• Rodrigo Raffa

A Teoria de Milankovitch: Os ciclos orbitais como explicação para as eras glaciais da Terra

Hoje em dia sabemos e temos disponíveis inúmeras explicações e medidas que em tempos atrás não eram tão fáceis de se acreditar e conseguir. Por exemplo, sabemos a idade próxima do Universo, do Sistema solar e da Terra. Sobre esta última, o valor de 4550 milhões de anos (segundo a Bíblia a Terra não teria mais que 20 mil anos) só foi obtido em 1953 por Clair Patterson por espectrógrafo de massa, equipamento capaz de detectar quantidades mínimas de urânio e chumbo (decaimento) em cristais antigos (BRYSON, 2005).


Registros geológicos (fósseis, sedimentos e sinais de geleira) indicam que no decorrer desses mais de quatro bilhões de anos, o clima e a paisagem da Terra variaram extremamente, e estudiosos do passado da Terra querem cada vez mais desvendar e simular essas condições antigas, mas o que causaram, e causarão essas variações?


Segundo Bryson (2005), um pobre zelador nascido em 1821 chamado James Croll foi o primeiro a propor que mudanças cíclicas na forma da órbita terrestre, de elíptica para quase circular, e elíptica novamente, poderiam explicar o começo e recuo das eras glaciais, isto é, ninguém antes pensara que variações climáticas tinham explicações astronômicas. No início do século XX o acadêmico sérvio Milutin Milankovitch, sem nenhuma formação em movimentos celestes (era formado em engenharia mecânica) aos poucos foi refinando os cálculos culminando no livro Mathematical climatology and the astronomical theory of climatic changes [Climatologia matemática e a teoria astronômica das mudanças climáticas] em 1930.


Silva (2007) citando Imbrie e Imbrie (1979), descreve que de acordo com as descobertas matemáticas de Milankovitch, a intensidade dos efeitos da insolação varia com a latitude, ou seja, os três principais fatores a seguir agindo conjuntamente influenciam na dinâmica climática terrestre, com representação ilustrativa retirada de Silva (2007) de cada fenômeno:


Excentricidade: varia entre órbitas mais elípticas (excentricidade de cerca de 0,06) e mais circulares (cerca de 0,001), estando atualmente com aproximadamente 0,0167. Possui uma periodicidade de aproximadamente 100 mil anos na média, com componentes importantes como um mais longo de 413 mil anos;



Obliquidade: a inclinação do eixo da Terra em relação à normal ao plano da órbita varia entre 22° e 24,50°(atualmenteestácom23,5º), com um período médio de cerca de 41 mil anos e modula a sazonalidade, principalmente nas altas latitudes. Descoberto nos anos 1840 por Urbain Leverrier;



Precessão dos equinócios: resultado da combinação de duas outras precessões, a do eixo de

rotação da terra (analogia do pião), que dura 25.700 anos e dita a estrela que o “prolongamento do eixo aponta” (atualmente é Polaris) e a precessão da elipse (rotação dos semieixos, ainda mais lenta). Assim, os solstícios/equinócios se movem pela órbita da terra num período de 19 a 23 mil anos. Responsável pela mudança de atitude (direção) do eixo de rotação. Percebido por Hiparco e explicado por D’alambert. O efeito da precessão está 180° fora de fase entre os hemisférios norte e sul e é maior no equador, diminuindo em direção aos polos.


A figura 1 abaixo mostra os gráficos desses três fatores desde 250 mil anos atrás até 100 mil anos no futuro:


Figura 1. Variações da excentricidade, precessão e obliquidade de 250 mil anos atrás até 100 mil anos à frente.

Fonte: Berger (1978c).


Na ordem da imagem: excentricidade (em por cento), precessão (distância Terra-Sol em junho, para cima mais e para baixo menos) e inclinação (em graus).


