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title: "A mudança do clima: observações, causas e projeções"
book: "Ciências da Terra e do espaço do ensino médio"
subject: earth
language: pt
chapter: 28
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/28-a-mudanca-do-clima-observacoes-causas-e-projecoes
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Earth and Space Sciences Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 28 — A mudança do clima: observações, causas e projeções

No alto da encosta norte do Mauna Loa, um vulcão no meio do oceano Pacífico, um conjunto de prédios brancos se ergue sobre a lava nua, a $3397\,\mathrm{m}$ acima do mar. Lá em cima, acima da camada de ar poluída pela ilha abaixo e a milhares de quilômetros de qualquer grande cidade, o ar é quase tão limpo e bem misturado quanto a atmosfera do planeta inteiro. Desde março de 1958, o seu gás carbônico é medido quase sem interrupção. O registro começou como o projeto de um químico; ele se tornou a curva mais famosa das ciências da Terra. Este capítulo lê essa curva e os outros registros do clima, explica como uma mudança no ar muda o [balanço de energia](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/3-o-balanco-de-energia-da-terra#def-g10-earth-energy-budget-energy-budget) do planeta, como os cientistas decidem o que causou o aquecimento que eles observam, e o que eles projetam para as próximas décadas.

![O Observatório de Mauna Loa, no Havaí, sobre antigos derrames de lava no alto do flanco norte do vulcão. Fotografia: Brian Vasel, NOAA (domínio público).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/img-897afae375ec.jpg)

*O Observatório de Mauna Loa, no Havaí, sobre antigos derrames de lava no alto do flanco norte do vulcão. Fotografia: Brian Vasel, NOAA (domínio público).*

**O que você já sabe.**

A Terra recebe energia do Sol como luz e perde a mesma quantidade, em média, para o espaço como radiação infravermelha; a fração da luz do Sol refletida é o [albedo](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/3-o-balanco-de-energia-da-terra#def-g10-earth-energy-budget-albedo) ([Capítulo 3](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/3-o-balanco-de-energia-da-terra#ch-g10-earth-energy-budget)). Os gases de efeito estufa — vapor de água, gás carbônico, metano — absorvem parte do infravermelho que a superfície emite e devolvem parte dele para baixo; esse efeito estufa mantém a superfície muito mais quente do que ela seria sem ele (os livros de química, e o Livro 1, 9º ano). Os [testemunhos de gelo](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/27-ler-os-climas-do-passado#def-g12-past-climates-ice-core) guardam bolhas de ar antigo e registram os [ciclos glaciais](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/27-ler-os-climas-do-passado#def-g12-past-climates-glacial-cycle) dos últimos 800 000 anos ([Capítulo 27](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/27-ler-os-climas-do-passado#ch-g12-past-climates)).

## 28.1 Os registros

![O teor de gás carbônico do ar em Mauna Loa: médias mensais (linha) e médias anuais (pontos), em partes por milhão (ppm) de ar seco. Dados: NOAA Global Monitoring Laboratory e Scripps Institution of Oceanography.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-8dc829a6262f.svg)

*O teor de gás carbônico do ar em Mauna Loa: médias mensais (linha) e médias anuais (pontos), em partes por milhão (ppm) de ar seco. Dados: NOAA Global Monitoring Laboratory e Scripps Institution of Oceanography.*

**Proposição 28.1 (O registro do gás carbônico).**

Em Mauna Loa, a concentração média anual de gás carbônico subiu de $316.0\,\mathrm{ppm}$ em 1959 para $427.4\,\mathrm{ppm}$ em 2025, e a subida está se acelerando: a concentração cresceu cerca de $0.9\,\mathrm{ppm}$ por ano na década de 1960 e cerca de $2.6\,\mathrm{ppm}$ por ano entre 2015 e 2025. Todo ano, a concentração também oscila cerca de $7\,\mathrm{ppm}$: ela é máxima em maio e mínima em setembro.

**Observação 28.2 (Por que a curva tem dentes).**

A oscilação anual é a respiração da vegetação do Hemisfério Norte, onde está a maior parte das plantas terrestres. Na primavera e no verão, as plantas absorvem pela fotossíntese mais gás carbônico do que elas e o solo liberam; no outono e no inverno, a decomposição e a respiração vencem. A subida de um ano para o outro é outra história: é o carbono dos combustíveis fósseis e das florestas derrubadas se acumulando no ar.

