Em Silent Spring, Rachel Carson considera a artemísia ocidental. "Pois aqui a paisagem natural é eloqüente com a interação de forças que a criaram", escreve ela. “Está espalhado diante de nós como as páginas de um livro aberto em que podemos ler porque a terra é o que é e por que devemos preservar sua integridade. Mas as páginas não foram lidas. Ela está lamentando o desaparecimento de uma paisagem ameaçada, mas ela pode estar falando de marcadores de paleoclima.
Para saber onde você está indo, você tem que saber onde você esteve. Isso é particularmente verdadeiro para os cientistas do clima, que precisam entender toda a gama de mudanças do planeta para traçar o rumo do nosso futuro. Mas sem uma máquina do tempo, como eles conseguem esse tipo de dado?
Como Carson, eles têm que ler as páginas da Terra. Felizmente, a Terra manteve diários. Qualquer coisa que derrube camadas anuais - corais oceânicos, estalagmites de cavernas, árvores de vida longa, pequenas criaturas marinhas com conchas - registra fielmente as condições do passado. Para ir mais além, os cientistas dragam núcleos de sedimentos e núcleos de gelo do fundo do oceano e os pólos gelados, que escrevem suas próprias memórias em rajadas de cinzas e poeira e bolhas de gás há muito aprisionado.
Em certo sentido, então, temos máquinas do tempo: cada um desses proxies conta uma história um pouco diferente, que os cientistas podem tecer juntos para formar uma compreensão mais completa do passado da Terra.
Em março, o Museu Nacional de História Natural da Smithsonian Institution organizou um Simpósio sobre a História da Temperatura da Terra, com duração de três dias, que reuniu professores, jornalistas, pesquisadores e o público para melhorar sua compreensão do paleoclima. Durante uma palestra à noite, Gavin Schmidt, modelador climático e diretor do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA, e Richard Alley, um geólogo mundialmente famoso da Pennsylvania State University, explicaram como os cientistas usam os climas passados da Terra para melhorar os modelos climáticos que usamos para prever nosso futuro.
Aqui está o seu guia para os passados climáticos da Terra - não apenas o que sabemos, mas como o conhecemos.
Como olhamos para o clima passado da Terra?
É preciso um pouco de criatividade para reconstruir as encarnações passadas da Terra. Felizmente, os cientistas conhecem os principais fatores naturais que moldam o clima. Eles incluem erupções vulcânicas cujas cinzas bloqueiam o sol, mudanças na órbita da Terra que deslocam a luz solar para diferentes latitudes, a circulação dos oceanos e do gelo marinho, a disposição dos continentes, o tamanho do buraco de ozônio, explosões de raios cósmicos e desmatamento. Destes, os mais importantes são gases de efeito estufa que aprisionam o calor do sol, particularmente o dióxido de carbono e o metano.
Como observou Carson, a Terra registra essas mudanças em suas paisagens: em camadas geológicas, árvores fósseis, conchas fósseis e até xixi de rato cristalizado - basicamente qualquer coisa realmente antiga que seja preservada. Os cientistas podem abrir essas páginas do diário e perguntar o que estava acontecendo naquele momento. Os anéis de árvores são recordistas particularmente diligentes, registrando chuvas em seus anéis anuais; os núcleos de gelo podem manter relatos requintadamente detalhados de condições sazonais que remontam a quase um milhão de anos.
Os núcleos de gelo revelam camadas anuais de neve, cinzas vulcânicas e até remanescentes de civilizações há muito mortas. (Goddard / Ludovic Brucker da NASA) O que mais um núcleo de gelo pode nos dizer?
"Uau, há tanta coisa", diz Alley, que passou cinco temporadas de campo retirando gelo da cobertura de gelo da Groenlândia. Considere o que um núcleo de gelo realmente é: um corte transversal de camadas de neve que remontam a milênios.
Quando a neve cobre o chão, ela contém pequenos espaços aéreos cheios de gases atmosféricos. Nos pólos, camadas mais antigas se tornam enterradas e comprimidas em gelo, transformando esses espaços em bolhas de ar do passado, como os pesquisadores Caitlin Keating-Bitonti e Lucy Chang escrevem no Smithsonian.com. Os cientistas usam a composição química do próprio gelo (a proporção dos isótopos pesados e leves de oxigênio em H2O) para estimar a temperatura. Na Groenlândia e na Antártida, cientistas como Alley extraem núcleos de gelo inconcebivelmente longos - alguns com mais de três quilômetros de comprimento!
