27Ler os climas do passado

Em Dome C, a $3233\,\mathrm{m}$ de altitude sobre o manto de gelo da Antártida Oriental, o ar tem em média cerca de $-55{}^{\circ}\mathrm{C}$ ao longo do ano. Uma sonda que trabalhou ali parou a uma profundidade de $3260\,\mathrm{m}$, cerca de $15\,\mathrm{m}$ acima da rocha sob o gelo. O gelo mais profundo que ela trouxe contém bolhas minúsculas de ar de uns $800\,000$ anos: uma amostra da atmosfera de muito antes dos primeiros agricultores. Este capítulo lê o clima do passado no gelo, na lama dos lagos e do fundo do oceano, e nas rochas, e pergunta o que ele diz sobre hoje.

O que você já sabe

Uma geleira é uma massa de gelo que dura de um ano para o outro e flui sob o seu próprio peso; um manto de gelo cobre uma grande parte de um continente; uma glaciação é um longo período frio em que os mantos de gelo se estendem muito além dos polos (Livro 1, 8º ano). Nos testemunhos de gelo da Antártida, a neve registra a temperatura do ar e as bolhas guardam o próprio ar, e os dois registros sobem e descem juntos (Livro 1, 9º ano). Os átomos de um mesmo elemento podem diferir pelo seu número de nêutrons: esses isótopos se comportam da mesma forma na química, mas diferem na massa (os livros de física). O gás carbônico é um gás de efeito estufa (os livros de química). O período Quaternário começou há 2.58 milhões de anos (Livro 1, 7º ano).

27.1 Arquivos e indicadores

Ninguém mediu a temperatura do ar há $20\,000$ anos. Mas a Terra guardou registros sem querer: camadas de gelo e de lama, conchas e troncos de árvores, cada um dos quais mudou com o clima em que se formou.

Definição 27.1 (Arquivo climático; indicador indireto)

Um arquivo climático é um material natural depositado em camadas, uma depois da outra, que guarda um vestígio do clima da época em que se formou: o gelo polar, os sedimentos dos lagos e do fundo do oceano, os anéis das árvores, os corais, os depósitos das cavernas. Um indicador indireto (em inglês, proxy) é uma grandeza medida num arquivo que substitui uma variável climática que não foi medida: a parte de isótopos pesados na neve antiga para a temperatura do ar, a parte de cada tipo de pólen na lama dos lagos para a vegetação e, portanto, para o clima.

arquivo	indicador	informa sobre
gelo polar	isótopos pesados do gelo	temperatura do ar sobre o gelo
	ar das bolhas	gás carbônico, metano
sedimentos de lagos, turfa	pólen	vegetação, depois clima
sedimentos oceânicos	oxigênio-18 das conchas	volume de gelo, temperatura do fundo
anéis das árvores	largura dos anéis	condições de crescimento, ano a ano
corais, depósitos de cavernas	isótopos, faixas de crescimento	temperatura (mar, ar), chuva

Todo indicador precisa de duas coisas antes de poder ser lido. Ele precisa de um relógio: a idade de cada camada, pela contagem das camadas anuais onde elas são visíveis, pela datação radiométrica (Capítulo 25), ou pela correlação do registro com outro já datado. E ele precisa de uma calibração: a relação entre o que é medido e a variável climática, estabelecida hoje, quando as duas podem ser medidas juntas.

Método 27.2 (Ler um registro de indicador)

1. Identifique o arquivo e o indicador: o que foi medido, e em quê?
2. Descubra em que sentido o tempo corre no eixo, e em que unidade; verifique se o eixo do indicador está invertido.
3. Traduza o indicador: um valor mais alto significa mais quente ou mais frio, mais gelo ou menos?
4. Observe o espaçamento das amostras: um registro cujos pontos estão a $2000$ anos de distância não pode mostrar uma mudança que durou um século.
5. Leia os valores nas datas pedidas, ou as médias num intervalo, e calcule as variações e as taxas.
6. Diga o que o registro mostra no seu local, e só então se ele vale para a Terra inteira.

27.2 Testemunhos de gelo

Definição 27.3 (Testemunho de gelo)

Um testemunho de gelo é um cilindro de gelo extraído por perfuração de um manto de gelo ou de uma geleira. A sua profundidade dá a idade do gelo, mais antigo quanto mais profundo; o gelo registra a temperatura do ar em que a sua neve caiu, e as suas bolhas guardam amostras do ar da época.

A neve fresca é sobretudo ar. Enterrada sob a neve dos anos seguintes, ela é comprimida em firn, uma neve compactada cujos poros ainda deixam o ar passar. A uma densidade de cerca de 820 a $830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, alcançada a 50 a $120\,\mathrm{m}$ de profundidade, os poros se fecham e o ar fica preso em bolhas. O gelo guarda, portanto, dois registros diferentes. O ar das bolhas é uma amostra da atmosfera, cujo gás carbônico e cujo metano são medidos no laboratório. O próprio gelo guarda a temperatura: as moléculas de água que contêm um isótopo pesado (deutério ou oxigênio-18) se condensam mais facilmente que as leves, então, quanto mais frio o ar no caminho até o polo, mais pobre em isótopos pesados fica a neve.

