Gás de efeito estufa - Greenhouse gas

O efeito estufa da radiação solar na superfície da Terra causado pela emissão de gases de efeito estufa.
Forçamento radiativo (influência do aquecimento) de diferentes contribuintes para as mudanças climáticas até 2019, conforme relatado no sexto relatório de avaliação do IPCC .

Um gás de efeito estufa ( GEE ou GEE ) é um gás que absorve e emite energia radiante na faixa do infravermelho térmico , causando o efeito estufa . Os principais gases de efeito estufa na atmosfera da Terra são o vapor de água ( H
2
O
), dióxido de carbono ( CO
2
), metano ( CH
4
), óxido nitroso ( N
2
O
) e ozônio ( O 3 ). Sem os gases de efeito estufa, a temperatura média da superfície da Terra seria de cerca de −18 ° C (0 ° F), em vez da média atual de 15 ° C (59 ° F). As atmosferas de Vênus , Marte e Titã também contêm gases de efeito estufa.

As atividades humanas desde o início da Revolução Industrial (por volta de 1750) aumentaram a concentração atmosférica de dióxido de carbono em quase 50%, de 280 ppm em 1750 para 419 ppm em 2021. A última vez que a concentração atmosférica de dióxido de carbono foi tão alta foi mais de 3 milhões de anos atrás. Esse aumento ocorreu apesar da absorção de mais da metade das emissões por vários sumidouros naturais de carbono no ciclo do carbono .

Na atuais de emissão de gases de efeito estufa taxas, as temperaturas poderiam aumentar em 2  ° C (3,6 ° F ), que as Nações Unidas ' Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) diz é o limite superior para evitar níveis 'perigosos', em 2050. A grande a maioria das emissões antropogênicas de dióxido de carbono vem da queima de combustíveis fósseis , principalmente carvão , petróleo (incluindo petróleo ) e gás natural , com contribuições adicionais do desmatamento e outras mudanças no uso da terra.

Gases na atmosfera terrestre

Gases não causadores do efeito estufa

Os principais constituintes da atmosfera terrestre, nitrogênio ( N
2
) (78%), oxigênio ( O
2
) (21%) e argônio (Ar) (0,9%) não são gases de efeito estufa porque as moléculas que contêm dois átomos do mesmo elemento , como N
2
e O
2
não têm alteração líquida na distribuição de suas cargas elétricas quando vibram, e gases monoatômicos como o Ar não têm modos vibracionais. Portanto, eles são quase totalmente afetados pela radiação infravermelha . Algumas moléculas contendo apenas dois átomos de elementos diferentes, como monóxido de carbono (CO) e cloreto de hidrogênio (HCl), absorvem radiação infravermelha, mas essas moléculas têm vida curta na atmosfera devido à sua reatividade ou solubilidade . Portanto, eles não contribuem significativamente para o efeito estufa e muitas vezes são omitidos quando se discutem os gases de efeito estufa.

Gases de efeito estufa

consulte a legenda e o texto adjacente
Absorção atmosférica e espalhamento em diferentes comprimentos de onda de ondas eletromagnéticas . A maior banda de absorção do dióxido de carbono não está longe do máximo na emissão térmica do solo, e fecha parcialmente a janela de transparência da água; daí seu principal efeito.

Gases de efeito estufa são aqueles que absorvem e emitem radiação infravermelha na faixa de comprimento de onda emitida pela Terra . Dióxido de carbono (0,04%), óxido nitroso, metano e ozônio são gases traço que representam quase 0,1% da atmosfera da Terra e têm um efeito estufa apreciável.

Os gases de efeito estufa mais abundantes na atmosfera da Terra, listados em ordem decrescente da fração molar global média , são:

As concentrações atmosféricas são determinadas pelo equilíbrio entre as fontes (emissões do gás de atividades humanas e sistemas naturais) e sumidouros (a remoção do gás da atmosfera por conversão em um composto químico diferente ou absorção por corpos d'água). A proporção de uma emissão que permanece na atmosfera após um tempo especificado é a " fração aerotransportada " (AF). A fração aerotransportada anual é a razão entre o aumento atmosférico em um determinado ano e as emissões totais desse ano. Em 2006, a fração aerotransportada anual de CO
2
era cerca de 0,45. A fração aerotransportada anual aumentou a uma taxa de 0,25 ± 0,21% ao ano durante o período de 1959–2006.