**Proposição 28.3 (Mais alto do que em pelo menos dois milhões de anos).**

Ao longo dos últimos 800 000 anos, as bolhas de ar do gelo antártico registram concentrações de gás carbônico entre cerca de $174\,\mathrm{ppm}$, nos [períodos glaciais](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/27-ler-os-climas-do-passado#def-g12-past-climates-glacial-cycle) mais frios, e $299\,\mathrm{ppm}$, nos [interglaciais](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/27-ler-os-climas-do-passado#def-g12-past-climates-glacial-cycle) mais quentes. O valor de hoje fica mais de $100\,\mathrm{ppm}$ acima do mais alto deles. As avaliações afirmam que a concentração em 2019 era mais alta do que em qualquer momento de pelo menos os últimos dois milhões de anos (*alta confiança*).

![O gás carbônico do gelo antártico ao longo de 800 000 anos: os ciclos glaciais o fazem variar entre cerca de 180 e 300\, ppm. O pico fino na extremidade direita é o gelo mais jovem, que registra o início da subida atual, até o ano de 2001. Dados: Bereiter e colaboradores (2015), NOAA Paleoclimatology.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-8dbaa0019c96.svg)

*O gás carbônico do gelo antártico ao longo de 800 000 anos: os [ciclos glaciais](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/27-ler-os-climas-do-passado#def-g12-past-climates-glacial-cycle) o fazem variar entre cerca de 180 e $300\,\mathrm{ppm}$. O pico fino na extremidade direita é o gelo mais jovem, que registra o início da subida atual, até o ano de 2001. Dados: Bereiter e colaboradores (2015), NOAA Paleoclimatology.*

![A temperatura média global da superfície, como diferença em relação à sua média de 1951–1980. Dados: NASA GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP v4).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-b45707063e1d.svg)

*A temperatura média global da superfície, como diferença em relação à sua média de 1951–1980. Dados: NASA GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP v4).*

**Proposição 28.4 (O aquecimento global observado).**

Cada uma das últimas quatro décadas foi mais quente que qualquer década anterior desde 1850. A temperatura global da superfície de 2011–2020 foi $1.09{}^{\circ}\mathrm{C}$ mais alta que a de 1850–1900 (muito provavelmente entre 0.95 e $1.20{}^{\circ}\mathrm{C}$), com mais aquecimento sobre os continentes ($1.59{}^{\circ}\mathrm{C}$) que sobre o oceano ($0.88{}^{\circ}\mathrm{C}$).

**Proposição 28.5 (O nível do mar sobe cada vez mais depressa).**

O nível médio global do mar subiu cerca de $0.20\,\mathrm{m}$ entre 1901 e 2018. A taxa foi de cerca de $1.3\,\mathrm{mm}$ por ano de 1901 a 1971, $1.9\,\mathrm{mm}$ por ano de 1971 a 2006 e $3.7\,\mathrm{mm}$ por ano de 2006 a 2018 (*alta confiança*). Os satélites, que medem a altura da superfície do mar desde 1993, encontram uma média de $3.2\,\mathrm{mm}$ por ano em 1993–2025. O mar sobe porque o oceano, ao se aquecer, se dilata, e porque as geleiras e os mantos de gelo perdem gelo para ele.

![O nível médio global do mar medido do espaço, mais ou menos a cada dez dias (sinal sazonal removido), em relação a um zero arbitrário. Dados de altimetria fornecidos pelo NOAA Laboratory for Satellite Altimetry.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-6996480ccac4.svg)

*O nível médio global do mar medido do espaço, mais ou menos a cada dez dias (sinal sazonal removido), em relação a um zero arbitrário. Dados de altimetria fornecidos pelo NOAA Laboratory for Satellite Altimetry.*

**Dados de 2025.**

A concentração média anual de gás carbônico em Mauna Loa em 2025 foi de $427.35\,\mathrm{ppm}$. No registro de temperatura da NASA, o ano mais quente até agora foi 2024, a $1.28{}^{\circ}\mathrm{C}$ acima da média de 1951–1980.

## 28.2 O forçamento radiativo

**Definição 28.6 (Forçamento radiativo).**

O *forçamento radiativo* de uma mudança no sistema climático — mais gás de efeito estufa, mais partículas de aerossóis, um Sol mais brilhante — é a variação que ela causa no fluxo líquido de energia que entra no sistema climático no topo da atmosfera, antes que a temperatura da superfície tenha tido tempo de responder. Ele é medido em watts por metro quadrado ($\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$) da superfície da Terra. Um forçamento positivo faz o planeta ganhar energia e se aquecer; um forçamento negativo o faz perder energia e se resfriar.

**Observação 28.7 (Forçamento efetivo).**

As avaliações usam o [forçamento radiativo](#def-g12-climate-change-forcing) *efetivo*, que conta também os ajustes rápidos da atmosfera (das suas nuvens, por exemplo) que acontecem antes que a superfície se aqueça. Todos os [forçamentos](#def-g12-climate-change-forcing) deste capítulo são [forçamentos](#def-g12-climate-change-forcing) efetivos.