O deutério do testemunho de Dome C foi convertido numa temperatura sobre o gelo, dada como uma variação em relação à média dos últimos mil anos. O gás carbônico vem das bolhas de vários testemunhos antárticos, reunidos num só registro. Os dois estão representados abaixo sobre um mesmo eixo do tempo.

As duas curvas compartilham um mesmo padrão: um deslizamento lento e irregular para o frio ao longo de dezenas de milhares de anos, depois uma subida rápida de volta ao calor, depois de novo o deslizamento.

Definição 27.4 (Período glacial; interglacial; ciclo glacial)

Um período glacial é um intervalo frio dentro de uma glaciação, durante o qual os mantos de gelo crescem muito além do seu tamanho atual. Um interglacial é um intervalo quente entre dois períodos glaciais, com mantos de gelo próximos dos de hoje ou menores; nós vivemos num, que começou há cerca de $11\,000$ anos. Um ciclo glacial é um período glacial com o interglacial que o encerra.

Ao longo de todo o registro, a temperatura em Dome C vai de $-10.6{}^{\circ}\mathrm{C}$, há cerca de $24\,000$ anos, a $+5.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, há cerca de $129\,000$ anos; o gás carbônico, de $174\,\mathrm{ppm}$ a $299\,\mathrm{ppm}$. A figura, em médias por intervalos de $2000$ anos, suaviza um pouco esses extremos. A contagem dos picos quentes dá oito ou nove ciclos glaciais, e o ritmo mais forte do registro de temperatura, calculado a partir dos seus dados, tem um período de cerca de $98\,000$ anos.

Proposição 27.5 (Temperatura e gás carbônico variam juntos)

Ao longo dos últimos $800\,000$ anos, a temperatura antártica e o gás carbônico do ar variaram juntos. Associar cada uma das 1639 medições de gás carbônico com mais de $2000$ anos à temperatura de Dome C da mesma idade dá um coeficiente de correlação $r = 0.92$, e a reta de mínimos quadrados

$$\mathrm{CO_2} \approx 267\,\mathrm{ppm} + 7.8\,\mathrm{ppm}/{}^{\circ}\mathrm{C} \times \Delta T ,$$

em que $\Delta T$ é a variação de temperatura em Dome C.

Uma correlação não diz qual mudou primeiro, nem se uma terceira causa moveu os dois: o coeficiente seria o mesmo se a temperatura comandasse o gás carbônico, se o gás carbônico comandasse a temperatura, ou se cada um empurrasse o outro. O que dá o ritmo de cerca de $100\,000$ anos é contado na seção sobre o oceano, mais abaixo, e como o gás carbônico age sobre a temperatura, no Capítulo 28.

27.2.1 O Último Máximo Glacial

Definição 27.6 (Último Máximo Glacial)

O Último Máximo Glacial é a época, de cerca de $23\,000$ a $19\,000$ anos atrás, em que os mantos de gelo do último período glacial estavam no seu maior tamanho.

No Último Máximo Glacial, mantos de gelo cobriam boa parte da América do Norte e do noroeste da Eurásia, e o clima era mais seco e mais poeirento que hoje. As avaliações estimam que a temperatura global da superfície era de $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $7{}^{\circ}\mathrm{C}$ mais baixa que em 1850–1900 (média confiança), com o gás carbônico entre 188 e $194\,\mathrm{ppm}$. A água presa nos mantos de gelo veio do oceano: o nível médio global do mar estava 125 a $134\,\mathrm{m}$ abaixo do de hoje.

Um mar mais baixo descobre o fundo raso em volta dos continentes. O mapa abaixo baixa o mar em $130\,\mathrm{m}$, o meio dessa faixa, sobre o fundo do Sudeste Asiático tal como ele é hoje.

Bornéu, Sumatra e Java formam uma só terra com a Península Malaia e a Indochina: a Plataforma de Sunda, hoje sob um mar raso, era terra firme. No mapa, uma descida de apenas cerca de $36\,\mathrm{m}$ basta para ligar Bornéu à Ásia, e Sumatra e Java se ligam a ela antes. No mapa, as terras acima do mar passam de 4.11 a 7.16 milhões de quilômetros quadrados, 1.74 vez mais. Na Terra inteira, a mesma descida de $130\,\mathrm{m}$ eleva a parte da superfície acima do mar de $29.0\,\%$ a $33.5\,\%$, cerca de 23 milhões de quilômetros quadrados de terras novas.