Os núcleos de gelo nos dizem quanta neve caiu durante um determinado ano. Mas eles também revelam poeira, sal marinho, cinzas de explosões vulcânicas distantes, até mesmo a poluição deixada pelo encanamento romano. "Se está no ar, está no gelo", diz Alley. Nos melhores casos, podemos datar os núcleos de gelo para a época e o ano exatos, contando as suas camadas anuais como anéis de árvores. E os núcleos de gelo preservam esses detalhes requintados que remontam a centenas de milhares de anos, fazendo deles o que Alley chama de “o padrão ouro” de proxies paleoclimáticos.
Espere, mas a história da Terra não é muito mais longa que isso?
Sim está certo. Os cientistas paleoclimáticos precisam voltar milhões de anos - e para isso precisamos de coisas ainda mais antigas que os núcleos de gelo. Felizmente, a vida tem um longo histórico. O registro fóssil da vida complexa remonta a algo em torno de 600 milhões de anos. Isso significa que temos proxies definitivas para mudanças no clima que se aproximam até agora. Um dos mais importantes são os dentes de conodontes - criaturas extintas, parecidas com enguias - que remontam a 520 milhões de anos.
Mas alguns dos proxies climáticos mais comuns nesta escala de tempo são ainda mais minúsculos. Os foraminíferos (conhecidos como “forames”) e as diatomáceas são seres unicelulares que tendem a viver no leito oceânico do oceano e muitas vezes não são maiores que o período no final desta frase. Porque eles estão espalhados por toda a Terra e existem desde o Jurássico, eles deixaram um robusto registro fóssil para os cientistas investigarem as temperaturas do passado. Usando isótopos de oxigênio em suas cascas, podemos reconstruir as temperaturas do oceano que remontam a mais de 100 milhões de anos atrás.
“Em todos os promontórios, em toda praia curva, em cada grão de areia há uma história da Terra”, escreveu certa vez Carson. Essas histórias, ao que parece, também estão escondidas nas águas que criaram essas praias e em criaturas menores que um grão de areia.
Foraminíferos (Ernst Haeckel) Quanta certeza temos para o passado profundo?
Para os cientistas paleoclimáticos, a vida é crucial: se você tem indicadores da vida na Terra, pode interpretar a temperatura com base na distribuição dos organismos.
Mas quando voltamos tão longe que já não há mais dentes conodontes, perdemos nosso principal indicador. Passado que nós temos que confiar na distribuição de sedimentos, e marcadores de geleiras passadas, que nós podemos extrapolar fora para aproximadamente indicialmente padrões de clima. Portanto, quanto mais recuamos, menos proxies temos e menos granular nossa compreensão se torna. "É apenas mais nebuloso e nebuloso", diz Brian Huber, paleobiólogo do Instituto Smithsoniano que ajudou a organizar o simpósio, juntamente com o cientista e curador paleo-pesquisador Scott Wing.
Como o paleoclima nos mostra a importância dos gases de efeito estufa?
Gases com efeito de estufa, como o próprio nome sugere, funcionam capturando o calor. Essencialmente, eles acabam formando uma manta isolante para a Terra. (Você pode se aprofundar mais na química básica aqui.) Se você observar um gráfico das Eras do Gelo passadas, poderá ver que os níveis de CO2 e as Idades do Gelo (ou temperatura global) se alinham. Mais CO2 é igual a temperaturas mais quentes e menos gelo, e vice-versa. "E nós sabemos a direção da causalidade aqui", observa Alley. “É principalmente de CO2 para (menos) gelo. Não o contrário."
Também podemos olhar retrospectivamente para instantâneos específicos para ver como a Terra responde a picos de CO2 no passado. Por exemplo, em um período de aquecimento extremo durante a era Cenozóica da Terra, cerca de 55, 9 milhões de anos atrás, foi liberado carbono suficiente para cerca do dobro da quantidade de CO2 na atmosfera. As conseqüentes condições quentes causaram destruição, causando migrações massivas e extinções; praticamente tudo que viveu mudou ou foi extinto. Plantas murchas. Oceanos acidificados e aquecidos até a temperatura das banheiras.
Infelizmente, isso pode ser um presságio para onde estamos indo. "Isso é o que assusta os modeladores climáticos", diz Huber. “No ritmo em que estamos indo, estamos voltando no tempo para esses períodos de calor extremo.” É por isso que entender o papel do dióxido de carbono na mudança climática do passado nos ajuda a prever futuras mudanças climáticas.
Isso parece muito ruim.
Sim.
Estou realmente impressionado com os dados paleoclimáticos que temos. Mas como funciona um modelo climático?
Ótima pergunta! Na ciência, você não pode criar um modelo a menos que entenda os princípios básicos subjacentes ao sistema. Então, o simples fato de sermos capazes de fazer bons modelos significa que entendemos como tudo isso funciona. Um modelo é essencialmente uma versão simplificada da realidade, baseada no que sabemos sobre as leis da física e da química. Engenheiros usam modelos matemáticos para construir estruturas que milhões de pessoas confiam, de aviões a pontes.