Efeitos radiativos indiretos

mapa mundial das concentrações de monóxido de carbono na baixa atmosfera
As cores falsas nesta imagem representam concentrações de monóxido de carbono na atmosfera inferior, variando de cerca de 390 partes por bilhão (pixels marrons escuros), a 220 partes por bilhão (pixels vermelhos), a 50 partes por bilhão (pixels azuis).

Oxidação de CO para CO
2
produz diretamente um aumento inequívoco no forçamento radiativo, embora a razão seja sutil. O pico da emissão infravermelha térmica da superfície da Terra está muito perto de uma banda de absorção vibracional forte de CO
2
( comprimento de onda 15 mícrons ou número de onda 667 cm −1 ). Por outro lado, a única banda vibracional de CO apenas absorve IR em comprimentos de onda muito mais curtos (4,7 mícrons ou 2145 cm -1 ), onde a emissão de energia radiante da superfície da Terra é pelo menos um fator dez menor. Oxidação de metano em CO
2
, que requer reações com o radical OH, produz uma redução instantânea na absorção e emissão radiativa desde CO
2
é um gás de efeito estufa mais fraco do que o metano. No entanto, as oxidações de CO e CH
4
estão entrelaçados, uma vez que ambos consomem radicais OH. Em qualquer caso, o cálculo do efeito radiativo total inclui tanto o forçamento direto quanto o indireto.

Um segundo tipo de efeito indireto ocorre quando reações químicas na atmosfera envolvendo esses gases alteram as concentrações dos gases de efeito estufa. Por exemplo, a destruição de compostos orgânicos voláteis não metânicos (NMVOCs) na atmosfera pode produzir ozônio. O tamanho do efeito indireto pode depender fortemente de onde e quando o gás é emitido.

O metano tem efeitos indiretos, além de formar CO
2
. O principal produto químico que reage com o metano na atmosfera é o radical hidroxila (OH), portanto, mais metano significa que a concentração de OH diminui. Efetivamente, o metano aumenta sua própria vida útil na atmosfera e, portanto, seu efeito radiativo geral. A oxidação do metano pode produzir ozônio e água; e é uma importante fonte de vapor de água na estratosfera normalmente seca . CO e NMVOCs produzem CO
2
quando eles são oxidados. Eles removem o OH da atmosfera e isso leva a concentrações mais altas de metano. O efeito surpreendente disso é que o potencial de aquecimento global do CO é três vezes maior do que o do CO
2
. O mesmo processo que converte NMVOCs em dióxido de carbono também pode levar à formação de ozônio troposférico. Os halocarbonos têm um efeito indireto porque destroem o ozônio estratosférico. Finalmente, o hidrogênio pode levar à produção de ozônio e CH
4
aumenta, bem como produz vapor de água estratosférico.

Contribuição das nuvens para o efeito estufa da Terra

O principal contribuinte não-gasoso para o efeito estufa da Terra, as nuvens , também absorvem e emitem radiação infravermelha e, portanto, têm um efeito nas propriedades radiativas dos gases de efeito estufa. As nuvens são gotículas de água ou cristais de gelo suspensos na atmosfera.

Papel do vapor de água

Aumento do vapor de água na estratosfera em Boulder, Colorado

O vapor de água é responsável pela maior porcentagem do efeito estufa, entre 36% e 66% para condições de céu claro e entre 66% e 85% quando incluindo nuvens. As concentrações de vapor d'água flutuam regionalmente, mas a atividade humana não afeta diretamente as concentrações de vapor d'água, exceto em escalas locais, como próximo a campos irrigados. Indiretamente, a atividade humana que aumenta as temperaturas globais aumentará as concentrações de vapor d'água, um processo conhecido como feedback de vapor d'água. A concentração atmosférica de vapor é altamente variável e depende muito da temperatura, de menos de 0,01% em regiões extremamente frias até 3% em massa em ar saturado a cerca de 32 ° C. (Consulte Umidade relativa # Outros fatos importantes .)

