depende basicamente da cobertura de nuvens e da chuva. O ciclo hidrológico é o “termostato” da superfície. Quando o tempo está nublado e chuvoso, a temperatura é baixa. Isso porque, a cobertura de nuvens funciona como um guarda-sol, refletindo radiação solar de volta para o espaço exterior em sua parte superior. Simultaneamente, a água da chuva é mais fria e sua evaporação rouba calor da superfície, refrigerando o ar. Quando não há nuvens e chuva, acontece o contrário, entra mais radiação solar no sistema, aquece a superfície e, como não existe água para evaporar, o calor do Sol é usado quase que exclusivamente para aquecer o ar (calor sensível). Em adição, se o ar estiver úmido logo após uma chuva de verão, a sensação térmica é intensificada, pois a alta umidade do ar dificulta transpiração da pele, que é o mecanismo fisiológico que regula a temperatura dos seres humanos. Durante o período seco, tem-se ar descente sobre a região, que provoca alta pressão atmosférica, céu claro, inversão térmica e dificulta a ascensão do ar aquecido, reduzindo a cobertura de nuvens. Isso faz com que a superfície e o ar em contato atinjam temperaturas altas. Numa cidade, devido à impermeabilização do solo, não há água da chuva para evaporar e todo calor do Sol é usado para aquecer o ar. Como as cidades cresceram e a população se aglomerou nelas, a impressão que a população urbana tem é que o mundo está se aquecendo. Um termômetro, instalado numa cidade, corrobora com essa percepção, pois passa a medir temperaturas cada vez mais elevadas com o crescimento da área urbanizada com o tempo, o chamado “efeito de ilha de calor urbana”. Ou seja, a sensação térmica sentida pelo ser humano advém de condições atmosféricas locais e não globais. Não se conhece a metodologia de cálculo da “temperatura média global” e os locais das séries de temperaturas utilizadas pelo IPCC. São mantidos em segredo! Mas, se ela foi calculada utilizando-se termômetros “selecionados a dedo”, particularmente os instalados nos grandes centros urbanos onde se localizam as séries temporais mais longas, com dados contaminados pelo efeito de ilha de calor urbana, não é surpresa que a década de 2000 tenha sido considerada a “mais quente” dos últimos 650 anos! Na realidade, não há como calcular “uma temperatura média global” e a adotá-la como medida da variabilidade climática global. Uma medida mais adequada dessa variabilidade seria a estimativa da variação temporal do calor armazenado nos oceanos. Concluindo, o efeito-estufa, como descrito na literatura, nunca foi demonstrado e é difícil aceitar que o alegado processo de emissão pelos GEE, em particular o CO₂, seja o principal causador de temperaturas do ar altas próximas à superfície. A massa de ar atmosférico apenas retarda a perda de IV emitida pela superfície para o espaço exterior. As massas de CO₂ e CH₄ na atmosfera são muito pequenas e sua contribuição ao aquecimento do ar, por absorção de IV, é irrelevante. Frases como “temos que impedir que a temperatura aumente mais de 2°C, mantendo a concentração de CO₂ abaixo de 460 ppmv”, não têm sentido físico algum. Tal cálculo é proveniente de uma grande simplificação da equação de absorção radiativa dos GEE, “ajustada” para reproduzir o aumento de temperatura com a variação da concentração de CO₂ observada. E essa equação não tem base científica alguma! Portanto, a redução das emissões de carbono para a atmosfera não terá efeito algum sobre a tendência do clima, pois o CO₂ não controla o clima global. E a tendência para os próximos 20 anos é de um resfriamento global, mesmo que a concentração de CO₂ continue a aumentar. Considerando que 80% da matriz energética global dependem dos combustíveis fósseis, a imposição da redução das emissões de carbono, na realidade, afetará o desenvolvimento dos países pobres, particularmente o Brasil, aumentando as desigualdades sociais no planeta.

A cobertura de nuvens é um problema a parte, pois cobertura de nuvens se comporta como um “corpo sólido” perante à radiação IV. Nuvens de desenvolvimento vertical (cumulonimbo, Cb) absorvem radiação IV em sua base (~1 km de altitude, temperatura da base alta ~20°C = 293K) e emite em seu topo (~10 a 15 km de altitude, temperatura do topo muito baixa, ~ -70°C a -80°C = 203 a 193K). Portanto, o aumento da cobertura de nuvens do tipo Cb tenderia a aquecer o planeta. Os dados do projeto ISCCP (nebulosidade por satélite) mostra que a cobertura de nuvens global diminuiu de 5% entre 1982 e 1999. Isso corresponde a aumentar a entrada de radiação solar no sistema climático em 3,7 W/m² e, se forem usados os parâmetros de sensibilidade climática do IPCC, a temperatura global deveria ter subido de até 3°C, o que não aconteceu de acordo com as observações. De 1976 a 1999, a temperatura média global subiu de 0,4 °C. Ou seja, a diminuição da cobertura de nuvens já explica, até de mais, o aquecimento ocorrido entre 1976-1999. Esse é mais um argumento de que, da maneira como definido, o efeito-estufa, não existe. Atenção, é muito importante lembrar que não se nega que houve um aquecimento entre 1976-1999. Que houve aquecimento não há dúvidas, apenas discorda-se que ele tenha ocorrido devido à intensificação do efeito-estufa pelas emissões antrópicas. De 1999 até o presente, de acordo com os dados de satélite (MSU), a temperatura média global tem permanecido estável, embora a concentração de CO₂ tenha aumentado 11%. A Alemanha, o Japão e vários outros países desenvolvidos estão emitindo mais, pois precisam de energia “despachável”, que não ocorre com as renováveis, como eólica e solar. Estão sendo construídas e planejadas cerca de 1.600 termelétricas a carvão em todo mundo nos próximos 10 anos. Ainda bem que CO₂ não controla o clima global! Se não, ter-se-ia um problema de difícil solução!

Luiz Carlos Baldicero Molion é PhD em Meteorologia e pesquisador aposentado do INPE/MCTI, e professor aposentado da UFAL/MEC.

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