Nossos modelos são baseados em uma estrutura de dados, muitos dos quais vêm dos proxies paleoclimáticos que os cientistas coletaram em todos os cantos do mundo. É por isso que é tão importante que os dados e modelos estejam conversando entre si. Os cientistas testam suas previsões sobre dados do passado distante e tentam corrigir quaisquer discrepâncias que surjam. “Podemos voltar no tempo e avaliar e validar os resultados desses modelos para fazer previsões melhores sobre o que vai acontecer no futuro”, diz Schmidt.
Aqui está um modelo:
É bonito. Eu ouvi dizer que os modelos não são muito precisos.
Por sua própria natureza, os modelos estão sempre errados. Pense neles como uma aproximação, nosso melhor palpite.
Mas pergunte a si mesmo: esses palpites nos dão mais informações do que tínhamos anteriormente? Eles fornecem previsões úteis que de outra forma não teríamos? Eles nos permitem fazer perguntas novas e melhores? “Quando colocamos todos esses bits juntos, acabamos com algo que se parece muito com o planeta”, diz Schmidt. “Nós sabemos que é incompleto. Sabemos que há coisas que não incluímos, sabemos que colocamos coisas que são um pouco erradas. Mas os padrões básicos que vemos nesses modelos são reconhecíveis ... como os padrões que vemos nos satélites o tempo todo ”.
Então devemos confiar neles para prever o futuro?
Os modelos reproduzem fielmente os padrões que vemos no passado, presente e, em alguns casos, no futuro da Terra. Estamos agora no ponto em que podemos comparar os modelos climáticos iniciais - os do final da década de 80 e da década de 90, nos quais a equipe de Schmidt, da NASA, trabalhou - para a realidade. “Quando eu era estudante, os primeiros modelos nos diziam como aqueceria”, diz Alley. “Isso está acontecendo. Os modelos são bem-sucedidos, bem como explicativos: eles funcionam. ”Dependendo de onde você está, isso pode fazer você dizer“ Oh goody! Nós estávamos certos! ”Ou“ Oh não! Nós estávamos certos.
Para verificar a precisão dos modelos, os pesquisadores voltam aos dados paleoclimáticos que Alley e outros coletaram. Eles executam modelos no passado distante e os comparam com os dados que eles realmente têm.
"Se pudermos reproduzir antigos climas passados onde sabemos o que aconteceu, isso nos diz que esses modelos são uma ferramenta muito boa para sabermos o que vai acontecer no futuro", diz Linda Ivany, cientista paleoclimática da Universidade de Syracuse. Os proxies de pesquisa da Ivany são moluscos antigos, cujas conchas registram não apenas condições anuais, mas invernos e verões individuais que remontam a 300 milhões de anos - o que os torna uma maneira valiosa de checar os modelos. “Quanto melhor os modelos recuperarem o passado”, diz ela, “melhor será prever o futuro”.
O paleoclima nos mostra que o clima da Terra mudou drasticamente. Isso não significa que, em um sentido relativo, as mudanças de hoje não são grandes?
Quando Richard Alley tenta explicar a gravidade da mudança climática provocada pelo homem, ele frequentemente invoca um fenômeno anual em particular: os incêndios florestais que surgem nas colinas de Los Angeles todos os anos. Esses incêndios são previsíveis, cíclicos e naturais. Mas seria loucura dizer que, como os incêndios são a norma, é bom deixar que os incendiários ataquem também. Da mesma forma, o fato de o clima ter mudado ao longo de milhões de anos não significa que os gases do efeito estufa produzidos pelo homem não sejam uma ameaça global séria.
"Nossa civilização é baseada em clima estável e no nível do mar", diz Wing, "e tudo o que sabemos do passado diz que quando você coloca muito carbono na atmosfera, o clima e o nível do mar mudam radicalmente".
Desde a Revolução Industrial, as atividades humanas ajudaram a aquecer o mundo a 2 graus F, um quarto do que Schmidt considera uma “Unidade da Idade do Gelo” - a mudança de temperatura que a Terra atravessa entre a Era do Gelo e a Era do Gelo. Os modelos de hoje prevêem outros 2 a 6 graus Celsius de aquecimento até 2100 - pelo menos 20 vezes mais rápido do que os últimos episódios de aquecimento nos últimos 2 milhões de anos.
É claro que existem incertezas: “Poderíamos ter um debate sobre se estamos sendo um pouco otimistas demais ou não”, diz Alley. “Mas não há muito debate sobre se estamos sendo muito assustadores ou não.” Considerando como estávamos certos antes, devemos ignorar a história por nossa própria conta e risco.
