Por Marco Gonzalez
White Cliffs, do Cretáceo superior, em Dover, no sudeste da Inglaterra, são penhascos quase verticais de greda (giz) com mais de 100 m de altura.
Esta rocha calcária tem armazenado por ∼70 milhões de anos enorme quantidade de dióxido de carbono que foi retirado da atmosfera e soterrado no fundo do oceano.
Desta forma, ela contribui para viabilizar uma história climática do nosso planeta como o conhecemos: uma Terra habitável.
(Crédito da imagem: Immanuel Giel).
Esta é UMA história e não A história climática da Terra porque cada um que pretender contá-la, devido às suas complexidades e abrangências espacial e temporal, poderá se aprofundar mais ou menos em diferentes aspectos. Isto é justificável pois o clima é às vezes causa e às vezes consequência da geologia, da biologia e, em seus mais recentes momentos, das aventuras dos seres humanos. O narrador poderá se concentrar nas consequências ou nas causas, nos clímax ou nas transições, nos padrões ou nas anomalias... Enfim, seguindo o propósito deste blog, "uma história climática da Terra" tem a pretensão de ter a abrangência e a profundidade não mais do que necessárias a uma visão geral sobre o clima na Terra nestes mais de 4.500 milhões de anos.
Antes de contar esta história através da voz dos pesquisadores que a têm revelado, são revisados conceitos que evidenciam porque e como o clima da Terra se altera. Muitos deles refletem o comportamento atual do nosso planeta, mas suas relevâncias são atestadas pelas palavras do advogado e geólogo escocês Charles Lyell (1797-1875) que ensinou que "o presente é a chave do passado".
1.1. Porque o clima da Terra se altera
As causas das alterações do clima da Terra podem ser classificadas em três categorias: forçantes, feedbacks e elementos de inflexão climáticos [IPCC, 2012].
1.1.1. Forçantes climáticos
Alguns forçantes internos ao sistema climático da Terra são:
- gases de efeito estufa:
- gases constituintes da atmosfera que absorvem e irradiam calor, afetando a temperatura da superfície da Terra; e
- aerossóis, poeira, fumaça e fuligem:
- partículas muito pequenas transportadas pelo ar que podem afetar o clima de diversas maneiras. Aerossóis de sulfato (que resultam da queima de carvão, biomassa e erupções vulcânicas), além da poeira e da fumaça, tendem a resfriar a Terra. Outros tipos de partículas, como o carbono negro, têm efeito de aquecimento.
- o Sol irradia anualmente ∼342 watts de energia que incidem sobre cada metro quadrado da superfície da Terra;
- é a principal fonte de energia para a maioria dos processos naturais do sistema terrestre, como a fotossíntese, a dinâmica atmosférica e as correntes oceânicas, que afetam o clima;
- impulsiona o orçamento energético (quantidade de energia que entra menos a quantidade de energia que sai) da Terra, cujo equilíbrio evita que a Terra congele ou se aqueça em demasia; e
- é afetada por ciclos de manchas solares (com duração de ∼11 anos cada um) que são usualmente incorporados em modelos climáticos; e
- impacto de asteroide:
- pode ter consequências drásticas (até mesmo uma glaciação global) [Abbot et al, 2024], no caso de asteroides comparáveis em tamanho ao que causou a extinção dos dinossauros.
Outros forçantes climáticos exteriores ao sistema climático terrestre são os fenômenos dos Ciclos de Milankovitch.
1.1.1.1. Ciclos de Milankovitch
Os Ciclos de Milankovitch fazem parte da Teoria Astronômica dos paleoclimas [Berger, 2012; Zhang et al, 2015; Johnson et al, 2015; Maslin, 2016; NASA, 2024; Berger e Yin, 2025].
Os ciclos glaciais-interglaciais que caracterizaram o clima da Terra são evidenciados nos últimos milhões de anos por séries temporais como as das concentrações atmosféricas de gases de efeito de estufa, da temperatura do ar na Antártida e do volume total de gelo no nosso planeta. Detalhamentos de séries temporais como estas revelam ciclos associados às variações de três fenômenos relacionados à órbita elíptica da Terra em torno do Sol e ao eixo de rotação do nosso planeta: excentricidade, obliquidade e precessão.
Representações esquemáticas de excentricidade (traço azul) à esquerda, obliquidade ao centro, e precessão à direita.
(Crédito: NASA/JPL-Caltech).
Fenômenos dos Ciclos de Milankovitch e suas causas principais, efeitos diretos, variações e padrões de periodicidades
Causas principais |
Efeitos diretos |
Variações | Padrões de periodi- cidades |
|
Ex- cen- tri- ci- da- de |
atração gravita- cional de Júpiter e Saturno |
alteração da duração (em poucos dias) das estações climáticas |
entre zero (círculo) e 0,06 (elipse máxima) |
∼100.000 e ∼405.000 anos |
O- bli- qui- da- de |
colisão Theia-Terra |
quanto maior o ângulo de inclinação, mais extremas são as estações climáticas |
ângulo de inclina- ção entre ∼22° e ∼25° |
∼41.000 anos |
Pre- ces- são |
forças de marés causadas pela influência gravita- cional do Sol e da Lua |
controle da sazona- lidade |
giro de 360° em sentido horário |
∼19.000 e ∼23.000 anos |
Sumarizando: os Ciclos de Milankovitch, de acordo com a Teoria Astronômica dos paleoclimas, controlam a quantidade de insolação que atinge qualquer ponto da Terra em função da estação climática e da latitude.