O tempo médio de residência de uma molécula de água na atmosfera é de apenas cerca de nove dias, em comparação com anos ou séculos para outros gases de efeito estufa, como CH
4
e CO
2
. O vapor d'água responde e amplifica os efeitos de outros gases de efeito estufa. A relação Clausius-Clapeyron estabelece que mais vapor de água estará presente por unidade de volume em temperaturas elevadas. Este e outros princípios básicos indicam que o aquecimento associado ao aumento das concentrações de outros gases de efeito estufa também aumentará a concentração de vapor d'água (assumindo que a umidade relativa permaneça aproximadamente constante; modelagem e estudos observacionais descobrem que é realmente assim). Como o vapor d'água é um gás de efeito estufa, isso resulta em um aquecimento ainda maior e, portanto, é um " feedback positivo " que amplifica o aquecimento original. Eventualmente, outros processos terrestres compensam esses feedbacks positivos, estabilizando a temperatura global em um novo equilíbrio e evitando a perda de água da Terra por meio de um efeito de estufa descontrolado semelhante ao de Vênus .

Impactos no efeito estufa geral

consulte a legenda e o texto adjacente
Schmidt et al. (2010) analisaram como os componentes individuais da atmosfera contribuem para o efeito estufa total. Eles estimaram que o vapor d'água é responsável por cerca de 50% do efeito estufa da Terra, com as nuvens contribuindo com 25%, o dióxido de carbono com 20% e os gases de efeito estufa e aerossóis menores sendo responsáveis ​​pelos 5% restantes. No estudo, o modelo de atmosfera de referência é para as condições de 1980. Crédito da imagem: NASA .

A contribuição de cada gás para o efeito estufa é determinada pelas características desse gás, sua abundância e quaisquer efeitos indiretos que possa causar. Por exemplo, o efeito radiativo direto de uma massa de metano é cerca de 84 vezes mais forte do que a mesma massa de dióxido de carbono em um período de 20 anos, mas está presente em concentrações muito menores, de modo que seu efeito radiativo direto total tem sido até agora menor, em parte devido à sua vida útil atmosférica mais curta na ausência de sequestro de carbono adicional . Por outro lado, além de seu impacto radiativo direto, o metano tem um grande efeito radiativo indireto porque contribui para a formação de ozônio. Shindell et al. (2005) argumenta que a contribuição do metano para as mudanças climáticas é pelo menos o dobro das estimativas anteriores como resultado desse efeito.

Quando classificados por sua contribuição direta para o efeito estufa, os mais importantes são:

Composto
 
Fórmula
 
Concentração na
atmosfera (ppm)
Contribuição
(%)
Vapor de água e nuvens H
2
O
10-50.000 (A) 36–72%  
Dióxido de carbono CO
2
~ 400 9–26%
Metano CH
4
~ 1.8 4-9%  
Ozônio O
3
2–8 (B) 3-7%  
notas:

(A) O vapor de água varia fortemente localmente
(B) A concentração na estratosfera. Cerca de 90% do ozônio na atmosfera da Terra está contido na estratosfera.

Além dos principais gases de efeito estufa listados acima, outros gases de efeito estufa incluem hexafluoreto de enxofre , hidrofluorocarbonos e perfluorocarbonos (consulte a lista de gases de efeito estufa do IPCC ). Alguns gases de efeito estufa não são listados com frequência. Por exemplo, o trifluoreto de nitrogênio tem um alto potencial de aquecimento global (GWP), mas está presente apenas em quantidades muito pequenas.

Proporção de efeitos diretos em um determinado momento

Não é possível afirmar que determinado gás causa uma porcentagem exata do efeito estufa. Isso porque alguns gases absorvem e emitem radiação nas mesmas frequências de outros, de forma que o efeito estufa total não é simplesmente a soma da influência de cada gás. As extremidades superiores das faixas citadas são para cada gás sozinho; as extremidades inferiores são responsáveis ​​por sobreposições com os outros gases. Além disso, alguns gases, como o metano, são conhecidos por terem grandes efeitos indiretos que ainda estão sendo quantificados.