Segundo Berger (1980), a teoria de Milankovitch indica que as glaciações ocorrem quando:

a) o verão começa no afélio, ou seja, quando a distância entre a Terra e o Sol é maior;


b) a excentricidade é máxima, ou seja, a distância entre a Terra e o Sol no afélio é a maior possível. Isso afeta não só a intensidade relativa e a duração das estações nos diferentes hemisférios, mas também a diferença entre a insolação máxima e mínima recebida durante um ano;


c) a obliquidade é baixa, significando que a diferença entre verão e inverno é fraca e o contraste latitudinal é maior.


A teoria de Milankovitch foi alvo de disputas durante décadas. Porém, em 1976, Hays et alii apud Silva (2007), demonstraram que as frequências astronômicas estavam presentes de forma significativa nos dados paleoclimáticos (paleo = antigo). Assumiram primeiramente em seu estudo que o sistema climático tinha uma resposta linear à indução orbital. A partir de dois testemunhos do fundo do mar, que continham um registro contínuo de 450 mil anos, analisaram três parâmetros sensíveis às mudanças climáticas e os transformaram em séries temporais geológicas. Os parâmetros eram: a composição isotópica de oxigênio (δ18O, a maioria do oxigênio tem número de massa atômica 16 e não 18) em foraminíferos planctônicos (grande grupo de protistas que existem há muito tempo) uma estimativa das temperaturas de verão na superfície do mar, baseada em radiolários (protozoários unicelulares que vivem no mar e secretam esqueleto minerais), e a abundância relativa de outras espécies de radiolários e encontraram, nos espectros de intensidade, ciclos quase-periódicos correspondentes aos orbitais.


Os ciclos de Milankovitch sozinhos não são suficientes para explicar ciclos de eras glaciais, outros fatores como disposição dos continentes, por exemplo, influenciam. No entanto os períodos interglaciais duraram somente 8 mil anos, ou seja, esses últimos dez mil anos estão “estranhamente calmos” (BRYSON, 2005). A figura 2 apresenta três gráficos, os dois primeiros de concentração de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) que são gases de efeito estufa (GEE), responsáveis por reter parte do calor emitido pela Terra e o terceiro a temperatura média do planeta nos últimos 420 mil anos.


Figura 2. Concentrações de GEE e temperatura média global nos últimos 420 mil anos.

Fonte: Hansen et al. (2007)


Percebe-se que a partir do século XIX não há a “queda” periódica como nas épocas anteriores, que também são consequências da soma das três funções periódicas (excentricidade, obliquidade e precessão), as concentrações de GEE dispararam e a temperatura não reage de maneira linear. É quase unanimidade da comunidade científica que as ações antrópicas das últimas décadas que marca o que alguns chamam de Antropoceno, influenciaram no clima global, assunto que cabe a um próximo artigo.


Referências

BERGER, A., Numerical values of the elements of the Earth's orbit from 5,000,000 YBP to 1,000,000 YAP (astronomical solution of Berger, 1978), Contrib. 35, Inst. d'Astron. et de G•ophys. G. Lemaitre, Univ. Catholique, Louvainla-Neuve, Belgium, 1978c.


BERGER,A. 1980. The Milankovitch astronomical theory of paleoclimates: a modern review. Vistas in Astronomy, 24:103-122.


BRYSON, B. Breve história de quase tudo; tradução Ivo Korytowski. São Paulo: Companhia das Letras, 2005.


Hansen, J., M. Sato, P. Kharecha, G. Russell, D.W. Lea, and M. Siddall, 2007: Climate change and trace gases. Phil. Trans. Roy. Soc. A, 365, 1925-1954, doi:10.1098/rsta.2007.2052.


HAYS,J.D.; Imbrie,J.; SHACKLETON, N.J. 1976. Variations in the Earth’s orbit: pacemaker of the ice ages. Science, v.194, p. 1121-1132, December.


SILVA,J.G.R. 2007. Ciclos orbitais ou ciclos de Milankovitch. Textos de Glossário Geológico Ilustrado






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