**Proposição 28.8 (O forçamento desde 1750).**

As atividades humanas produziram um [forçamento radiativo](#def-g12-climate-change-forcing) total de $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ em 2019 em relação a 1750 (muito provavelmente entre 1.96 e $3.48\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$). Os gases de efeito estufa contribuem com um [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) positivo, liderado pelo gás carbônico ($2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$); as partículas de aerossóis, que refletem a luz do Sol e clareiam as nuvens, contribuem com um [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) negativo (cerca de $-1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ao todo). A variação do brilho do Sol no mesmo período contribui com apenas $0.01\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$.

![Os principais forçamentos radiativos efetivos de 1750 a 2019, com as suas faixas muito prováveis (barras de erro). Valores: Sexto Relatório de Avaliação do IPCC, Grupo de Trabalho I, Tabela 7.8.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-7b4a8fd90534.svg)

*Os principais [forçamentos radiativos](#def-g12-climate-change-forcing) efetivos de 1750 a 2019, com as suas faixas muito prováveis (barras de erro). Valores: Sexto Relatório de Avaliação do IPCC, Grupo de Trabalho I, Tabela 7.8.*

**Proposição 28.9 (O gás carbônico: cada duplicação acrescenta o mesmo forçamento).**

Numa boa aproximação, o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) do gás carbônico cresce com o *logaritmo* da sua concentração: cada duplicação acrescenta o mesmo [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing), $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ para uma duplicação a partir da concentração de 1750, $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$. O [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) de uma concentração $C$ é então

$$
F = F_{2\times}\,\frac{\ln (C/C_0)}{\ln 2}.
$$

**Exemplo 28.10 (Verificar a lei com a avaliação).**

Em 2019, a concentração era de $410\,\mathrm{ppm}$. A lei dá $F = 3.93 \times \ln(410/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.561 \approx
2.20\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$, a menos de 2 % dos $2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ que a avaliação dá para o gás carbônico em 1750–2019.

**Proposição 28.11 (Para onde vai a energia extra).**

Como o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) é positivo, o sistema climático ganha energia: cerca de $0.79\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ em média em 2006–2018, contra $0.50\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ em 1971–2006 (*alta confiança*). O oceano recebeu 91 % dessa energia; os continentes 5 %, o gelo que derrete 3 % e a atmosfera apenas 1 %.

## 28.3 Retroalimentações e sensibilidade climática

Quando a superfície se aquece, ela irradia mais energia para o espaço, o que tende a trazer o planeta de volta ao equilíbrio. Mas o aquecimento também muda outras coisas — o vapor de água do ar, a neve e o gelo no solo, as nuvens —, e essas mudanças alteram por sua vez o [balanço de energia](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/3-o-balanco-de-energia-da-terra#def-g10-earth-energy-budget-energy-budget).

**Definição 28.12 (Retroalimentação climática).**

Uma *retroalimentação climática* é uma mudança no sistema climático, causada por uma variação de temperatura, que altera o [balanço de energia](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/3-o-balanco-de-energia-da-terra#def-g10-earth-energy-budget-energy-budget) e, portanto, a própria variação de temperatura. Uma *retroalimentação positiva* amplifica a mudança inicial; uma *retroalimentação negativa* a amortece.

**Exemplo 28.13 (Três retroalimentações).**

- **Vapor de água (positiva).** Um ar mais quente contém mais vapor de água, um gás de efeito estufa, o que reforça o aquecimento.
- **Neve e gelo (positiva).** A neve e o gelo refletem a luz do Sol; quando eles derretem, o solo e o mar mais escuros embaixo absorvem mais dela, e o aquecimento aumenta.
- **Radiação para o espaço (negativa).** Uma superfície e uma atmosfera mais quentes irradiam mais infravermelho para o espaço. Essa resposta básica sempre vence no fim: é por isso que o clima se estabiliza num novo equilíbrio, mais quente, em vez de se aquecer sem limite.

![Duas retroalimentações positivas (laços vermelhos) amplificam um aquecimento; o infravermelho extra irradiado por um planeta mais quente (em azul) é uma retroalimentação negativa que o limita.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-77748ed068f3.svg)

*Duas [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback) positivas (laços vermelhos) amplificam um aquecimento; o infravermelho extra irradiado por um planeta mais quente (em azul) é uma [retroalimentação](#def-g12-climate-change-feedback) negativa que o limita.*

**Proposição 28.14 (O aquecimento no equilíbrio).**

Uma vez que o clima tenha atingido um novo equilíbrio, o aquecimento $\Delta T$ causado por um [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) constante $F$ é

$$
\Delta T = \frac{F}{\lambda},
$$

em que $\lambda$, o *parâmetro de [retroalimentação climática](#def-g12-climate-change-feedback)*, é a energia extra que o planeta perde para o espaço para cada grau de aquecimento. As avaliações combinam a radiação para o espaço ($3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$) com as [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback) positivas do vapor de água e do perfil de temperatura ($1.30$), do [albedo](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/3-o-balanco-de-energia-da-terra#def-g10-earth-energy-budget-albedo) da superfície ($0.35$) e das nuvens ($0.42$, na mesma unidade) em $\lambda \approx 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$.