Tempo de vida atmosférico

Além do vapor d'água , que tem um tempo de residência de cerca de nove dias, os principais gases do efeito estufa são bem misturados e levam muitos anos para deixar a atmosfera. Embora não seja fácil saber com precisão quanto tempo leva para os gases do efeito estufa deixarem a atmosfera, existem estimativas para os principais gases do efeito estufa. Jacob (1999) define o tempo de vida de uma espécie atmosférica X em um modelo de caixa única como o tempo médio que uma molécula de X permanece na caixa. Matematicamente pode ser definido como a razão da massa (em kg) de X na caixa para sua taxa de remoção, que é a soma do fluxo de X fora da caixa ( ), perda química de X ( ) e deposição de X ( ) (todos em kg / s): . Se a entrada desse gás na caixa cessasse, depois de algum tempo , sua concentração diminuiria em cerca de 63%.

O tempo de vida atmosférico de uma espécie, portanto, mede o tempo necessário para restaurar o equilíbrio após um aumento ou diminuição repentina em sua concentração na atmosfera. Átomos ou moléculas individuais podem ser perdidos ou depositados em sumidouros como o solo, os oceanos e outras águas, ou a vegetação e outros sistemas biológicos, reduzindo o excesso às concentrações de fundo. O tempo médio necessário para alcançar isso é o tempo de vida médio .

O dióxido de carbono tem uma vida útil atmosférica variável e não pode ser especificado com precisão. Embora mais da metade do CO
2
emitido é removido da atmosfera dentro de um século, alguma fração (cerca de 20%) do CO emitido
2
permanece na atmosfera por muitos milhares de anos. Problemas semelhantes se aplicam a outros gases de efeito estufa, muitos dos quais têm vida útil média mais longa do que o CO
2
, por exemplo, N 2 O tem uma vida média atmosférica de 121 anos.

Força radiativa e índice anual de gases de efeito estufa

O forçamento radiativo (influência do aquecimento) dos gases de efeito estufa atmosféricos de longa duração se acelerou, quase dobrando em 40 anos.

A Terra absorve parte da energia radiante recebida do sol, reflete parte dela como luz e reflete ou irradia o resto de volta para o espaço como calor . A temperatura da superfície da Terra depende desse equilíbrio entre a energia que entra e sai. Se esse equilíbrio de energia for alterado, a superfície da Terra ficará mais quente ou mais fria, levando a uma variedade de mudanças no clima global.

Uma série de mecanismos naturais e artificiais podem afetar o balanço global de energia e forçar mudanças no clima da Terra. Os gases de efeito estufa são um desses mecanismos. Os gases de efeito estufa absorvem e emitem parte da energia que sai da superfície da Terra, fazendo com que o calor seja retido na baixa atmosfera. Conforme explicado acima , alguns gases de efeito estufa permanecem na atmosfera por décadas ou mesmo séculos e, portanto, podem afetar o equilíbrio de energia da Terra por um longo período. O forçamento radiativo quantifica (em Watts por metro quadrado) o efeito dos fatores que influenciam o balanço de energia da Terra; incluindo mudanças nas concentrações de gases de efeito estufa. O forçamento radiativo positivo leva ao aquecimento, aumentando a energia líquida de entrada, ao passo que o forçamento radiativo negativo leva ao resfriamento.

O Índice Anual de Gases do Efeito Estufa (AGGI) é definido pelos cientistas atmosféricos da NOAA como a proporção do forçamento radiativo direto total devido aos gases de efeito estufa de longa duração e bem misturados para qualquer ano para o qual existam medições globais adequadas, ao presente no ano de 1990 Esses níveis de forçamento radiativo são relativos aos presentes no ano de 1750 (ou seja, antes do início da era industrial ). 1990 foi escolhido porque é o ano base para o Protocolo de Quioto e é o ano de publicação da primeira Avaliação Científica de Mudanças Climáticas do IPCC . Como tal, a NOAA afirma que o AGGI "mede o compromisso que a sociedade (global) já assumiu para viver em um clima em mudança. É baseado em observações atmosféricas da mais alta qualidade de locais ao redor do mundo. Sua incerteza é muito baixa."