Exemplo 27.7 (A última deglaciação)

O aquecimento que se seguiu ao Último Máximo Glacial é chamado de última transição deglacial; as avaliações a situam entre cerca de $18\,000$ e $11\,000$ anos atrás. No registro de Dome C, a temperatura média do Último Máximo Glacial (de $23\,000$ a $19\,000$ anos atrás) é de $-9.4{}^{\circ}\mathrm{C}$; a média do intervalo seguinte, de $11\,000$ a $9000$ anos atrás, é de $-0.4{}^{\circ}\mathrm{C}$. O ar sobre a Antártida se aqueceu $9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$, enquanto o seu gás carbônico subia de $190\,\mathrm{ppm}$ a $264\,\mathrm{ppm}$, ou seja, $74\,\mathrm{ppm}$. Na Terra inteira, o aquecimento foi o resfriamento avaliado de 5 a $7{}^{\circ}\mathrm{C}$, cerca de $6{}^{\circ}\mathrm{C}$, distribuído pelos $7000$ anos da transição:

$$\frac{6{}^{\circ}\mathrm{C}}{7000\ \text{anos}} \approx 0.86{}^{\circ}\mathrm{C} \text{ por mil anos.}$$

Nesse meio-tempo, o nível do mar subiu de cerca de $-120\,\mathrm{m}$ a $-50\,\mathrm{m}$, em média cerca de $10\,\mathrm{mm}$ por ano.

27.3 O pólen

Toda primavera, as plantas liberam nuvens de pólen. A maior parte dele se perde, mas uma parte cai sobre lagos e turfeiras, afunda e é enterrada na lama, onde guarda um registro da vegetação que crescia em volta. E os grãos de cada tipo de planta têm a sua própria forma e o seu próprio tamanho.

Definição 27.8 (Análise polínica)

A análise polínica é a leitura da vegetação do passado a partir do pólen conservado nos sedimentos: em cada camada de um testemunho, os grãos são identificados e contados, e a parte de cada tipo de planta, em porcentagem dos grãos contados, é representada em função da profundidade num diagrama polínico.

A contagem do pólen desse modo começou com o geólogo sueco Lennart von Post, que apresentou o primeiro diagrama polínico moderno, com números, em 1916; um diagrama assim mostra a profundidade descendo na página e uma curva para cada tipo de planta. A vegetação, por sua vez, fala do clima: gramíneas e outras ervas quase sem árvores significam uma paisagem aberta e fria, enquanto o carvalho e a aveleira precisam de verões quentes.

Método 27.9 (Ler um diagrama polínico)

1. Leia o eixo vertical: a profundidade, com as camadas mais antigas embaixo; converta as profundidades em idades com as datações do testemunho.
2. Para cada camada, encontre as plantas com as maiores partes.
3. Divida o testemunho em zonas, cada uma com o seu próprio conjunto de plantas dominantes; ponha os limites onde as curvas mudam mais depressa.
4. Dê nome à vegetação de cada zona (ervas abertas, bosque de bétulas, floresta de pinheiros, floresta de folhosas) e ao clima de que ela precisa.
5. Leia as zonas de baixo para cima como uma história da paisagem.

No diagrama acima, a zona 1 é uma paisagem de ervas, com algumas bétulas: o território aberto e frio deixado pelo gelo. Na zona 2, a bétula, uma árvore resistente, se espalha primeiro; o pinheiro vem em seguida na zona 3; e na zona 4 a aveleira e o carvalho, que precisam de verões quentes, tomam o seu lugar. Lido de baixo para cima, o testemunho conta o fim do período glacial e a chegada do calor do interglacial, à medida que a floresta voltava a ocupar as terras.

27.4 Os sedimentos oceânicos e o ritmo astronômico

No fundo do oceano aberto, a lama se acumula devagar e sem interrupção, camada após camada, durante milhões de anos. Ela é cheia de conchas de foraminíferos: organismos unicelulares cuja concha, de uma fração de milímetro, é muitas vezes feita de calcita. Alguns flutuam perto da superfície; outros vivem no fundo do mar.

O oxigênio de uma concha vem da água do mar. A água feita com o isótopo leve oxigênio-16 evapora mais facilmente, e a neve que forma os mantos de gelo é por isso pobre em oxigênio-18. Quando os mantos de gelo crescem, eles armazenam essa água leve, e o oceano que fica se torna mais rico em oxigênio-18; o mesmo acontece com as conchas que crescem nele, tanto mais quanto mais fria é a água. A parte de oxigênio-18 nas conchas dos foraminíferos do fundo do mar, escrita $\delta^{18}\mathrm{O}$ e dada em partes por mil, é assim um indicador do volume de gelo sobre os continentes e da temperatura do oceano profundo: quanto mais alta, mais gelo e mais fria a água.

O registro abaixo, chamado LR04, empilha as medições de 57 testemunhos de todos os oceanos numa só curva de 5.3 milhões de anos.

Lido com o método acima, o registro diz três coisas.

• A Terra esfriou e o seu gelo cresceu. O valor médio sobe de $3.03\,\text{‰}$ entre 5.3 e 3 milhões de anos atrás para $4.15\,\text{‰}$ no último milhão de anos.
• As oscilações aumentaram. Épocas glaciais e interglaciais se alternam ao longo de todo o registro, mas oscilam cada vez mais: no Último Máximo Glacial, o valor era de $4.92\,\text{‰}$, contra $3.23\,\text{‰}$ hoje.
• O ritmo mudou. Entre 2.6 e 1.3 milhões de anos atrás, o período mais forte do registro, calculado a partir dos seus dados, é de $41\,000$ anos; nos últimos $700\,000$ anos, é de cerca de $98\,000$ anos, o ritmo dos testemunhos de gelo. A mudança aconteceu entre cerca de 1.25 e 0.7 milhão de anos atrás.

