E2 Efeito Estufa e Opacidade Atmosférica

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O verdadeiro efeito estufa é um fenômeno de transferência radiativa: os gases de efeito estufa absorvem a radiação infravermelha em faixas específicas do espectro e a reemitem em todas as direções. Essa absorção e reemissão de radiação infravermelha pelos gases de efeito estufa aumenta a opacidade da atmosfera precisamente nessas faixas específicas do espectro. Quanto mais opaca a atmosfera se torna em uma faixa específica do espectro, menos radiação infravermelha nessa faixa consegue atravessá-la continuamente da superfície para o espaço sem ser absorvida e reemitida pelo menos uma vez ao longo do caminho.

A física que descreve essa absorção e reemissão de radiação infravermelha baseia-se em duas relações fundamentais: uma que descreve como a radiação infravermelha perde intensidade, camada por camada, à medida que atravessa uma atmosfera capaz de absorvê-la, e um conjunto de equações de transferência que, camada por camada da atmosfera, contabilizam quanta radiação infravermelha cada camada da atmosfera absorve, quanta radiação infravermelha ela emite e quanta radiação infravermelha ela simplesmente permite passar.

Entre os gases de efeito estufa, o forçamento radiativo produzido pelo dióxido de carbono não aumenta em proporção direta à sua concentração, mas sim logaritmicamente, porque as principais bandas de absorção do dióxido de carbono saturam: uma vez que uma banda específica do espectro absorve quase toda a radiação infravermelha que a atinge, adicionar mais dióxido de carbono à atmosfera não aumenta significativamente a absorção nessa banda específica do espectro, mesmo que a concentração de dióxido de carbono continue a subir. Portanto, cada vez que a concentração de dióxido de carbono dobra, essa duplicação produz aproximadamente o mesmo forçamento radiativo adicional, próximo de 3,7 watts por metro quadrado, independentemente de a duplicação ocorrer a partir de uma concentração baixa ou já alta de dióxido de carbono.

Quando a concentração de gases de efeito estufa aumenta, a atmosfera torna-se opaca à radiação infravermelha mesmo em altitudes mais elevadas do que antes e, portanto, a altitude de emissão efetiva — a altura a partir da qual a atmosfera finalmente consegue emitir radiação infravermelha para o espaço sem que nenhuma camada superior a reabsorva — aumenta. Como a temperatura da atmosfera diminui com a altitude, uma altitude de emissão efetiva mais alta também corresponde a uma temperatura de emissão mais baixa, e essa temperatura de emissão mais baixa reduz a radiação de ondas longas emitida, porque uma camada mais fria emite menos radiação infravermelha do que uma camada mais quente. Essa redução na radiação de ondas longas emitida é precisamente o que produz o aquecimento da superfície: enquanto a radiação de ondas longas emitida permanecer abaixo da energia solar absorvida pela Terra, a superfície terrestre continua a acumular energia e sua temperatura continua a subir.

Todo o efeito estufa descrito — desde a absorção e reemissão de radiação infravermelha pelos gases de efeito estufa até o eventual aquecimento da superfície — pode ser resumido nessa mesma cadeia: mais gases de efeito estufa elevam a altitude de emissão efetiva; uma altitude de emissão efetiva mais alta significa uma temperatura de emissão mais baixa; e uma temperatura de emissão mais baixa reduz a radiação de ondas longas emitida que equilibrava a energia solar absorvida, forçando a superfície da Terra a aquecer até que um novo equilíbrio, a uma temperatura superficial mais alta, iguale novamente a radiação de ondas longas emitida à energia solar absorvida.

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