Potencial de aquecimento global

O potencial de aquecimento global (GWP) depende da eficiência da molécula como gás de efeito estufa e de seu tempo de vida na atmosfera. GWP é medido em relação à mesma massa de CO
2
e avaliados por um prazo específico. Portanto, se um gás tem um forçamento radiativo alto (positivo), mas também uma vida útil curta, ele terá um grande GWP em uma escala de 20 anos, mas um pequeno em uma escala de 100 anos. Por outro lado, se uma molécula tem uma vida útil atmosférica mais longa do que o CO
2
seu GWP aumentará quando a escala de tempo for considerada. O dióxido de carbono é definido como tendo um GWP de 1 em todos os períodos de tempo.

O metano tem uma vida útil atmosférica de 12 ± 3 anos. O relatório do IPCC de 2007 lista o GWP como 72 em uma escala de tempo de 20 anos, 25 em 100 anos e 7,6 em 500 anos. Uma análise de 2014, no entanto, afirma que embora o impacto inicial do metano seja cerca de 100 vezes maior do que o do CO
2
, devido ao menor tempo de vida na atmosfera, após seis ou sete décadas, o impacto dos dois gases é quase igual e, a partir de então, o papel relativo do metano continua a declinar. A diminuição do GWP em tempos mais longos é porque o metano é degradado em água e CO
2
por meio de reações químicas na atmosfera.

Exemplos da vida útil atmosférica e GWP em relação ao CO
2
para vários gases de efeito estufa são fornecidos na tabela a seguir:

Vida útil atmosférica e GWP em relação ao CO
2
em diferentes horizontes de tempo para vários gases de efeito estufa
Nome do gás
Fórmula Química
Vida
(anos)
Eficiência radiativa
(Wm −2 ppb −1 , base molar)
Potencial de aquecimento global (GWP) para determinado horizonte de tempo
20 anos 100 anos 500 anos
Dióxido de carbono CO
2
(UMA) 1,37 × 10 −5 1 1 1
Metano CH
4
12 3,63 × 10 −4 84 28 7,6
Óxido nitroso N
2
O
121 3 × 10 −3 264 265 153
CFC-12 CCl
2
F
2
100 0,32 10 800 10 200 5 200
HCFC-22 CHClF
2
12 0,21 5 280 1 760 549
Tetrafluorometano CF
4
50 000 0,09 4 880 6 630 11 200
Hexafluoroetano C
2
F
6
10.000 0,25 8 210 11 100 18 200
Hexafluoreto de enxofre SF
6
3 200 0,57 17 500 23 500 32 600
Trifluoreto de nitrogênio NF
3
500 0,20 12 800 16 100 20 700
(A) Nenhuma vida útil para o CO 2 atmosférico pode ser fornecida.

O uso de CFC-12 (exceto alguns usos essenciais) foi descontinuado devido às suas propriedades destruidoras da camada de ozônio . A eliminação de compostos menos ativos de HCFC será concluída em 2030.

O dióxido de carbono na Terra 's atmosfera , se metade de emissões do aquecimento global são não absorvida.
( Simulação da NASA ; 9 de novembro de 2015)

Fontes naturais e antropogênicas

consulte a legenda e o texto do artigo
Acima: níveis crescentes de dióxido de carbono na atmosfera, medidos na atmosfera e refletidos nos núcleos de gelo . Embaixo: A quantidade de aumento líquido de carbono na atmosfera, em comparação com as emissões de carbono da queima de combustível fóssil .

Além dos halocarbonos sintéticos produzidos exclusivamente pelo homem, a maioria dos gases de efeito estufa tem fontes naturais e causadas pelo homem. Durante o Holoceno pré-industrial , as concentrações de gases existentes eram quase constantes, porque as grandes fontes naturais e sumidouros estavam quase equilibradas. Na era industrial, as atividades humanas adicionaram gases de efeito estufa à atmosfera, principalmente por meio da queima de combustíveis fósseis e do desmatamento de florestas.