Esses períodos não são obra do acaso. Em 1976, James Hays, John Imbrie e Nicholas Shackleton encontraram nos sedimentos dos oceanos austrais três ritmos, de $23\,000$, $42\,000$ e cerca de $100\,000$ anos, que são os períodos das lentas mudanças da órbita e do eixo da Terra: a precessão do eixo, a inclinação do eixo (cerca de $41\,000$ anos) e a forma da órbita (cerca de $100\,000$ anos). Essas mudanças deslocam a luz do Sol que cada latitude recebe em cada estação, e elas marcam o compasso dos ciclos glaciais. Como elas o fazem, e por que o lento ritmo de $100\,000$ anos passou a dominar, é assunto de um curso universitário.

Dados de 2025

Em janeiro de 2025, o projeto Beyond EPICA anunciou que um testemunho perfurado em Little Dome C, a cerca de $35\,\mathrm{km}$ da estação Concordia, em Dome C, contém um registro contínuo de cerca de 1.2 milhão de anos nos seus $2480\,\mathrm{m}$ superiores. Ele cobre a época em que o ritmo glacial passou de $41\,000$ a $100\,000$ anos, e o gelo e o seu ar estão sendo analisados.

27.5 Os climas do tempo profundo

Mais atrás que os testemunhos de gelo, os climas do passado são lidos nos sedimentos, nas folhas e nos solos fósseis, e nos isótopos. O IPCC escolheu alguns períodos de referência, bem estudados, cujos climas ajudam a julgar as mudanças de hoje e de amanhã. O gráfico abaixo dá a sua temperatura global da superfície, em relação a 1850–1900.

período	temperatura (${}^{\circ}\mathrm{C}$)	gás carbônico (ppm)	nível do mar (m)
PETM, 56 Ma	de $+10$ a $+25$	cerca de 900, subindo a 2000	—
EECO, 53–49 Ma	de $+10$ a $+18$	de 1150 a 2500	de $+70$ a $+76$
MPWP, 3.3–3.0 Ma	de $+2.5$ a $+4.0$	de 360 a 420	de $+5$ a $+25$
LIG, 129–116 ka	de $+0.5$ a $+1.5$	de 266 a 282	de $+5$ a $+10$
LGM, 23–19 ka	de $-7$ a $-5$	de 188 a 194	de $-134$ a $-125$
MH, 6.5–5.5 ka	de $+0.2$ a $+1.0$	de 260 a 268	de $-3.5$ a $+0.5$

O Máximo Térmico do Paleoceno–Eoceno foi um aquecimento brusco, quando um grande pulso de carbono chegou ao oceano e ao ar: o oceano ficou mais ácido e mais pobre em oxigênio, e muitas espécies do mar profundo se extinguiram. No Ótimo Climático do Eoceno Inferior, o gás carbônico ficou acima de $1000\,\mathrm{ppm}$ durante milhões de anos, não havia gelo polar, e florestas quase tropicais cresciam a $70{}^{\circ}$ Sul. O Período Quente do Plioceno Médio é a última vez em que o gás carbônico esteve perto do de hoje: o Ártico era muito mais quente que agora, e o mar estava mais alto. No Último Interglacial, os mantos de gelo da Groenlândia e da Antártida Ocidental eram menores e o mar mais alto que hoje, e hipopótamos viviam na Grã-Bretanha.

Esses arquivos põem o presente em perspectiva, e o próprio IPCC faz a comparação. Em 2019, o gás carbônico do ar era mais alto do que em qualquer momento dos últimos dois milhões de anos, pelo menos (alta confiança), e os aumentos do gás carbônico e do metano desde 1750 superam de longe as variações naturais entre períodos glaciais e interglaciais ao longo de pelo menos $800\,000$ anos (muito alta confiança). A temperatura global da superfície subiu mais depressa desde 1970 do que em qualquer outro período de 50 anos ao longo de pelo menos os últimos $2000$ anos (alta confiança). A década 2011–2020 foi mais quente que os séculos mais quentes do interglacial atual, há cerca de $6500$ anos, e próxima do calor do Último Interglacial, há cerca de $125\,000$ anos (média confiança).

A velocidade da mudança também pode ser comparada. De 1970 a 2025, a tendência do registro da temperatura global é de $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por década, ou cerca de $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos se fosse mantida; o aquecimento ao sair do último período glacial foi em média de cerca de $0.86{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos. As causas da mudança de hoje, e o que ela pode vir a ser, são o assunto do Capítulo 28.

