Efeito estufa: como é produzido, causas, gases, consequências - Ciência - 2023

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o efeito estufa É um processo natural em que a atmosfera retém parte da radiação infravermelha emitida pela Terra e assim a aquece. Essa radiação infravermelha vem do aquecimento gerado na superfície da Terra pela radiação solar.

Esse processo ocorre porque a Terra, como um corpo opaco, absorve a radiação solar e emite calor. Ao mesmo tempo, como existe uma atmosfera, o calor não escapa completamente para o espaço sideral.

Parte do calor é absorvida e reemitida em todas as direções pelos gases que constituem a atmosfera. Assim, a Terra mantém um certo equilíbrio térmico que estabelece uma temperatura média de 15ºC, garantindo uma faixa variável em que a vida pode se desenvolver.

O termo "efeito estufa" é uma comparação com estufas para o cultivo de plantas em climas onde a temperatura ambiente é mais baixa do que o necessário. Nessas casas de cultivo, o telhado de plástico ou vidro permite a passagem da luz solar, mas impede a saída de calor.

O efeito estufa é bom ou ruim?

O efeito estufa é essencial para a vida na Terra, pois garante a faixa de temperatura adequada para sua existência. A maioria dos processos bioquímicos necessários à vida requer temperaturas entre -18ºC e 50ºC.

No passado geológico, houve flutuações na temperatura média da Terra, aumentando ou diminuindo. Nos últimos dois séculos, houve um processo de aumento sustentado da temperatura global.

A diferença é que atualmente a taxa de aumento é particularmente alta e parece estar associada à atividade humana. Essas atividades geram gases de efeito estufa que acentuam o fenômeno.

Como o efeito estufa é produzido?

Os principais elementos do processo de produção do efeito estufa são o Sol, a Terra e os gases atmosféricos. O Sol é a fonte de energia, a Terra o receptor dessa energia e emissor de calor e gases.

Energia solar

O Sol emite radiação de energia fundamentalmente alta, ou seja, correspondente aos comprimentos de onda visível e ultravioleta do espectro eletromagnético. A temperatura de emissão dessa energia chega a 6.000 ºC, mas a maior parte dela se dissipa a caminho da Terra.

Dos 100% da energia solar que chega à atmosfera, cerca de 30% é refletida para o espaço sideral (efeito albedo). 20% são absorvidos pela atmosfera, principalmente pelas partículas em suspensão e pela camada de ozônio, e os 50% restantes aquecem a superfície terrestre.

A terra

A Terra reflete uma parte importante da radiação solar devido ao seu albedo (tom claro ou branco). Esse albedo se deve principalmente a nuvens, corpos d'água e gelo.

Levando em consideração o albedo e a distância do planeta ao Sol, a temperatura da Terra deveria ser de -18 ºC (temperatura efetiva). A temperatura efetiva refere-se ao que um corpo deveria ter considerando apenas o albedo e a distância.

Porém, a temperatura média real da Terra está em torno de 15ºC com uma diferença de 33ºC com a temperatura efetiva. Nesta diferença marcante entre a temperatura real e a real, a atmosfera desempenha um papel fundamental.

A atmosfera

A chave para a temperatura da Terra é a sua atmosfera, se ela não existisse o planeta estaria permanentemente congelado. A atmosfera é transparente para grande parte da radiação de ondas curtas, mas não para uma grande proporção da radiação de ondas longas (infravermelho).

Ao deixar a radiação solar passar, a Terra se aquece e emite radiação infravermelha (calor), mas a atmosfera absorve parte desse calor. Dessa forma, as camadas da atmosfera e as nuvens são aquecidas e emitem calor em todas as direções.

Efeito estufa

O processo de aquecimento global pela retenção atmosférica da radiação infravermelha é conhecido como efeito estufa.

O nome vem das estufas agrícolas, onde são cultivadas espécies que requerem uma temperatura mais elevada do que a existente na área de produção. Para isso, essas casas de cultivo possuem uma cobertura que permite a passagem da luz solar, mas retém o calor emitido.