O Quarto Relatório de Avaliação de 2007 compilado pelo IPCC (AR4) observou que "mudanças nas concentrações atmosféricas de gases de efeito estufa e aerossóis, cobertura do solo e radiação solar alteram o balanço energético do sistema climático", e concluiu que "aumentos nas concentrações antropogênicas de gases de efeito estufa é muito provável que tenha causado a maior parte dos aumentos nas temperaturas médias globais desde meados do século 20 ". No AR4, "a maior parte" é definida como mais de 50%.

Abreviaturas usadas nas duas tabelas abaixo: ppm = partes por milhão ; ppb = partes por bilhão; ppt = partes por trilhão; W / m 2 = watts por metro quadrado

Concentrações atuais de gases de efeito estufa
Gás Concentração
troposférica pré-1750
Concentração
troposférica recente
Aumento absoluto
desde 1750

Aumento percentual
desde 1750

Forçamento radiativo aumentado
(W / m 2 )
Dióxido de carbono ( CO
2
)
280  ppm 411 ppm 131 ppm 47% 2.05
Metano ( CH
4
)
700 ppb 1893 ppb /
1762 ppb
1193 ppb /
1062 ppb
170,4% /
151,7%
0,49
Óxido nitroso ( N
2
O
)
270 ppb 326 ppb /
324 ppb
56 ppb /
54 ppb
20,7% /
20,0%
0,17

Ozônio troposférico ( O
3
)
237 ppb 337 ppb 100 ppb 42% 0,4
Relevante para forçar radiativo e / ou destruição da camada de ozônio ; todos os seguintes não têm fontes naturais e, portanto, quantidades zero pré-industriais
Gás Concentração
troposférica recente

Forçamento radiativo aumentado
(W / m 2 )
CFC-11
(triclorofluorometano)
( CCl
3
F
)
236 ppt /
234 ppt
0,061
CFC-12 ( CCl
2
F
2
)
527 ppt /
527 ppt
0,169
CFC-113 ( Cl
2
FC-CClF
2
)
74 ppt /
74 ppt
0,022
HCFC-22 ( CHClF
2
)
231 ppt /
210 ppt
0,046
HCFC-141b ( CH
3
CCl
2
F
)
24 ppt /
21 ppt
0,0036
HCFC-142b ( CH
3
CClF
2
)
23 ppt /
21 ppt
0,0042
Halon 1211 ( CBrClF
2
)
4,1 ppt /
4,0 ppt
0,0012
Halon 1301 ( CBrClF
3
)
3,3 ppt /
3,3 ppt
0,001
HFC-134a ( CH
2
FCF
3
)
75 ppt /
64 ppt
0,0108
Tetracloreto de carbono ( CCl
4
)
85 ppt /
83 ppt
0,0143
Hexafluoreto de enxofre ( SF
6
)
7,79 ppt /
7,39 ppt
0,0043
Outros halocarbonos Varia de acordo com a
substância
coletivamente
0,02
Halocarbonos no total 0,3574
consulte a legenda e o texto do artigo
400.000 anos de dados de núcleo de gelo

