Nossas vidas literalmente giram em torno de ciclos: uma série de eventos que se repetem regularmente na mesma ordem. Existem centenas de tipos diferentes de ciclos em nosso mundo e no universo. Alguns são naturais, como a mudança das estações, as migrações anuais dos animais ou os ritmos circadianos que regem os nossos padrões de sono. Outros são produzidos pelo homem, como o cultivo e a colheita, ritmos musicais ou ciclos econômicos.
Os ciclos também desempenham um papel fundamental no clima de curto prazo da Terra e no clima de longo prazo. Um século atrás, o cientista sérvio Milutin Milankovitch levantou a hipótese de que os efeitos coletivos de longo prazo das mudanças na posição da Terra em relação ao Sol são um forte impulsionador do clima de longo prazo da Terra e são responsáveis por desencadear o início e o fim dos períodos de glaciação (gelo Idades).
Especificamente, ele examinou como variações em três tipos de movimentos orbitais da Terra afetam a quantidade de radiação solar (conhecida como insolação) que atinge o topo da atmosfera da Terra, bem como onde a insolação chega. Esses movimentos orbitais cíclicos, que ficaram conhecidos como os ciclos de Milankovitch, causam variações de até 25 por cento na quantidade de insolação de entrada nas latitudes médias da Terra (as áreas de nosso planeta localizadas entre cerca de 30 e 60 graus ao norte e ao sul do equador )
Os ciclos de Milankovitch incluem:
– A forma da órbita da Terra, conhecida como excentricidade;
– O ângulo do eixo da Terra é inclinado em relação ao plano orbital da Terra, conhecido como obliquidade; e
– A direção do eixo de rotação da Terra é apontada, conhecida como precessão.
– Vamos dar uma olhada em cada um (ler mais sobre por que os ciclos de Milankovitch não podem explicar o aquecimento atual da Terra aqui).
Excentricidade – a peregrinação anual da Terra em torno do Sol não é perfeitamente circular, mas é bem parecida. Com o tempo, a atração da gravidade dos dois maiores planetas gigantes gasosos do nosso sistema solar, Júpiter e Saturno, faz com que a forma da órbita da Terra varie de quase circular a ligeiramente elíptica. A excentricidade mede o quanto a forma da órbita da Terra se afasta de um círculo perfeito. Essas variações afetam a distância entre a Terra e o sol.
A excentricidade é a razão pela qual nossas estações têm durações ligeiramente diferentes, com verões no hemisfério norte atualmente cerca de 4,5 dias mais longos que os invernos e primaveras cerca de três dias mais longos que no outono. À medida que a excentricidade diminui, a duração das nossas estações gradualmente se equilibra.
A diferença na distância entre a abordagem mais próxima da Terra ao Sol (conhecida como periélio), que ocorre por volta de 3 de janeiro de cada ano, e sua partida mais distante do Sol (conhecida como afélio) em ou por volta de 4 de julho, é atualmente de cerca de 5,1 milhões de quilômetros (cerca de 3,2 milhões de milhas), uma variação de 3,4 por cento. Isso significa que a cada janeiro, cerca de 6,8 por cento mais radiação solar que chega chega à Terra do que a cada julho.
Quando a órbita da Terra está em sua fase mais elíptica, cerca de 23 por cento mais radiação solar chega à Terra na maior aproximação do nosso planeta ao Sol a cada ano do que em sua partida mais distante do Sol. Atualmente, a excentricidade da Terra está perto de sua menos elíptica (mais circular) e está diminuindo muito lentamente, em um ciclo que se estende por cerca de 100.000 anos.
A mudança total na insolação anual global devido ao ciclo de excentricidade é muito pequena. Como as variações na excentricidade da Terra são bastante pequenas, elas são um fator relativamente menor nas variações climáticas sazonais anuais.
Obliquidade – O ângulo do eixo de rotação da Terra é inclinado enquanto viaja ao redor do Sol é conhecido como obliquidade. Obliquidade é a razão pela qual a Terra tem estações. Nos últimos milhões de anos, ele variou entre 22,1 e 24,5 graus perpendiculares ao plano orbital da Terra. Quanto maior o ângulo de inclinação axial da Terra, mais extremas são as nossas estações, pois cada hemisfério recebe mais radiação solar durante o verão, quando o hemisfério está inclinado em direção ao Sol, e menos durante o inverno, quando é inclinado para longe. Ângulos de inclinação maiores favorecem os períodos de degelo (derretimento e recuo das geleiras e mantos de gelo). Esses efeitos não são uniformes globalmente – latitudes mais altas recebem uma mudança maior na radiação solar total do que as áreas mais próximas do equador.
O eixo da Terra está inclinado atualmente 23,4 graus, ou cerca de meio caminho entre seus extremos, e este ângulo está diminuindo muito lentamente em um ciclo que se estende por cerca de 41.000 anos. Foi a última vez em sua inclinação máxima cerca de 10.700 anos atrás e atingirá sua inclinação mínima cerca de 9.800 anos a partir de agora. À medida que a obliquidade diminui, ela gradualmente ajuda a tornar nossas estações mais amenas, resultando em invernos cada vez mais quentes e verões mais frios que gradualmente, com o tempo, permitem que a neve e o gelo em latitudes altas se acumulem em grandes mantos de gelo. À medida que a cobertura de gelo aumenta, ela reflete mais da energia do Sol de volta ao espaço, promovendo ainda mais resfriamento.