Desta forma, é possível criar um microclima quente para as espécies que o necessitam em seu crescimento.

Causas do efeito estufa

Embora o efeito estufa seja um processo natural, ele é alterado pela ação humana (ação antrópica). Portanto, é necessário diferenciar as causas naturais do fenômeno e as alterações antrópicas.

- Causas naturais

Energia solar

A radiação eletromagnética de ondas curtas (alta energia) do Sol é o que aquece a superfície da Terra. Esse aquecimento causa a emissão de radiação de ondas longas (infravermelho), ou seja, calor, para a atmosfera.

Energia geotérmica

O centro do planeta é incandescente e gera calor adicional ao causado pela energia solar. Este calor é transmitido através da crosta terrestre principalmente através de vulcões, fumarolas, gêiseres e outras fontes termais.

Composição atmosférica

As propriedades dos gases que constituem a atmosfera determinam que a radiação solar chegue à Terra e que a radiação infravermelha seja parcialmente retida. Alguns gases, como vapor d'água, CO2 e metano, são especialmente eficientes na retenção do calor atmosférico.

Contribuições naturais dos gases de efeito estufa

Os gases que retêm a radiação infravermelha do aquecimento da superfície da Terra são chamados de gases de efeito estufa. Esses gases são produzidos naturalmente, como o CO2, que é uma contribuição da respiração dos seres vivos.

Da mesma forma, os oceanos trocam grandes quantidades de CO2 com a atmosfera e os incêndios naturais também contribuem com CO2. Os oceanos são uma fonte natural de outros gases de efeito estufa, como o óxido de nitrogênio (NOx).

Por outro lado, a atividade microbiana nos solos também é fonte de CO2 e NOx. Além disso, os processos digestivos dos animais contribuem com grandes quantidades de metano para a atmosfera.

- Causas produzidas por humanos (antrópicas)

Atividades industriais

A indústria em geral emite calor adicional para a atmosfera, além de diversos gases que afetam o efeito estufa. Esses gases podem absorver e emitir calor (ex: CO2) ou destruir a camada de ozônio (ex: NOx, CFC e outros).

Tráfego automotivo

Grandes concentrações de veículos nas cidades são responsáveis pela maior parte do CO2 adicionado à atmosfera. O tráfego automotivo contribui com cerca de 20% do total de CO2 gerado pela queima de combustíveis fósseis.

Produção de eletricidade e aquecimento

A queima de carvão, gás e derivados de petróleo para a produção de eletricidade e aquecimento contribui com quase 50% do CO2.

Indústria de manufatura e construção

Juntas, essas atividades industriais contribuem com quase 20% do CO2 produzido pela queima de combustíveis fósseis.

Incendios florestais

Os incêndios florestais também são causados por atividades humanas e liberam anualmente milhões de toneladas de gases de efeito estufa na atmosfera.

Depósitos de lixo

A acumulação de resíduos e os processos de fermentação que ocorrem, bem como a queima dos referidos resíduos, são fonte de gases com efeito de estufa.

agricultura

A atividade agrícola contribui com mais de 3 milhões de toneladas métricas de gás metano anualmente para a atmosfera. Entre as culturas que mais contribuem neste aspecto está o arroz.

Outra cultura cujo manejo gera gases de efeito estufa é a cana-de-açúcar, pois é queimada antes da colheita e produz grande quantidade de CO2.

Gado ruminante

Ruminantes como vacas consomem grama fibrosa por meio de processos de fermentação realizados por bactérias em seus sistemas digestivos. A referida fermentação libera 3 a 4 litros de gás metano na atmosfera diariamente para cada animal.

Apenas considerando o gado, estima-se uma contribuição equivalente a 5% dos gases de efeito estufa.

- Reação em cadeia

O aumento da temperatura global que provoca o aumento dos gases de efeito estufa, induz uma reação em cadeia. À medida que aumenta a temperatura dos oceanos, aumenta a liberação de CO2 na atmosfera.