Os núcleos de gelo fornecem evidências de variações na concentração de gases de efeito estufa nos últimos 800.000 anos (consulte a seção a seguir ). Ambos CO
2
e CH
4
variam entre as fases glacial e interglacial, e as concentrações desses gases estão fortemente correlacionadas com a temperatura. Os dados diretos não existem para períodos anteriores aos representados no registro do núcleo de gelo, um registro que indica CO
2
as frações molares permaneceram na faixa de 180 ppm a 280 ppm ao longo dos últimos 800.000 anos, até o aumento dos últimos 250 anos. No entanto, vários proxies e modelagem sugerem variações maiores em épocas anteriores; 500 milhões de anos atrás CO
2
os níveis eram provavelmente 10 vezes mais altos do que agora. Na verdade,
CO mais alto
2
Acredita-se que as concentrações tenham prevalecido durante a maior parte do
Eon Fanerozóico , com concentrações de quatro a seis vezes as concentrações atuais durante a era Mesozóica, e dez a quinze vezes as concentrações atuais durante o início da era Paleozóica até meados do período Devoniano , cerca de 400 Ma . Acredita-se que a disseminação de plantas terrestres reduziu o CO
2
concentrações durante o Devoniano tardio e atividades vegetais como fontes e sumidouros de CO
2
desde então, têm sido importantes no fornecimento de feedbacks estabilizadores. Ainda mais cedo, um período de glaciação intermitente e generalizada de 200 milhões de anos que se estendeu perto do equador ( Snowball Earth ) parece ter terminado repentinamente, cerca de 550 Ma, por uma descarga vulcânica colossal que elevou o CO
2
concentração da atmosfera abruptamente para 12%, cerca de 350 vezes os níveis modernos, causando condições extremas de estufa e deposição de carbonato como calcário a uma taxa de cerca de 1 mm por dia. Este episódio marcou o fim do Éon Pré - cambriano e foi sucedido pelas condições geralmente mais quentes do Fanerozóico, durante o qual a vida animal e vegetal multicelular evoluiu. Nenhuma emissão vulcânica de dióxido de carbono em escala comparável ocorreu desde então. Na era moderna, as emissões dos vulcões para a atmosfera são de aproximadamente 0,645 bilhões de toneladas de CO
2
por ano, enquanto os humanos contribuem com 29 bilhões de toneladas de CO
2
cada ano.

Núcleos de gelo

As medições dos núcleos de gelo da Antártica mostram que antes do início das emissões industriais de CO atmosférico
2
as frações molares eram de cerca de 280 partes por milhão (ppm) e permaneceram entre 260 e 280 durante os dez mil anos anteriores. As frações molares de dióxido de carbono na atmosfera aumentaram aproximadamente 35 por cento desde 1900, passando de 280 partes por milhão em volume para 387 partes por milhão em 2009. Um estudo usando evidências de estômatos de folhas fossilizadas sugere maior variabilidade, com dióxido de carbono frações molares acima de 300 ppm durante o período de sete a dez mil anos atrás, embora outros argumentem que essas descobertas provavelmente refletem problemas de calibração ou contaminação, em vez de
CO real
2
variabilidade. Devido à forma como o ar fica preso no gelo (poros no gelo fecham lentamente para formar bolhas nas profundezas do firn) e o período de tempo representado em cada amostra de gelo analisada, esses números representam as médias das concentrações atmosféricas de até alguns séculos, em vez do que os níveis anuais ou decadais.

Mudanças desde a Revolução Industrial

Consulte a legenda
Aumento anual recente do CO atmosférico
2
.
Consulte a legenda
Principais tendências de gases de efeito estufa.

Desde o início da Revolução Industrial , as concentrações de muitos dos gases de efeito estufa aumentaram. Por exemplo, a fração molar de dióxido de carbono aumentou de 280 ppm para 415 ppm, ou 120 ppm em relação aos níveis pré-industriais modernos. O primeiro aumento de 30 ppm ocorreu em cerca de 200 anos, desde o início da Revolução Industrial até 1958; no entanto, o próximo aumento de 90 ppm ocorreu em 56 anos, de 1958 a 2014.

Dados recentes também mostram que a concentração está aumentando a uma taxa mais elevada. Na década de 1960, o aumento médio anual foi de apenas 37% do que era de 2000 a 2007.

As emissões cumulativas totais de 1870 a 2017 foram de 425 ± 20 GtC (1539 GtCO 2 ) de combustíveis fósseis e indústria, e 180 ± 60 GtC (660 GtCO 2 ) de mudanças no uso da terra . Mudanças no uso da terra, como desmatamento , causaram cerca de 31% das emissões cumulativas entre 1870–2017, carvão 32%, petróleo 25% e gás 10%.