**Demonstração parcial.** No novo equilíbrio, o sistema climático volta a perder para o espaço tanta energia quanto ganha, então a perda extra devida ao aquecimento, $\lambda\,\Delta T$, deve compensar o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing): $\lambda\,\Delta T = F$. Que a perda extra seja proporcional a $\Delta T$ é uma aproximação, boa para aquecimentos de alguns graus, e admitida aqui. ∎

**Definição 28.15 (Sensibilidade climática de equilíbrio).**

A *sensibilidade climática de equilíbrio* é o aquecimento da superfície da Terra, uma vez atingido um novo equilíbrio, depois que a concentração de gás carbônico foi duplicada em relação ao seu nível de 1750.

**Proposição 28.16 (Quão sensível é o clima?).**

Combinando todas as linhas de evidência — a física das [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback), o aquecimento observado, os climas do passado —, as avaliações dão uma melhor estimativa de $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ para a [sensibilidade climática de equilíbrio](#def-g12-climate-change-ecs), provavelmente entre 2.5 e $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ (*alta confiança*), e muito provavelmente entre 2 e $5{}^{\circ}\mathrm{C}$.

## 28.4 Quem é responsável?

**Método 28.17 (Ler uma afirmação das avaliações).**

As avaliações internacionais da ciência do clima classificam cada constatação num vocabulário fixo, impresso em itálico:

- uma *probabilidade* , a chance de um resultado: *virtualmente certo* 99–100 %, *extremamente provável* 95–100 %, *muito provável* 90–100 %, *provável* 66–100 %, *tão provável quanto não* 33–66 %, *improvável* 0–33 %, *muito improvável* 0–10 %;
- uma *confiança* , a força das evidências e da concordância por trás de uma constatação: muito baixa, baixa, média, alta, muito alta.

Uma faixa escrita $[x \text{ a } y]$ é uma faixa muito provável: há 90 % de chance de que o valor verdadeiro esteja dentro dela. Para ler uma afirmação, identifique a grandeza, a sua melhor estimativa, a sua faixa, e a probabilidade ou a confiança associada.

**Definição 28.18 (Atribuição).**

A *atribuição* é a avaliação de quanto de uma mudança observada se deve a cada uma das suas causas possíveis, com a probabilidade do resultado.

**Proposição 28.19 (A influência humana).**

É inequívoco que a influência humana aqueceu a atmosfera, o oceano e os continentes. Entre 1850–1900 e 2010–2019, a superfície global se aqueceu cerca de $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$. As atividades humanas causaram um aquecimento de $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $1.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (faixa provável), com melhor estimativa de $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$: os gases de efeito estufa bem misturados provavelmente aqueceram a superfície de 1.0 a $2.0{}^{\circ}\mathrm{C}$, e as outras influências humanas, sobretudo os aerossóis, provavelmente a resfriaram de 0 a $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$. O Sol e os vulcões a mudaram em apenas $-0.1$ a $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$, e as flutuações naturais do clima em $-0.2$ a $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$.

![O que causou o aquecimento observado: faixas prováveis de cada contribuição, com as melhores estimativas quando a avaliação dá uma (pontos); para o aquecimento observado, a sua faixa muito provável. Valores: Sexto Relatório de Avaliação do IPCC, Grupo de Trabalho I, Sumário para Formuladores de Políticas, A.1.3.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-d4d23f91c0fc.svg)

*O que causou o aquecimento observado: faixas prováveis de cada contribuição, com as melhores estimativas quando a avaliação dá uma (pontos); para o aquecimento observado, a sua faixa muito provável. Valores: Sexto Relatório de Avaliação do IPCC, Grupo de Trabalho I, Sumário para Formuladores de Políticas, A.1.3.*

## 28.5 Cenários e projeções

**Definição 28.20 (Cenário e projeção).**

Um *cenário de emissões* é uma história coerente de como as emissões de gases de efeito estufa e de aerossóis poderiam evoluir no futuro. Uma *projeção* é a resposta do clima calculada por modelos para um dado cenário. Uma projeção não é uma previsão: ela diz o que aconteceria *se* o cenário se realizasse.