Da mesma forma, o derretimento dos pólos e o permafrost libera CO2 que ficou preso ali. Também em temperaturas ambientes mais elevadas, há maior ocorrência de incêndios florestais e mais CO2 é liberado.

Gases de efeito estufa

Alguns gases como o vapor d'água e o CO2 atuam no processo natural do efeito estufa. Por sua vez, outros gases participam do processo antrópico, além do CO2.

O Protocolo de Kyoto contempla as emissões de seis gases de efeito estufa, incluindo dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Da mesma forma, óxido nitroso (N2O), hidrofluorocarbono (HFC), hidrocarboneto perfluorado (PFC) e hexafluoreto de enxofre (SF6).

Vapor de água

O vapor d'água é um dos gases de efeito estufa mais importantes por sua capacidade de absorver calor. No entanto, o equilíbrio é gerado porque a água no estado líquido e sólido reflete a energia solar e resfria a Terra.

Dióxido de carbono (CO2)

O dióxido de carbono é o principal gás de efeito estufa de longa duração na atmosfera. Esse gás é responsável por 82% do aumento do efeito estufa que ocorreu nas últimas décadas.

Em 2017, a Organização Meteorológica Mundial relatou uma concentração global de CO2 de 405,5 ppm. Isso representa um aumento de 146% sobre os níveis estimados para antes de 1750 (era pré-industrial).

Metano (CH4)

O metano é o segundo gás de efeito estufa mais importante, contribuindo com cerca de 17% do aquecimento. 40% do metano é produzido por fontes naturais, principalmente pântanos, enquanto os 60% restantes são gerados por atividades humanas.

Entre essas atividades estão a agricultura de ruminantes, o cultivo de arroz, a exploração de combustíveis fósseis e a queima de biomassa. Em 2017, o CH4 atmosférico atingiu uma concentração de 1.859 ppm, 257% superior ao nível pré-industrial.

Óxidos de nitrogênio (NOx)

Os NOx contribuem para a destruição do ozônio estratosférico, aumentando a quantidade de radiação ultravioleta que penetra na Terra. Esses gases têm origem na produção industrial de ácido nítrico e ácido adípico, bem como no uso de fertilizantes.

Em 2017, esses gases atingiam a concentração atmosférica de 329,9 ppm, equivalente a 122% do nível estimado para a era pré-industrial.

Clorofluorcarbonos (CFCs)

O CFC é um poderoso gás de efeito estufa que danifica o ozônio estratosférico e é regulamentado pelo Protocolo de Montreal. No entanto, em alguns países, como a China, ainda é usado em vários processos industriais.

Hidrofluorcarbonos (HFCs)

Esses gases são usados em várias aplicações industriais para substituir os CFCs. No entanto, os HFCs também afetam a camada de ozônio e têm uma permanência ativa muito alta na atmosfera.

Hidrocarboneto perfluorado (PFC)

Os PFCs são produzidos em instalações de incineração para o processo de fundição de alumínio. Assim como os HFCs, eles têm alta permanência na atmosfera e afetam a integridade da camada de ozônio estratosférico.

Hexafluoreto de enxofre (SF6)

Esse gás também tem efeito negativo na camada de ozônio, além de alta persistência na atmosfera. É utilizado em equipamentos de alta tensão e na produção de magnésio.

Consequências do efeito estufa devido à poluição

A poluição produzida por humanos contribui com quantidades extras de gases de efeito estufa, quebrando o equilíbrio dinâmico natural. Embora esses valores sejam bem menores do que os gerados pela natureza, são suficientes para quebrar esse equilíbrio.

Isso tem consequências graves para o equilíbrio térmico planetário e, por sua vez, para a vida na Terra.

Aquecimento global

O aumento da concentração de gases de efeito estufa gera um aumento na temperatura média global. Na verdade, estima-se que a temperatura média global subiu 1,1 ° C desde a era pré-industrial.

Por outro lado, foi indicado que o período de 2015 a 2019 foi o mais quente já registrado.