Hoje, o estoque de carbono na atmosfera aumenta em mais de 3 milhões de toneladas por ano (0,04%) em comparação com o estoque existente. Esse aumento é resultado das atividades humanas de queima de combustíveis fósseis, desmatamento e degradação florestal nas regiões tropicais e boreais.

Os outros gases de efeito estufa produzidos pela atividade humana mostram aumentos semelhantes em quantidade e taxa de aumento. Muitas observações estão disponíveis online em vários bancos de dados de observação de química atmosférica .

Emissões antropogênicas de gases de efeito estufa

Desde cerca de 1750, a atividade humana aumentou a concentração de dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa. Em 2021, as concentrações atmosféricas medidas de dióxido de carbono eram quase 50% mais altas do que os níveis pré-industriais. As fontes naturais de dióxido de carbono são mais de 20 vezes maiores do que as fontes devido à atividade humana, mas em períodos maiores do que alguns anos, as fontes naturais são estreitamente equilibradas por sumidouros naturais, principalmente a fotossíntese de compostos de carbono pelas plantas e pelo plâncton marinho . A absorção da radiação infravermelha terrestre por gases absorvedores de ondas longas torna a Terra um emissor menos eficiente. Portanto, para que a Terra emita tanta energia quanto é absorvida, as temperaturas globais devem aumentar.

Estima-se que a queima de combustíveis fósseis tenha emitido 62% do GhG humano em 2015. A maior fonte única são as usinas termelétricas a carvão, com 20% de GEE em 2021.

Remoção da atmosfera

Processos naturais

Os gases de efeito estufa podem ser removidos da atmosfera por vários processos, como consequência de:

  • uma mudança física (condensação e precipitação removem o vapor de água da atmosfera).
  • uma reação química na atmosfera. Por exemplo, o metano é oxidado pela reação com o radical hidroxila de ocorrência natural , OH · e degradado em CO
    2
    e vapor de água ( CO
    2
    da oxidação do metano não está incluída no potencial de aquecimento global do metano ). Outras reações químicas incluem a química da solução e da fase sólida que ocorre nos aerossóis atmosféricos.
  • uma troca física entre a atmosfera e os outros componentes do planeta. Um exemplo é a mistura de gases atmosféricos nos oceanos.
  • uma mudança química na interface entre a atmosfera e os outros componentes do planeta. Este é o caso do CO
    2
    , que é reduzido pela fotossíntese das plantas e que, após se dissolver nos oceanos, reage para formar ácido carbônico e bicarbonato e íons carbonato (ver acidificação do oceano ).
  • uma mudança fotoquímica . Halocarbonos são dissociados pela luz ultravioleta liberando Cl · e F · como radicais livres na estratosfera com efeitos nocivos sobre o ozônio (halocarbonos geralmente são estáveis ​​demais para desaparecer por reação química na atmosfera).

Emissões negativas

Uma série de tecnologias removem as emissões de gases de efeito estufa da atmosfera. Os mais amplamente analisados ​​são aqueles que removem o dióxido de carbono da atmosfera, seja para formações geológicas como a bioenergia com captura e armazenamento de carbono e captura de dióxido de carbono pelo ar , ou para o solo, como no caso do biochar . O IPCC apontou que muitos modelos de cenários climáticos de longo prazo requerem emissões negativas em grande escala causadas pelo homem para evitar mudanças climáticas graves.

História da pesquisa científica

No final do século 19, os cientistas descobriram experimentalmente que N
2
e O
2
não absorvem radiação infravermelha (chamada, na época, "radiação escura"), enquanto a água (tanto como vapor verdadeiro e condensada na forma de gotículas microscópicas suspensas nas nuvens) e CO
2
e outras moléculas gasosas poliatômicas absorvem radiação infravermelha. No início do século 20, os pesquisadores perceberam que os gases do efeito estufa na atmosfera aumentavam a temperatura geral da Terra do que seria sem eles. Durante o final do século 20, surgiu um consenso científico de que concentrações crescentes de gases de efeito estufa na atmosfera causam um aumento substancial nas temperaturas globais e mudanças em outras partes do sistema climático, com consequências para o meio ambiente e para a saúde humana .

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos