Hoje em dia, nós ouvimos falar o tempo todo sobre mudanças climáticas. Embora o foco das manchetes seja o aumento da temperatura do ar, todo o sistema climático – atmosfera, oceano, criosfera, vegetação e superfície terrestre – está sendo afetado, já que suas componentes estão ligadas por complexas interações. Por exemplo, como resultado do atual aquecimento na atmosfera, inúmeras geleiras estão derretendo de forma acelerada. E, como resultado, um grande volume de água doce que estava armazenado sobre o continente entra no oceano. Além do subsequente aumento no nível do mar, uma das questões que surgem deste cenário é: como esta entrada de água doce no oceano pode afetar o clima? Esta foi uma das perguntas que motivaram minha tese de doutorado.
Os oceanos, assim como a atmosfera, estão em constante movimento. Além da energia dos ventos e das marés, uma importante força que gera movimentos no oceano é a diferença de densidade entre massas de água. Observe o experimento no vídeo abaixo. Num tanque cheio de água com temperatura ambiente foi colocado um cubo de gelo (azul) e uma garrafinha aberta contendo água quente (vermelha). Fica claro como o azul se espalha pelo fundo do tanque enquanto o vermelho fica próximo à superfície. Portanto, podemos dizer que águas frias são mais “pesadas” (mais densas) que águas quentes.
Além da temperatura, a salinidade também é importante para determinar a densidade no oceano. A salinidade pode diminuir com chuva, neve ou gelo continental entrando no oceano; e pode aumentar com evaporação ou formação de gelo marinho. “Espera,” – você deve estar pensando – “como assim? Primeiro você diz que o gelo diminui a salinidade, depois diz que ele deixa o mar mais salgado?”. Primeiro, vamos apontar uma diferença importante aqui. Gelo continental, aquele que forma geleiras, é doce; ele é formado sobre a terra através do acúmulo e compactação da neve, que nada mais é que chuva (água doce) congelada. Gelo marinho é o resultado do congelamento da água do mar. Embora ele seja levemente salgado, a maior parte do sal contido na água do mar é expelida quando ela congela. Portanto, o sal que estava naquela parcela de água congelada vai parar na água abaixo do gelo, fazendo com que ela se torne mais salgada. Porque as moléculas de sal são mais “pesadas” do que as moléculas de água, a mesma quantidade de água salgada é mais “pesada”do que a de água sem sal (“doce”).
Assim, águas quentes e doces são "mais leves" do que águas frias e salgadas, por isso a primeira tende a ficar por cima da última. Nessa busca pela estabilidade (menos denso por cima, mais denso por baixo), o oceano "revolve" como uma esteira: as águas quentes tropicais são transportadas para altas latitudes onde perdem calor e recebem sal (pela formação de gelo marinho), desse modo tornam-se mais densas e afundam. Assim formam-se as massas de água profundas, que são originadas em pontos do Atlântico Norte (próximo à Groenlândia) e do entorno Antártico (especialmente no setor Atlântico). Essas massas de água profundas são exportadas do Atlântico para os outros oceanos e eventualmente voltam para a superfície, onde ganham calor e retornam para os pólos, recomeçando o ciclo. Essa circulação é conhecida como Célula de Revolvimento Meridional (CRM), que tem um papel fundamental na distribuição de calor pela Terra (Figura 1).
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Desenho esquemático da Circulação de Revolvimento Meridional
(modificado de http://noc.ac.uk/science-technology/climate-sea-level/rapid-watch/26-degrees-north )
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Por isso, como muitas geleiras próximas aos pontos de formação de águas profundas estão perdendo massa rapidamente, a água de degelo (doce) que vai para o oceano torna a superfície menos salgada e diminui a densidade das águas nessas regiões-chave, o que pode afetar a quantidade de água profunda formada. Se pouca água densa é formada nas altas latitudes, a CRM enfraquece e, consequentemente, a distribuição de calor pela Terra é afetada: o calor recebido nos trópicos não é eficientemente transportado para os pólos, o que faz com que regiões em altas e médias latitudes (Europa, por exemplo) passem a experimentar temperaturas mais baixas. Por isso é importante estudarmos o impacto da água de degelo na circulação oceânica. Mas como podemos fazer isso?
Mudanças climáticas sempre ocorreram no planeta. A variabilidade em parâmetros astronômicos, tais como a inclinação do eixo da Terra e a excentricidade orbital, a quantidade de gelo cobrindo a Terra, a variação nos tipos de vegetação, a concentração de gases estufa na atmosfera (de origem natural) são alguns dos fatores que fazem o clima da Terra mudar em longas escalas de tempo. Portanto, podemos usar as mudanças climáticas passadas para entender e tentar prever as respostas naturais do planeta a estas mudanças.
Há 21.000 anos, período conhecido como Último Máximo Glacial, a América do Norte e parte da Europa estavam cobertas por grandes mantos de gelo. A temperatura média da Terra era de aproximadamente 4°C (comparados aos 14°C médios de hoje). A partir daí, devido a um aumento na insolação recebida na Terra, a última glaciação chegou ao fim e esses mantos começaram a derreter. Desde lá até hoje, toda essa água de degelo causou um aumento de aproximadamente 120 m no nível do mar. Ou seja, MUITA água doce entrou no oceano. Portanto, este é um bom cenário para entender como a circulação oceânica responde à entrada de água de degelo.