Derretimento do gelo

O aumento da temperatura resulta no derretimento do gelo polar e das geleiras em todo o mundo. Isso implica um aumento do nível do mar e a alteração das correntes marinhas.

Mudança climática

Embora não haja um consenso total sobre o processo de mudanças climáticas decorrentes do aquecimento global, a realidade é que o clima do planeta está mudando. Isso é evidenciado na alteração das correntes marinhas, padrões de vento e precipitação, entre outros aspectos.

Desequilíbrios populacionais

A alteração de habitats devido ao aumento da temperatura afeta a população e o comportamento biológico das espécies. Em alguns casos, existem espécies que aumentam suas populações e expandem sua área de distribuição.

No entanto, as espécies que têm faixas de temperatura muito estreitas para crescimento e reprodução podem reduzir muito suas populações.

Diminuição da produção de alimentos

Muitas áreas agrícolas e pecuárias vêem a produção reduzida porque as espécies são afetadas pelo aumento da temperatura. Por outro lado, as alterações ecológicas resultam na proliferação de pragas agrícolas.

Saúde pública

À medida que a temperatura média planetária aumenta, alguns vetores de doenças expandem seu alcance geográfico. Assim, os casos de doenças tropicais estão ocorrendo além de sua área natural.

Por outro lado, o aumento da temperatura pode produzir os chamados choque térmica ou insolação, o que implica em desidratação extrema. Esta situação pode causar graves falências orgânicas, afetando principalmente crianças e idosos.

Prevenção

Para evitar o aumento do efeito estufa, é necessário reduzir a produção de gases de efeito estufa. Isso implica uma série de ações que incluem o desenvolvimento da consciência cidadã, medidas legislativas, mudanças tecnológicas.

Consciência

Uma cidadania consciente do problema do aquecimento global gerado pelo aumento do efeito estufa é fundamental. Desta forma, faz-se a pressão social necessária para que governos e potências econômicas tomem as medidas necessárias.

Enquadramento jurídico

O principal acordo internacional para enfrentar o problema da geração de gases de efeito estufa é o Protocolo de Kyoto. No entanto, até o momento, esse instrumento legal não foi eficaz na redução da taxa de emissão de gases de efeito estufa.

Alguns dos principais países industrializados com as maiores taxas de emissão não assinaram a prorrogação do protocolo para seu segundo mandato. Portanto, um arcabouço jurídico nacional e internacional mais rígido é necessário para que o efeito real seja alcançado.

Mudanças tecnológicas

A reengenharia de processos industriais é necessária para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Da mesma forma, é necessário promover o uso de energias renováveis e reduzir o uso de combustíveis fósseis.

Por outro lado, é fundamental reduzir a produção de resíduos poluentes em geral.

Soluções

Segundo os especialistas, não basta reduzir as emissões de gases de efeito estufa, é preciso reduzir as atuais concentrações na atmosfera. Para isso, várias alternativas têm sido propostas, podendo utilizar tecnologias muito simples ou sofisticadas.

Sumidouros de carbono

Para isso, recomenda-se aumentar a cobertura de florestas e selvas, bem como implementar estratégias como telhados verdes. As plantas fixam o CO2 atmosférico em suas estruturas, extraindo-o da atmosfera.

Bombas de extração de carbono

Até agora, a extração de CO2 da atmosfera é cara do ponto de vista energético e tem um custo econômico elevado. No entanto, pesquisas estão em andamento para encontrar maneiras eficientes de filtrar o ar e remover o CO2.

Uma dessas propostas já está em fase de planta piloto e está sendo desenvolvida pelas Universidades de Calgary e Carnegie Mellon. Esta planta utiliza uma solução de hidróxido de potássio como coletor de água e cálcio cáustico, através do qual o ar é filtrado.

Nesse processo, o CO2 contido no ar é retido, formando carbonato de cálcio (CaCO3). Posteriormente, o carbonato de cálcio é aquecido e o CO2 é liberado, aplicando o CO2 purificado resultante para usos industriais.

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