**Proposição 28.21 (Aquecimento e subida do nível do mar projetados).**

As avaliações usam cinco [cenários](#def-g12-climate-change-scenario) principais, de emissões muito baixas (SSP1-1.9) a emissões muito altas (SSP5-8.5). Para 2081–2100, em relação a 1850–1900, elas projetam os aquecimentos abaixo (melhores estimativas e faixas muito prováveis, em ${}^{\circ}\mathrm{C}$) e, até 2100, as subidas prováveis do nível médio global do mar em relação a 1995–2014. Em todos os [cenários](#def-g12-climate-change-scenario), o mar continua subindo ao longo do século (*virtualmente certo*). A última vez em que a superfície global ficou $2.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ ou mais acima de 1850–1900 foi há mais de três milhões de anos (*média confiança*).

| [cenário](#def-g12-climate-change-scenario) | emissões | aquecimento 2081–2100 (${}^{\circ}\mathrm{C}$) | subida do nível do mar até 2100 (m) |
| --- | --- | --- | --- |
| SSP1-1.9 | muito baixas | 1.4 (1.0 a 1.8) | 0.28 a 0.55 |
| SSP1-2.6 | baixas | 1.8 (1.3 a 2.4) | 0.32 a 0.62 |
| SSP2-4.5 | intermediárias | 2.7 (2.1 a 3.5) | 0.44 a 0.76 |
| SSP3-7.0 | altas | 3.6 (2.8 a 4.6) | — |
| SSP5-8.5 | muito altas | 4.4 (3.3 a 5.7) | 0.63 a 1.01 |

![O aquecimento projetado no fim do século para os cinco cenários: faixa muito provável (barra) e melhor estimativa (traço preto). Valores: Sexto Relatório de Avaliação do IPCC, Grupo de Trabalho I, Tabela SPM.1.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/fig-983d7d6c5386.svg)

*O aquecimento projetado no fim do século para os cinco [cenários](#def-g12-climate-change-scenario): faixa muito provável (barra) e melhor estimativa (traço preto). Valores: Sexto Relatório de Avaliação do IPCC, Grupo de Trabalho I, Tabela SPM.1.*

**Observação 28.22 (O que este capítulo não diz).**

O [cenário](#def-g12-climate-change-scenario) que o mundo vai seguir depende das emissões futuras, ou seja, de decisões que não são questões de física. A ciência física diz como o clima responde a cada um; a escolha entre eles cabe às sociedades, e os seus custos e benefícios são estudados por outras ciências.

**História — Uma curva que começou como o projeto de um químico.**

Em março de 1958, o químico Charles David Keeling, da Scripps Institution of Oceanography, começou a medir o gás carbônico do ar em Mauna Loa com um instrumento preciso o bastante para ver variações de uma fração de parte por milhão. Em poucos anos, o seu registro mostrava ao mesmo tempo a respiração anual da vegetação e uma subida constante. As medições, continuadas desde então pela Scripps e pela agência americana do tempo e do oceano, são o registro direto mais longo da composição da atmosfera.

![Charles David Keeling (à esquerda) e John Chin no Observatório de Mauna Loa em 1997, ao lado da placa que dá o nome de Keeling a um prédio. Fotografia: John Miller, NOAA (domínio público).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g12-climate-change/img-3828b2dbe167.jpg)

*Charles David Keeling (à esquerda) e John Chin no Observatório de Mauna Loa em 1997, ao lado da placa que dá o nome de Keeling a um prédio. Fotografia: John Miller, NOAA (domínio público).*

## 28.6 Exercícios

**Exercício 28.1 ★.**

O que é o [forçamento radiativo](#def-g12-climate-change-forcing) de uma mudança no sistema climático? Em que unidade ele é medido, e o que significa o seu sinal?

**Solução de Exercício 28.1.**

A variação que ela causa no fluxo líquido de energia que entra no sistema climático no topo da atmosfera, antes que a temperatura da superfície responda; medido em $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$. Positivo: o planeta ganha energia e se aquece; negativo: ele perde energia e se resfria.

**Exercício 28.2 ★.**

Em que mês do ano a concentração de gás carbônico em Mauna Loa é máxima, e em qual é mínima? Explique a oscilação anual.

**Solução de Exercício 28.2.**

Máxima em maio, mínima em setembro. Na primavera e no verão, a vegetação do Hemisfério Norte, onde cresce a maior parte das plantas terrestres, absorve pela fotossíntese mais gás carbônico do que as plantas e os solos liberam; no outono e no inverno, a decomposição e a respiração dominam e a concentração volta a subir.

**Exercício 28.3 ★.**

No vocabulário das avaliações, que probabilidade significa *muito provável*? E *provável*? O que significa uma faixa escrita $[0.95 \text{ a } 1.20]$?