27.6 Exercícios

Exercício 27.1 ★

Dê o termo: (a) uma grandeza medida num arquivo que substitui uma variável climática não medida; (b) um cilindro de gelo extraído por perfuração de um manto de gelo; (c) um intervalo quente entre dois períodos glaciais; (d) a leitura da vegetação do passado a partir do pólen fóssil; (e) a época, de cerca de $23\,000$ a $19\,000$ anos atrás, em que os últimos mantos de gelo estavam no seu maior tamanho.

Solução

Solução de Exercício 27.1.

(a) um indicador indireto; (b) um testemunho de gelo; (c) um interglacial; (d) a análise polínica; (e) o Último Máximo Glacial.

Exercício 27.2 ★

Para cada indicador, dê o seu arquivo e aquilo sobre o que ele informa: (a) o ar das bolhas; (b) a parte de pólen de carvalho; (c) o oxigênio-18 das conchas dos foraminíferos do fundo do mar; (d) a largura dos anéis das árvores.

Solução

Solução de Exercício 27.2.

(a) O gelo polar: o gás carbônico e o metano do ar da época. (b) Os sedimentos de lagos ou a turfa: a vegetação, aqui árvores que precisam de verões quentes. (c) Os sedimentos oceânicos: o volume de gelo sobre os continentes e a temperatura do oceano profundo. (d) As árvores: as condições de crescimento, ano a ano.

Exercício 27.3 ★

Durante a última transição deglacial, de cerca de $18\,000$ a $11\,000$ anos atrás, o nível do mar subiu de cerca de $-120\,\mathrm{m}$ a $-50\,\mathrm{m}$. (a) Calcule a taxa média de subida, em milímetros por ano. (b) De 2006 a 2018, o nível do mar subiu $3.7\,\mathrm{mm}$ por ano. Compare.

Solução

Solução de Exercício 27.3.

(a) $-50 - (-120) = 70\,\mathrm{m}$ em $7000$ anos: $70\,000\,\mathrm{mm}/7000 = 10\,\mathrm{mm}$ por ano. (b) $10/3.7 \approx 2.7$: a subida média da deglaciação foi cerca de 2.7 vezes mais rápida que a de 2006–2018.

Exercício 27.4 ★

A temperatura global subiu $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por década de 1970 a 2025. Exprima essa taxa por século e por mil anos.

Solução

Solução de Exercício 27.4.

Um século são dez décadas: $2.0{}^{\circ}\mathrm{C}$ por século. Mil anos são cem décadas: $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos.

Exercício 27.5 ★

Hays, Imbrie e Shackleton encontraram três ritmos nos sedimentos oceânicos: $23\,000$, $42\,000$ e cerca de $100\,000$ anos. (a) Associe cada um à precessão do eixo, à inclinação do eixo e à forma da órbita. (b) Quantos ciclos de $41\,000$ anos cabem em $1\,000\,000$ anos? Quantos ciclos de $100\,000$ anos?

Solução

Solução de Exercício 27.5.

(a) $23\,000$ anos: a precessão do eixo; $42\,000$ anos: a inclinação do eixo; cerca de $100\,000$ anos: a forma da órbita. (b) $1\,000\,000/41\,000 \approx 24$ ciclos; $1\,000\,000/100\,000 = 10$ ciclos.

Exercício 27.6 ★★

A reta de mínimos quadrados do capítulo é $\mathrm{CO_2} \approx 266.6 + 7.83\,\Delta T$ (ppm, com $\Delta T$ em ${}^{\circ}\mathrm{C}$). (a) Preveja o gás carbônico para a temperatura média do Último Máximo Glacial em Dome C, $-9.4{}^{\circ}\mathrm{C}$, e compare com os $190\,\mathrm{ppm}$ medidos. (b) Preveja-o para o ponto mais quente, $+5.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, e compare com o valor mais alto medido, $299\,\mathrm{ppm}$. (c) Use a reta para estimar a temperatura em Dome C que corresponderia a $427\,\mathrm{ppm}$, o valor de 2025 em Mauna Loa. Por que este último uso da reta não se justifica?

Solução

Solução de Exercício 27.6.

(a) $266.6 + 7.83 \times (-9.4) \approx 266.6 - 73.6 = 193\,\mathrm{ppm}$: só $3\,\mathrm{ppm}$ acima dos $190\,\mathrm{ppm}$ medidos. (b) $266.6 + 7.83 \times 5.5 \approx 310\,\mathrm{ppm}$, $11\,\mathrm{ppm}$ acima do valor mais alto medido: o ponto mais quente fica abaixo da reta. (c) $\Delta T = (427 - 266.6)/7.83 \approx 20{}^{\circ}\mathrm{C}$. A reta só descreve como as duas grandezas variaram juntas, em ciclos naturais, dentro da faixa dos dados (de $-11{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $+6{}^{\circ}\mathrm{C}$, de 174 a $299\,\mathrm{ppm}$); ela não é uma lei, e um valor muito fora dessa faixa não pode ser lido nela.

