Efeito Estufa e Absorção Atmosférica

Como o vapor de água, o dióxido de carbono e outros gases absorvem e reemitem a radiação térmica, aquecendo a superfície acima de sua temperatura de equilíbrio radiativo.

Definition

O efeito estufa é o aquecimento da superfície de um planeta causado por gases atmosféricos que são transparentes à luz solar incidente, mas absorvem e reemitem a radiação térmica de saída, elevando a temperatura da superfície acima do valor estabelecido apenas pelo aquecimento solar.

Scope

Este tópico abrange a base física do efeito estufa: a absorção e emissão de radiação de ondas longas por gases moleculares, as bandas espectrais em que atuam e a forma como o nível de irradiação efetivo da atmosfera controla a temperatura da superfície. Ele trata dos papéis do vapor de água, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso e ozônio, o conceito de forçamento radiativo a partir de mudanças em suas concentrações, e os efeitos de saturação e sobreposição de bandas que governam como o forçamento se escala com a concentração.

Core questions

• Por que alguns gases são absorvedores eficazes de radiação térmica, enquanto outros não são?
• Como o efeito estufa eleva a temperatura da superfície acima do equilíbrio radiativo?
• Como o forçamento radiativo muda à medida que a concentração de um gás de efeito estufa aumenta?
• Quais são as contribuições relativas do vapor de água e do dióxido de carbono?

Key theories

Nível de emissão efetivo

Os gases de efeito estufa elevam a altitude a partir da qual o planeta irradia efetivamente para o espaço, e como esse nível é mais frio que a superfície, a superfície deve aquecer para emitir energia suficiente para equilibrar a luz solar incidente.

Forçamento logarítmico do dióxido de carbono

Como as bandas de absorção centrais do dióxido de carbono estão quase saturadas, seu forçamento radiativo cresce aproximadamente com o logaritmo da concentração, de modo que cada duplicação adiciona uma quantidade semelhante de forçamento.

Mechanisms

Moléculas com as transições vibracionais e rotacionais corretas absorvem a radiação infravermelha de saída e a reemitem em todas as direções, incluindo de volta para a superfície; isso eleva a altitude na qual a radiação finalmente escapa para o espaço, e como a temperatura diminui com a altura na troposfera, a superfície aquece até que o nível de emissão mais frio irradie o suficiente para equilibrar a luz solar absorvida. Adicionar mais gás engrossa a camada absorvente e desloca o nível de emissão para uma altitude mais alta e mais fria, aumentando o forçamento.

Clinical relevance

O forçamento radiativo do aumento do dióxido de carbono, metano e outros gases de efeito estufa é o impulsionador físico direto da mudança climática causada pelo homem, tornando este mecanismo central para a compreensão e projeção do aquecimento global.

Evidence & guidelines

O Sexto Relatório de Avaliação do IPCC quantifica o forçamento radiativo efetivo de cada um dos principais gases de efeito estufa e atribui a maior parte do aquecimento observado desde a era pré-industrial a esses gases.

History

Tyndall demonstrou no século XIX que o vapor de água e o dióxido de carbono absorvem a radiação térmica, e Arrhenius fez a primeira estimativa quantitativa do aquecimento resultante da duplicação do dióxido de carbono; a espectroscopia e a modelagem radiativa-convectiva do século XX refinaram essas ideias na teoria quantitativa moderna do forçamento radiativo.

Debates

Alegações históricas de saturação de banda

As objeções iniciais de que a absorção de dióxido de carbono já estava saturada foram resolvidas ao reconhecer que a adição de gás eleva o nível de emissão frio, de modo que o forçamento continua a aumentar em vez de estabilizar.

Key figures

• Svante Arrhenius
• John Tyndall
• Raymond Pierrehumbert
• Syukuro Manabe

Seminal works

• arrhenius1896
• pierrehumbert2010

Frequently asked questions

Qual gás contribui mais para o efeito estufa?

O vapor de água é o maior contribuinte geral, mas atua como um feedback que responde à temperatura, enquanto o dióxido de carbono é o principal gás de longa duração que os humanos estão aumentando.

Por que o dióxido de carbono ainda importa se suas bandas estão quase saturadas?

A adição de dióxido de carbono eleva a altitude a partir da qual o planeta irradia para o espaço para um nível mais frio, de modo que o efeito de aquecimento continua a crescer a cada duplicação da concentração.