**Solução de Exercício 28.3.**

*Muito provável*: uma probabilidade de 90 a 100 %; *provável*: de 66 a 100 %. $[0.95 \text{ a } 1.20]$ é uma faixa muito provável: 90 % de chance de que o valor verdadeiro esteja entre 0.95 e 1.20.

**Exercício 28.4 ★.**

Da energia extra que o sistema climático ganhou nas últimas décadas, que parte foi para o oceano? Por que isso explica que o nível do mar suba mesmo sem derretimento de gelo?

**Solução de Exercício 28.4.**

91 %. A água se dilata quando se aquece: um oceano mais quente ocupa mais volume, então a sua superfície sobe mesmo que nenhuma água seja acrescentada (o gelo continental que derrete acrescenta água além disso).

**Exercício 28.5 ★.**

Dê duas [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback) climáticas positivas e a resposta negativa que limita o aquecimento. Explique cada uma numa frase.

**Solução de Exercício 28.5.**

O vapor de água: um ar mais quente contém mais vapor de água, um gás de efeito estufa, o que reforça o aquecimento. A neve e o gelo: o derretimento descobre superfícies mais escuras, que absorvem mais luz do Sol. A resposta negativa: um planeta mais quente irradia mais infravermelho para o espaço, o que o traz de volta ao equilíbrio.

**Exercício 28.6 ★★.**

A concentração média anual de gás carbônico em Mauna Loa foi de $315.98\,\mathrm{ppm}$ em 1959 e de $427.35\,\mathrm{ppm}$ em 2025. Em quantos ppm, e em que porcentagem, ela aumentou? Qual foi o crescimento médio por ano ao longo de todo o período?

**Solução de Exercício 28.6.**

$427.35 - 315.98 = 111.37\,\mathrm{ppm}$; $111.37/315.98 \approx 0.352$, um aumento de cerca de 35 %. Em 66 anos: $111.37/66 \approx
1.7\,\mathrm{ppm}$ por ano, em média.

**Exercício 28.7 ★★.**

Use a lei logarítmica do capítulo, com $F_{2\times} =
3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ e $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$, para calcular o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) do gás carbônico a $427.35\,\mathrm{ppm}$, a média anual de 2025.

**Solução de Exercício 28.7.**

$F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.4300/0.6931 \approx
2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$.

**Exercício 28.8 ★★.**

A $3.7\,\mathrm{mm}$ por ano, a taxa de 2006–2018, quanto o nível do mar subiria em 30 anos? Quantas vezes mais rápida é essa taxa que a de 1901–1971, $1.3\,\mathrm{mm}$ por ano?

**Solução de Exercício 28.8.**

$3.7 \times 30 = 111\,\mathrm{mm}$, cerca de $11\,\mathrm{cm}$. $3.7/1.3 \approx 2.8$: quase três vezes mais rápida.

**Exercício 28.9 ★★.**

Usando $\Delta T = F/\lambda$ com $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$, calcule o aquecimento de equilíbrio que o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) humano total de 2019, $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$, produziria. O aquecimento observado causado pelo homem é de apenas cerca de $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$. Dê a principal razão da diferença.

**Solução de Exercício 28.9.**

$\Delta T = 2.72/1.16 \approx 2.3{}^{\circ}\mathrm{C}$. O clima não está em equilíbrio: o oceano, que absorve cerca de 90 % da energia extra, se aquece devagar, então a superfície ainda não alcançou o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) (o sistema ainda ganha cerca de $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$).

**Exercício 28.10 ★★.**

O Sol e os vulcões mudaram a temperatura global entre 1850–1900 e 2010–2019 em $-0.1$ a $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$, enquanto o aquecimento observado foi de cerca de $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$. O que você pode concluir? Que outra causa natural também deve ser descartada, e o que a avaliação diz sobre ela?

**Solução de Exercício 28.10.**

O Sol e os vulcões explicam no máximo $0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ de um aquecimento de $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$: eles não podem ser a sua causa. A outra causa natural é a variabilidade interna do clima (as suas flutuações naturais, como as trocas de calor entre o oceano e a atmosfera); a avaliação estima a sua contribuição em $-0.2$ a $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$, também pequena demais.

**Exercício 28.11 ★★.**

Usando a tabela das projeções, em que [cenários](#def-g12-climate-change-scenario) o aquecimento de 2081–2100 muito provavelmente fica abaixo de $2{}^{\circ}\mathrm{C}$? Em qual ele muito provavelmente passa de $2{}^{\circ}\mathrm{C}$?