Exercício 27.7 ★★

Use o diagrama polínico do lago das Colinas de Varden. (a) Qual é o pólen dominante a $580\,\mathrm{cm}$, e que paisagem ele indica? (b) A mesma pergunta a $340\,\mathrm{cm}$. (c) Que árvore se espalha primeiro depois do frio, e que árvores chegam por último? (d) Por que a chegada de uma árvore poderia se atrasar em relação ao aquecimento que a permitiu?

Solução

Solução de Exercício 27.7.

(a) As ervas, $84\,\%$: uma paisagem aberta quase sem árvores, fria. (b) O carvalho ($42\,\%$) e a aveleira ($34\,\%$): uma floresta de folhosas, com verões quentes. (c) A bétula se espalha primeiro, depois o pinheiro; a aveleira e o carvalho chegam por último. (d) As árvores só se espalham tão depressa quanto as suas sementes viajam e as suas árvores jovens crescem, a partir dos lugares onde sobreviveram ao frio; um solo também precisa se formar. A floresta pode se atrasar em relação ao clima.

Exercício 27.8 ★★

No mesmo testemunho, a lama a $600\,\mathrm{cm}$ tem $14\,000$ anos e a de $300\,\mathrm{cm}$ $6000$ anos, com uma taxa de deposição constante. (a) Calcule essa taxa em milímetros por ano. (b) Encontre a idade do limite entre as zonas 2 e 3, a $470\,\mathrm{cm}$. (c) Quantos anos representa uma fatia de $1\,\mathrm{cm}$ de espessura?

Solução

Solução de Exercício 27.8.

(a) $300\,\mathrm{cm}$, ou seja, $3000\,\mathrm{mm}$, em $8000$ anos: $3000/8000 = 0.375\,\mathrm{mm}$ por ano. (b) $6000 + (470 - 300)/300 \times 8000 \approx 6000 + 4530 \approx 10\,500$ anos. (c) $10/0.375 \approx 27$ anos.

Exercício 27.9 ★★

No mapa do Sudeste Asiático, as terras acima do mar passam de 4.11 a 7.16 milhões de quilômetros quadrados quando o mar baixa $130\,\mathrm{m}$. (a) Calcule o ganho e a sua porcentagem. (b) No mapa, uma descida de cerca de $36\,\mathrm{m}$ basta para ligar Bornéu à Ásia. A ilha esteve ligada durante todo o Último Máximo Glacial? Explique. (c) Por que a linha de costa do mapa é só aproximada?

Solução

Solução de Exercício 27.9.

(a) $7.16 - 4.11 = 3.05$ milhões de quilômetros quadrados, e $3.05/4.11 \approx 74\,\%$ de terras a mais. (b) Sim: no Último Máximo Glacial, o mar estava 125 a $134\,\mathrm{m}$ abaixo do de hoje, muito mais que os $36\,\mathrm{m}$ que ligam Bornéu à Ásia no mapa. (c) O mapa usa o fundo do mar de hoje, que não continuou exatamente o mesmo desde então (sedimentos se depositaram sobre ele, e o terreno se moveu um pouco); a grade também é grosseira, um ponto a cada 0.1 grau, e o nível mais baixo do mar só é conhecido com uma margem de cerca de dez metros.

Exercício 27.10 ★★

No registro LR04, o valor no Último Máximo Glacial é de $4.92\,\text{‰}$, e o de hoje, $3.23\,\text{‰}$. (a) Qual é o mais alto, e é isso que você esperava? Explique com os mantos de gelo. (b) Por que o eixo vertical do registro é traçado invertido?

Solução

Solução de Exercício 27.10.

(a) O valor do Último Máximo Glacial, $4.92\,\text{‰}$, é o mais alto. É o esperado: os grandes mantos de gelo da época armazenavam água pobre em oxigênio-18, o que deixava o oceano, e as conchas que cresciam nele, mais ricos em oxigênio-18; a água profunda também era mais fria. (b) Para que as épocas frias e cobertas de gelo fiquem embaixo e as épocas quentes em cima, como numa curva de temperatura.

Exercício 27.11 ★★

Um amigo diz: “A correlação de 0.92 entre a temperatura antártica e o gás carbônico prova que o gás carbônico controlou as glaciações.” (a) O que uma correlação mostra, e o que ela não mostra? (b) Dê duas outras explicações que dariam a mesma correlação. (c) Que tipo de informação sobre os dois registros ajudaria a decidir?

Solução

Solução de Exercício 27.11.

(a) Uma correlação mostra que os dois registros sobem e descem juntos, perto de uma reta; ela não mostra qual causou qual, nem que um deles causou o outro. (b) Um clima mais quente poderia ter liberado gás carbônico no ar; ou uma terceira causa, como as mudanças da órbita da Terra, poderia ter movido os dois; ou cada um poderia ter empurrado o outro. (c) A cronologia das mudanças, qual veio primeiro, a partir de uma datação precisa do gelo e do seu ar; e uma compreensão de como o gás carbônico age sobre a radiação da Terra (Capítulo 28).