Precessão – à medida que a Terra gira, ela balança ligeiramente sobre seu eixo, como um pião giratório ligeiramente fora do centro. Essa oscilação se deve às forças de maré causadas pelas influências gravitacionais do Sol e da Lua que fazem a Terra se projetar no equador, afetando sua rotação. A tendência na direção dessa oscilação em relação às posições fixas das estrelas é conhecida como precessão axial. O ciclo de precessão axial abrange cerca de 25.771,5 anos.
A precessão axial torna os contrastes sazonais mais extremos em um hemisfério e menos extremos no outro. Atualmente o periélio ocorre durante o inverno no hemisfério norte e no verão no hemisfério sul. Isso torna os verões do hemisfério sul mais quentes e modera as variações sazonais do hemisfério norte. Mas em cerca de 13.000 anos, a precessão axial fará com que essas condições mudem, com o hemisfério norte vendo mais extremos na radiação solar e o hemisfério sul experimentando variações sazonais mais moderadas.
A precessão axial também muda gradualmente o tempo das estações, fazendo com que elas comecem mais cedo ao longo do tempo, e muda gradualmente para qual estrela o eixo da Terra aponta para o Pólo Norte (a Estrela do Norte). Hoje, as estrelas do norte da Terra são Polaris e Polaris Australis, mas alguns milhares de anos atrás, elas eram Kochab e Pherkad.
Também há precessão absidal. Não apenas o eixo da Terra oscila, mas toda a elipse orbital da Terra também oscila irregularmente, principalmente devido às suas interações com Júpiter e Saturno. O ciclo de precessão absidal se estende por cerca de 112.000 anos. A precessão apsidal muda a orientação da órbita da Terra em relação ao plano elíptico.
Os efeitos combinados da precessão axial e apsidal resultam em um ciclo de precessão geral que abrange cerca de 23.000 anos, em média.
Uma máquina do tempo climática
As pequenas mudanças postas em movimento pelos ciclos de Milankovitch operam separadamente e em conjunto para influenciar o clima da Terra ao longo de períodos de tempo muito longos, levando a mudanças maiores em nosso clima ao longo de dezenas de milhares a centenas de milhares de anos. Milankovitch combinou os ciclos para criar um modelo matemático abrangente para calcular as diferenças na radiação solar em várias latitudes da Terra, juntamente com as temperaturas de superfície correspondentes. O modelo é como uma máquina do tempo climático: pode ser executado para trás e para a frente para examinar as condições climáticas passadas e futuras.
Milankovitch assumiu que as mudanças na radiação em algumas latitudes e em algumas estações são mais importantes do que outras para o crescimento e recuo das camadas de gelo. Além disso, acreditava que a obliquidade era o mais importante dos três ciclos para o clima, porque ela afeta a quantidade de insolação nas regiões de alta latitude ao norte da Terra durante o verão (o papel relativo da precessão versus obliquidade ainda é uma questão científica estude).
Ele calculou que a Idade do Gelo ocorre aproximadamente a cada 41.000 anos. Pesquisas subsequentes confirmam que eles ocorreram em intervalos de 41.000 anos entre um e três milhões de anos atrás. Mas cerca de 800.000 anos atrás, o ciclo da Idade do Gelo se alongou para 100.000 anos, combinando com o ciclo de excentricidade da Terra. Embora várias teorias tenham sido propostas para explicar essa transição, os cientistas ainda não têm uma resposta clara.
O trabalho de Milankovitch foi apoiado por outros pesquisadores de sua época, e ele escreveu várias publicações sobre sua hipótese. Mas foi apenas cerca de 10 anos após sua morte em 1958 que a comunidade científica global começou a tomar conhecimento de sua teoria. Em 1976, um estudo na revista Science por Hays et al. usando núcleos de sedimentos do fundo do mar, descobriram que os ciclos de Milankovitch correspondem a períodos de grandes mudanças climáticas nos últimos 450.000 anos, com a Idade do Gelo ocorrendo quando a Terra estava passando por diferentes estágios de variação orbital.
Vários outros projetos e estudos também sustentaram a validade do trabalho de Milankovitch, incluindo pesquisas usando dados de núcleos de gelo na Groenlândia e na Antártica que forneceram fortes evidências dos ciclos de Milankovitch que remontam a centenas de milhares de anos. Além disso, seu trabalho foi adotado pelo Conselho Nacional de Pesquisa da Academia Nacional de Ciências dos EUA.
A pesquisa científica para entender melhor os mecanismos que causam mudanças na rotação da Terra e como especificamente os ciclos de Milankovitch se combinam para afetar o clima está em andamento. Mas a teoria de que eles determinam o tempo dos ciclos glacial-interglaciais é bem aceita.
Publicado em 04/12/2021 15h38
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