**Solução de Exercício 28.11.**

Muito provavelmente abaixo de $2{}^{\circ}\mathrm{C}$: só o SSP1-1.9 (faixa muito provável de 1.0 a 1.8). Muito provavelmente acima: o SSP2-4.5 (2.1 a 3.5), o SSP3-7.0 (2.8 a 4.6) e o SSP5-8.5 (3.3 a 5.7). Para o SSP1-2.6 (1.3 a 2.4), nenhum dos dois é muito provável.

**Exercício 28.12 ★★★.**

Os aerossóis produziram um [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) de cerca de $-0.22$ e de $-0.84\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ (pela luz do Sol e pelas nuvens). Se todos os aerossóis fossem retirados do ar e todo o resto continuasse como em 2019, qual seria o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) humano total? Em quanto aumentaria o aquecimento de equilíbrio, com $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$?

**Solução de Exercício 28.12.**

O [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) dos aerossóis é $-0.22 - 0.84 = -1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$; sem ele, o total passa a $2.72 + 1.06 = 3.78\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$. O aquecimento de equilíbrio aumenta $1.06/1.16 \approx 0.9{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**Exercício 28.13 ★★★.**

Mostre, a partir da lei logarítmica, que ir de $278\,\mathrm{ppm}$ a $556\,\mathrm{ppm}$ e ir de $556\,\mathrm{ppm}$ a $1112\,\mathrm{ppm}$ acrescentam o mesmo [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing). Qual é o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) total a $1112\,\mathrm{ppm}$?

**Solução de Exercício 28.13.**

Como $\ln(2C) - \ln C = \ln 2$ qualquer que seja $C$,

$$
F(556) - F(278) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}, \qquad
  F(1112) - F(556) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}:
$$

o mesmo [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) para cada duplicação. Total a $1112\,\mathrm{ppm}$: $2 \times 3.93 =
7.86\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$.

**Exercício 28.14 ★★★.**

Derive a lei logarítmica em relação a $C$. Quanto [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) acrescenta um ppm extra de gás carbônico a $280\,\mathrm{ppm}$, e quanto a $420\,\mathrm{ppm}$? Comente.

**Solução de Exercício 28.14.**

$\dfrac{\dd F}{\dd C} = \dfrac{F_{2\times}}{C \ln 2}$. A $280\,\mathrm{ppm}$: $3.93/(280 \times 0.6931) \approx 0.0202\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ por ppm; a $420\,\mathrm{ppm}$: $\approx 0.0135\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ por ppm. Cada ppm extra acrescenta menos [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) à medida que a concentração cresce (1.5 vez menos a 420 que a 280), mas a concentração continua subindo, então o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) continua crescendo.

**Exercício 28.15 ★★★.**

Sem nenhuma [retroalimentação](#def-g12-climate-change-feedback) além da radiação extra para o espaço, $\lambda_0 = 3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$. Calcule o aquecimento para uma duplicação do gás carbônico ($F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$) com $\lambda_0$, depois com $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$. Por que fator as [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback) amplificam o aquecimento?

**Solução de Exercício 28.15.**

$3.93/3.22 \approx 1.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ sem [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback); $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ com elas. Fator de amplificação: $3.22/1.16 \approx 2.8$.

## 28.7 Problema: a curva de Keeling em números

**Problema 28.1.**

Problema de fim de semana — da respiração anual da vegetação ao ano em que uma duplicação seria atingida

Um estudante baixa o registro de Mauna Loa e o trabalha com uma planilha. Em 2015–2024, a concentração mensal fica em média $3.37\,\mathrm{ppm}$ acima da tendência suavizada em maio e $3.51\,\mathrm{ppm}$ abaixo dela em setembro. As médias anuais são de $316.91\,\mathrm{ppm}$ em 1960, $325.68\,\mathrm{ppm}$ em 1970, $401.01\,\mathrm{ppm}$ em 2015 e $427.35\,\mathrm{ppm}$ em 2025. A concentração de 1750 era de $278\,\mathrm{ppm}$. Use a lei logarítmica com $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$.

**Parte I — A respiração da vegetação.**

1. Qual é a amplitude de pico a vale do ciclo anual?
2. Explique por que a concentração é máxima em maio e mínima em setembro.
3. O ciclo é muito mais fraco no ar do Hemisfério Sul. Sugira por quê.
4. Por que o observatório foi construído a $3397\,\mathrm{m}$ de altitude, num vulcão no meio do Pacífico?

**Parte II — A tendência.**

5. Calcule o crescimento médio, em ppm por ano, em 1960–1970.
6. Calcule-o em 2015–2025.
7. Por que fator a taxa de crescimento aumentou?
8. Em que porcentagem a concentração subiu entre 1750 e 2025?
9. Os [testemunhos de gelo](https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/27-ler-os-climas-do-passado#def-g12-past-climates-ice-core) nunca mostram mais de cerca de $300\,\mathrm{ppm}$ nos últimos 800 000 anos. Em quantos ppm o valor de 2025 ultrapassa isso?