Exercício 27.12 ★★★

O período mais forte do registro LR04 é de $41\,000$ anos entre 2.6 e 1.3 milhões de anos atrás, e de $98\,500$ anos nos últimos $700\,000$ anos. (a) Quantos ciclos cabem em cada janela? (b) Que mudança da órbita ou do eixo da Terra corresponde a cada período? (c) Explique por que um registro com uma amostra a cada $2000$ anos pode mostrar esses ritmos, mas não uma mudança que durou um século.

Solução

Solução de Exercício 27.12.

(a) $1\,300\,000/41\,000 \approx 32$ ciclos entre 2.6 e 1.3 milhões de anos atrás; $700\,000/98\,500 \approx 7$ ciclos nos últimos $700\,000$ anos. (b) $41\,000$ anos: a inclinação do eixo; cerca de $100\,000$ anos: a forma da órbita. (c) Um ciclo de $41\,000$ anos é amostrado cerca de $41\,000/2000 \approx 20$ vezes, o bastante para desenhá-lo; uma mudança que dura um século cai entre duas amostras, ou dentro de uma, e quase não deixa vestígio.

Exercício 27.13 ★★★

A taxa de aumento do gás carbônico foi de 192 a $198\,\mathrm{ppm}$ por século em 1995–2014. Durante o Máximo Térmico do Paleoceno–Eoceno, ela foi de 4 a $42\,\mathrm{ppm}$ por século, e durante a última transição deglacial, no máximo cerca de $10\,\mathrm{ppm}$ por século. (a) Quantas vezes mais rápido foi o aumento recente que o aumento mais rápido da última deglaciação? (b) E que a estimativa mais lenta e a mais rápida do PETM? (c) O aumento do PETM foi de cerca de 900 a cerca de $2000\,\mathrm{ppm}$. Quanto tempo ele teria levado a $42\,\mathrm{ppm}$ por século, e à taxa de hoje?

Solução

Solução de Exercício 27.13.

(a) $192/10 \approx 19$ e $198/10 \approx 20$: cerca de 20 vezes mais rápido. (b) Contra $4\,\mathrm{ppm}$ por século: de $192/4 = 48$ a $198/4 \approx 50$ vezes; contra $42\,\mathrm{ppm}$: de $192/42 \approx 4.6$ a $198/42 \approx 4.7$ vezes. O aumento de hoje é cerca de 5 a 50 vezes mais rápido que o do PETM. (c) O aumento é de $2000 - 900 = 1100\,\mathrm{ppm}$: $1100/42 \approx 26$ séculos, cerca de $2600$ anos, à taxa mais rápida do PETM; $1100/195 \approx 5.6$ séculos, menos de 600 anos, à taxa de hoje.

Exercício 27.14 ★★★

O IPCC estima que a temperatura global subiu de 1 a $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos na parte mais rápida da última deglaciação, e que sobre a Groenlândia ela subiu cerca de dez vezes mais depressa nos séculos de aquecimento mais rápido. (a) Dê a taxa da Groenlândia em ${}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos e por década. (b) Compare-a com a taxa global de hoje, de $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por década. (c) Por que uma taxa local não deve ser comparada diretamente com uma taxa global?

Solução

Solução de Exercício 27.14.

(a) Dez vezes 1 a $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$: de 10 a $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos, ou seja, de 0.10 a $0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ por década. (b) A taxa global de hoje, $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por década, é de 1.3 a 2 vezes o aquecimento mais rápido sobre a Groenlândia. (c) Um único lugar pode mudar muito mais que a média sobre o globo, em que as mudanças das diferentes regiões se compensam em parte: uma taxa global se compara com uma taxa global.

Exercício 27.15 ★★★

O nível do mar estava a cerca de $-50\,\mathrm{m}$ há $11\,000$ anos; suponha que ele tenha subido então a uma taxa constante de $12\,\mathrm{m}$ por mil anos, a taxa média da deglaciação principal. (a) Quando ele passou de $-36\,\mathrm{m}$, o nível que liga Bornéu à Ásia no mapa? (b) Depois dessa época, uma pessoa poderia ir a pé de Bornéu até a Península Malaia? (c) Quanto tempo o mar levaria para subir os últimos $36\,\mathrm{m}$, se tivesse continuado na mesma velocidade?

Solução

Solução de Exercício 27.15.

(a) $14\,\mathrm{m}$ a $12\,\mathrm{m}$ por mil anos levam $14/12 \approx 1.17$ mil anos, cerca de $1170$ anos: há cerca de $9800$ anos. (b) Não: o mar precisava ficar pelo menos $36\,\mathrm{m}$ abaixo do de hoje para ligar Bornéu à Ásia; uma vez passado o nível de $-36\,\mathrm{m}$, a ponte de terra ficou submersa, e Bornéu voltou a ser uma ilha. (c) $36/12 = 3$ mil anos, cerca de $3000$ anos; na verdade, a subida desacelerou depois de cerca de $8200$ anos atrás, então levou mais tempo.