Assim, o objetivo do meu trabalho foi diagnosticar as mudanças na circulação oceânica sob a influência da entrada de água doce proveniente do derretimento de gelo continental. Para atingir esse objetivo, usamos resultados de um modelo numérico (como aqueles usados na previsão do tempo) que simulou a variação do clima da Terra nos últimos 21 mil anos, gerados pelo cientista Feng He na Universidade de Wisconsin-Madison (EUA). Esse modelo engloba a atmosfera, o oceano, a superfície da terra, a cobertura de gelo e a cobertura vegetativa. Na simulação, Feng He informou ao modelo como e quando variaram os parâmetros astronômicos, a concentração de gases estufa, e também onde, quando e em que quantidade a água de degelo pode ter entrado no oceano. Tudo isso é estimado usando-se dados obtidos através da análise de registros geológicos (como por exemplo, bolhas de gases aprisionadas em camadas profundas de gelo na Antártica e na Groenlândia). É importante ressaltar que uma simulação numérica, por mais detalhada que seja, não é a representação exata do que aconteceu no passado. No entanto, simulações refletem leis físicas e condições conhecidas do passado – portanto não são, da mesma forma, “adivinhações ou “chutes”. Nesta simulação, em particular, a evolução da temperatura do ar assemelha-se bem àquela reconstruída à partir dos registros geológicos. Pode, assim, ser considerada uma boa aproximação do ocorrido.
Neste cenário numérico, nós observamos que a introdução de água de degelo no norte do Atlântico Norte realmente enfraquece a CRM. Esse enfraquecimento está associado à períodos frios no Hemisfério Norte. Contrariamente, quando a entrada de água doce era abruptamente interrompida, a CRM se intensificava e períodos de aquecimento eram observados. Além disso, as massas de água do Atlântico eram bem diferentes há 21.000 anos atrás. As águas formadas no entorno Antártico eram consideravelmente mais salgadas (possivelmente devido à maior formação de gelo marinho, incentivada pelas baixas temperaturas daquela época). Essas águas ocupavam boa parte do Atlântico. Em compensação, as águas formadas no Atlântico Norte não atingiam grandes profundidades como hoje, e nem eram transportadas tão longe ao sul: o núcleo da massa de água originada no Atlântico Norte chegava a 1000-2000 m de profundidade e ficava essencialmente contida no Hemisfério Norte, enquanto hoje ela atinge 3500-4000 m de profundidade e alcança latitudes próximas a 40°S (Figura 2).
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Circulação de Revolvimento meridional
vista na vertical (cortando o Oceano Atlântico no meio, no sentido Norte-Sul):
esquema de como era há 21 mil anos atrás (painel superior)
e como é hoje
(painel inferior).
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Os efeitos da entrada da água de degelo no Atlântico Norte também foram observados longe dali, no Oceano Índico tropical: a descarga de água de degelo está associada a mudanças na circulação atmosférica, o que leva a variações na intensidade das monções típicas da região.
Assim, nós concluímos que o derretimento de gelo continental provocado pelo aumento de temperatura do ar (e também do oceano em contato com as margens das geleiras) leva a mudanças na circulação oceânica e na distribuição das massas de água do Atlântico, o que eventualmente pode refletir na temperatura do ar, formando um ciclo. De fato, Rahmstorf e colaboradores publicaram um artigo na revista Nature Climate Change mostrando um enfraquecimento na CRM no século 20, especialmente após 1970. Eles apontam o derretimento acelerado do manto de gelo da Groenlândia como um dos responsáveis por esse enfraquecimento. (É importante salientar que essas relações de causa-e-efeito no sistema climático são muito complexas e estão longe de ser dadas como definitivas. Muitas relações ainda não são claras, e o que podemos fazer é inferir estas relações da maneira mais lógica de acordo com o que os dados nos mostram.
Informações mais detalhadas sobre esse estudo pode ser encontradas em:
Marson, J.M., Wainer, I., Mata, M.M., and Liu, Z. (2014). The impacts of deglacial meltwater forcing on the South Atlantic Ocean deep circulation since the Last Glacial Maximum. Climate of the Past, 10(5), 1723-1734. http://www.clim-past.net/10/1723/2014/
Marson, J.M., Mysak, L.A., Mata, M.M., and Wainer, I. Evolution of the deep Atlantic water masses since the Last Glacial Maximum based on a transient run of NCAR-CCSM3. Climate Dynamics, DOI: 10.1007/s00382-015-2876-7. http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00382-015-2876-7
Stefan Rahmstorf, Jason E. Box, Georg Feulner, Michael E. Mann, Alexander Robinson, Scott Rutherford & Erik J. Schaffernicht, 2015. Exceptional twentieth-century slowdown in Atlantic Ocean overturning circulation. Nature Climate Change, DOI: 10.1038/NCLIMATE2554). Link para o artigo:
Sobre Juliana Marini Marson:
Nascida numa cidade pequena, longe do litoral, apaixonei-me pelas ciências do mar aos 12 anos, após participar de um curso intensivo sobre os oceanos e conservação ambiental. Graduei-me como Bacharel em Oceanologia e Mestre em Oceanografia Física pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG), e obtive meu título de Doutorado pela Universidade de São Paulo (USP). Meu foco sempre foi estudar a física dos oceanos polares e suas interações com o clima. Durante minha formação, a Antártica foi minha região de estudo principal. Atualmente, sou Pós-Doutoranda na Universidade de Alberta (Canadá), onde passei a conhecer mais a fundo o oceano do outro lado do mundo – o Ártico.