**Parte III — O forçamento.**

10. Calcule o [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) do gás carbônico em 2025.
11. Calcule-o em 1960, e o aumento do [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) entre 1960 e 2025.
12. Que concentração acrescentaria $1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ao [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) de 2025?
13. Na taxa de crescimento de 2015–2025, quantos anos isso levaria?

**Parte IV — A duplicação.**

14. Qual é a concentração de uma duplicação do valor de 1750? Que [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) ela produz?
15. Com a melhor estimativa da [sensibilidade climática de equilíbrio](#def-g12-climate-change-ecs) , que aquecimento de equilíbrio ela causaria? Dê a faixa provável.
16. Que parâmetro de [retroalimentação](#def-g12-climate-change-feedback) $\lambda$ uma sensibilidade de $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ implica? Compare-o com o valor $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ obtido somando as [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback) .
17. Por que a superfície não atingiria esse aquecimento no dia em que a duplicação fosse atingida?
18. Por que um cálculo que simplesmente prolonga a taxa de crescimento de hoje é um [cenário](#def-g12-climate-change-scenario) , e não uma [projeção](#def-g12-climate-change-scenario) do tipo que as avaliações fazem?
19. Se a taxa de crescimento de 2015–2025 continuasse a mesma, em que ano a duplicação da concentração de 1750 seria atingida?

**Solução de Problema 28.1.**

**1.** $3.37 + 3.51 = 6.88\,\mathrm{ppm}$, cerca de $7\,\mathrm{ppm}$.

**2.** Da primavera ao fim do verão, as plantas do Hemisfério Norte retiram gás carbônico do ar pela fotossíntese mais depressa do que a respiração e a decomposição o devolvem: a concentração cai até setembro. No outono e no inverno, o balanço se inverte, e a concentração volta a subir até o seu máximo de maio.

**3.** O Hemisfério Sul tem muito menos terras, e portanto muito menos vegetação, que o Norte; a maior parte da sua superfície é oceano.

**4.** No alto, ele fica acima da camada de ar poluído perto do solo; longe dos continentes e das cidades, o ar que ele amostra é bem misturado e representa a atmosfera inteira, e não uma fonte local.

**5.** $(325.68 - 316.91)/10 \approx 0.88\,\mathrm{ppm}$ por ano.

**6.** $(427.35 - 401.01)/10 \approx 2.63\,\mathrm{ppm}$ por ano.

**7.** $2.634/0.877 \approx 3.0$: a taxa de crescimento triplicou.

**8.** $(427.35 - 278)/278 \approx 0.537$: cerca de 54 %.

**9.** $427.35 - 300 \approx 127\,\mathrm{ppm}$.

**10.** $F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 \approx
2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$.

**11.** $F(316.91) = 3.93 \times \ln(316.91/278)/\ln 2 \approx
0.74\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$; aumento de $2.44 - 0.74 \approx 1.70\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$.

**12.** Um $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ a mais multiplica a concentração por $2^{1/3.93} \approx 1.193$: $427.35 \times 1.193 \approx 510\,\mathrm{ppm}$.

**13.** $(509.8 - 427.35)/2.634 \approx 31$ anos.

**14.** $2 \times 278 = 556\,\mathrm{ppm}$; [forçamento](#def-g12-climate-change-forcing) $F_{2\times} =
3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$.

**15.** Pela definição da sensibilidade, $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (provavelmente de 2.5 a $4{}^{\circ}\mathrm{C}$).

**16.** $\lambda = 3.93/3 \approx 1.31\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$. A soma das [retroalimentações](#def-g12-climate-change-feedback), $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$, dá $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$, um pouco mais; a melhor estimativa avaliada combina essa física com o aquecimento observado e com os climas do passado, e os dois valores ficam na faixa provável.

**17.** O oceano armazena a maior parte da energia extra e se aquece devagar: a superfície só atinge o seu aquecimento de equilíbrio depois de décadas a séculos.

**18.** Ele supõe uma história das emissões futuras (o crescimento dos últimos dez anos mantido para sempre): isso é um [cenário](#def-g12-climate-change-scenario). Uma [projeção](#def-g12-climate-change-scenario) calcula a resposta do clima e do ciclo do carbono a um [cenário de emissões](#def-g12-climate-change-scenario) com modelos físicos, e dá faixas e probabilidades.

**19.** $(556 - 427.35)/2.634 \approx 48.8$ anos depois de 2025: por volta de **2074**.