Problema 27.1

Problema de fim de semana — 800 000 anos de gelo antártico

O gelo de Dome C e o ar das suas bolhas dão os valores seguintes. A temperatura é a variação sobre o gelo em relação aos últimos mil anos.

	variação de temperatura (${}^{\circ}\mathrm{C}$)	gás carbônico (ppm)
mais frio, há uns $24\,000$ anos	$-10.6$	—
mais quente, há uns $129\,000$ anos	$+5.5$	—
gás carbônico mínimo e máximo	—	174 e 299
média de $23\,000$ a $19\,000$ anos atrás	$-9.4$	190
média de $11\,000$ a $9000$ anos atrás	$-0.4$	264

O período mais forte do registro de temperatura é de cerca de $98\,000$ anos, e os 1639 pares de valores dão um coeficiente de correlação de 0.92.

Parte I — Ler os dois registros.

1. Que parte do gelo registra a temperatura, e qual registra o gás carbônico?
2. Calcule a amplitude total da variação de temperatura em Dome C.
3. Calcule a amplitude total do gás carbônico.
4. O que um coeficiente de correlação de 0.92 diz sobre os dois registros?
5. Na figura do capítulo com o eixo do tempo, hoje está à direita. Por que é preciso verificar em que sentido o tempo corre antes de ler uma figura assim?

Parte II — Valores glaciais e interglaciais.

6. Defina um período glacial e um interglacial.
7. Em qual dos dois nós vivemos, e desde quando?
8. Quantos ciclos de $98\,000$ anos cabem em $800\,000$ anos?
9. Que mudança da órbita da Terra tem um período próximo de $100\,000$ anos?
10. Antes de cerca de 1.25 milhão de anos atrás, qual era o ritmo principal dos ciclos glaciais?

Parte III — A última deglaciação.

11. Quanto subiu a temperatura sobre Dome C entre o Último Máximo Glacial e o intervalo de $11\,000$ a $9000$ anos atrás?
12. Quanto subiu o gás carbônico no mesmo intervalo?
13. A temperatura global do Último Máximo Glacial era de 5 a $7{}^{\circ}\mathrm{C}$ mais baixa que a de 1850–1900. Tome o meio dessa faixa. A variação antártica é maior ou menor?
14. A última transição deglacial durou de $18\,000$ a $11\,000$ anos atrás. Quanto tempo é isso?
15. Calcule a taxa média de aquecimento global durante a transição, em ${}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos.
16. Exprima essa taxa em ${}^{\circ}\mathrm{C}$ por década.

Parte IV — A taxa de hoje em comparação.

17. De 1970 a 2025, a temperatura global subiu $0.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por década. Exprima essa taxa por mil anos.
18. Quantas vezes mais rápido é o aquecimento de hoje que o aquecimento médio da última deglaciação?
19. Na parte mais rápida da deglaciação, a temperatura global subiu de 1 a $1.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos. Quantas vezes mais rápida que essas é a taxa de hoje?
20. Conclua: quantas vezes mais rápido que o aquecimento ao sair da última glaciação é o aquecimento global de hoje?

Solução

Solução de Problema 27.1.

1. O próprio gelo, pelos seus isótopos pesados, registra a temperatura; o ar das suas bolhas registra o gás carbônico.

2. $5.5 - (-10.6) = 16.1{}^{\circ}\mathrm{C}$.

3. $299 - 174 = 125\,\mathrm{ppm}$.

4. Os pontos ficam perto de uma reta: os dois registros subiram e desceram juntos. Isso não diz qual causou qual.

5. Os registros do passado são desenhados com as épocas mais antigas de um lado ou do outro; lido no sentido errado, um aquecimento seria tomado por um resfriamento.

6. Um período glacial é um intervalo frio dentro de uma glaciação, em que os mantos de gelo crescem muito além do seu tamanho atual; um interglacial é um intervalo quente entre dois períodos glaciais, com mantos de gelo próximos dos de hoje ou menores.

7. Num interglacial, que começou há cerca de $11\,000$ anos.

8. $800\,000/98\,000 \approx 8$: cerca de oito ciclos.

9. A forma da órbita.

10. Um ritmo de $41\,000$ anos, o período da inclinação do eixo.

11. $-0.4 - (-9.4) = 9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

12. $264 - 190 = 74\,\mathrm{ppm}$.

13. $6{}^{\circ}\mathrm{C}$; a variação antártica, $9.0{}^{\circ}\mathrm{C}$, é maior, cerca de 1.5 vez a global.

14. $18\,000 - 11\,000 = 7000$ anos.

15. $6/7 \approx 0.86{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos.

16. Mil anos são cem décadas: $0.86/100 \approx 0.0086{}^{\circ}\mathrm{C}$ por década.

17. $0.20 \times 100 = 20{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mil anos.

18. $20/0.86 \approx 23$ vezes.

19. $20/1.5 \approx 13$ e $20/1 = 20$: de 13 a 20 vezes.

20. O aquecimento global de hoje é cerca de vinte vezes mais rápido que o aquecimento ao sair da última glaciação: 23 vezes a sua taxa média, de 13 a 20 vezes a sua taxa mais rápida.