M5 Limite de estado climático - Estufa vs. Casa de gelo

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O sistema climático da Terra existiu em vários estados climáticos estáveis ​​ao longo da história geológica do planeta, e as transições entre esses estados envolvem a travessia de bifurcações globais dentro do próprio sistema climático. A gama de estados climáticos estáveis ​​inclui pelo menos três estados climáticos de transição. O primeiro é o clima de efeito estufa, como o que existiu durante o período Cretáceo, há cerca de noventa milhões de anos, com uma concentração de dióxido de carbono entre mil e duas mil partes por milhão, sem gelo polar permanente e temperaturas polares entre dez e vinte graus Celsius. O segundo é o clima glacial, como o que existe hoje durante o período Quaternário, com mantos de gelo permanentes em ambos os polos. O terceiro é a Terra Bola de Neve, um estado de congelamento quase total do planeta que ocorreu durante a era Proterozoica, entre setecentos e seiscentos e trinta e cinco milhões de anos atrás.

O modelo de balanço energético latitudinal captura a física essencial por trás desses estados climáticos estáveis: para cada latitude, a temperatura nessa latitude depende do equilíbrio entre a radiação solar absorvida e a radiação infravermelha emitida, além do transporte meridional de calor de outras latitudes. Nesse modelo de balanço energético latitudinal, o parâmetro crítico é o albedo: o gelo reflete entre sessenta e oitenta por cento da radiação solar que recebe, enquanto o oceano ou a terra nua refletem apenas entre seis e trinta por cento dessa mesma radiação solar.

Se o gelo avançar o suficiente em direção aos trópicos, cruzando uma latitude crítica próxima a trinta graus, a retroalimentação entre o gelo e o albedo torna-se catastroficamente positiva: quanto mais o gelo avança em direção aos trópicos, mais o albedo médio do planeta aumenta, e um albedo médio mais alto reflete mais radiação solar, resfriando ainda mais o planeta e impulsionando o gelo ainda mais em direção aos trópicos. Uma vez desencadeada essa retroalimentação catastroficamente positiva entre o gelo e o albedo, o planeta congela completamente e entra no estado de Terra Bola de Neve descrito anteriormente. A transição desse estado de Terra Bola de Neve requer o acúmulo de dióxido de carbono vulcânico ao longo de milhões de anos, até atingir uma pressão próxima a um décimo da pressão atmosférica atual, pois o gelo que cobre todo o planeta nesse estado reflete tanta radiação solar que nenhum outro mecanismo consegue aquecê-lo o suficiente para derretê-lo.

O Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, ocorrido há aproximadamente 56 milhões de anos, é o análogo paleoclimático mais próximo das atuais mudanças climáticas antropogênicas: uma injeção maciça de carbono, entre 3.000 e 10.000 gigatoneladas, em menos de 20.000 anos, produziu um aquecimento global entre 5 e 8 graus Celsius, acidificou os oceanos e levou à extinção de foraminíferos bentônicos que viviam no fundo do mar. O Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno demonstra que o sistema climático pode responder de forma não linear a forçantes de carbono muito rápidas, assim como as atuais mudanças climáticas antropogênicas também são, em essência, uma forçante de carbono muito rápida em comparação com a escala de tempo geológica. A análise da sensibilidade climática de equilíbrio em diferentes estados climáticos — o clima de efeito estufa do Cretáceo, o clima mais quente do Plioceno e o clima atual — revela que essa sensibilidade climática de equilíbrio depende do estado climático de fundo do sistema climático e não é um número fixo independente do estado climático estável em que o planeta se encontra. Essa dependência da sensibilidade climática de equilíbrio em relação ao estado climático de fundo conecta os três estados climáticos de fronteira descritos no início — o clima de efeito estufa, o clima glacial e a Terra Bola de Neve — com eventos de transição rápida, como o Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno: para entender o quanto o sistema climático atual se aquecerá em resposta a uma determinada injeção de carbono, não basta saber qual é essa injeção de carbono; é necessário também saber em qual estado climático de fundo, dentre esses diferentes estados climáticos estáveis, o sistema climático se encontra quando a recebe.

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