Muitos eventos na geologia e na paleoclimatologia são coerentes com os ciclos de Milankovitch. Alguns exemplos são [Maslin, 2016]:
- antes de 1 milhão de anos atrás, eras glaciais ocorriam coincidindo com a periodicidade da obliquidade;
- os últimos 8 ciclos de eras glaciais foram estendidos e passaram a corresponder à periodicidade da excentricidade; e
- surgimento e desaparecimento de lagos efêmeros no vale do rift africano são coerentes com a periodicidade da precessão.
Outro exemplo é encontrado no Craton Norte da China, em sedimentos de 1.400 milhões de anos da Formação Xiamaling [Zhang et al, 2015]. Eles registram evidências geoquímicas e sedimentológicas de flutuações climáticas durante suas deposições.
Afloramento da Formação Xiamaling do Mesoproterozoico, no Craton Norte da China, com camadas alternadas de folhelho negro e chert, respectivamente, ricos e pobres em óxido de ferro.
(Crédito: Don E. Canfield)
As flutuações climáticas evidenciadas na Formação Xiamaling, consistentes com a Teoria Astronômica dos paleoclimas, também são observadas (por exemplo):
- em padrões de ventos;
- nas correntes oceânicas;
- em glaciações do Paleozoico;
- no máximo térmico do Paleoceno-Eoceno; e
- em episódios de climas quentes distribuídos do Permiano ao Cretáceo.
1.1.2. Feedbacks climáticos
Alguns de causadores de feedbacks climáticos são:
- nuvens:
- ∼1/3 da quantidade da luz solar que chega à atmosfera terrestre pode ser refletida de volta para espaço pelas nuvens;
- climas quentes e úmidos favorecem a evaporação e o aumento da nebulosidade, podendo produzir feedback negativo para a variação da temperatura;
- vapor d'água:
- a quantidade de vapor d'água (como gás de efeito estufa mais abundante), ao aumentar à medida que o clima aquece, pode provocar feedback positivo para a variação de temperatura;
- precipitação:
- o acréscimo de água retida em atmosfera mais quente geralmente pode causar aumento da precipitação em algumas regiões (em outras pode ocorrer o contrário devido a outros fatores envolvidos); e
- albedo:
- têm feedback negativo em relação à variação da temperatura (feedback positivo em relação ao resfriamento da Terra);
- as superfícies da Terra têm albedos diferentes:
- o albedo em superfícies cobertas por gelo e/ou neve = 70 a 90%, ou seja, apenas entre 30 a 10% da energia solar é absorvida e convertida em calor
- o albedo de outras superfícies terrestres
- com vegetação = 10 a 20% e
- sem vegetação = 15 a 40% (ou menos, se molhadas); e
- o albedo em superfícies de oceanos e lagos = 10% ou menos;
- o albedo tem maior efeito onde a intensidade da radiação solar é mais alta, como nas latitudes baixas.
Outros causadores de feedbacks climáticos, detalhados a seguir, são: dinâmica atmosférica, correntes oceânicas, soerguimento tectônico, intemperismo de silicato, fotossíntese e respiração aeróbica.
1.1.2.1. Dinâmica atmosférica
A importância da atmosfera para o clima da Terra reside em sua composição e em sua dinâmica [Stevens, 2011; Burne e Schneider, 2018; NationalGeographic, 2025; MetOffice, 2025]. A atmosfera seca é composta quase inteiramente por nitrogênio e oxigênio. De forma subordinada ocorre uma série de gases traço, como argônio, hélio e gases de efeito estufa. Dentre estes últimos, o vapor d'água ocorre em quantidades que são altamente variáveis.
Quanto à dinâmica atmosférica, deduz-se que, se a Terra não girasse em torno de seu eixo, teríamos somente a circulação do ar quente, em maior altitude, da linha do equador em direção aos polos, retornando frio de lá, próximo à superfície, para novamente se aquecer. Mas a Terra gira.
Configuração esquemática da circulação atmosférica com células de convecção, ventos predominantes, jatos e zonas de alta e baixa pressões.
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A rotação da Terra cria três cinturões de circulação (células de convecção) nos trópicos (Células de Hadley), entre as latitudes de 30º e 60º (Células de Ferrel) e na proximidade dos polos (Células Polares). O ar nas células de Ferrel gira em sentido oposto ao do ar nas células de Hadley e Polares, agindo o conjunto como uma engrenagem associada à zona de alta pressão subtropical e à zona de convergência intertropical.
Cada célula de convecção tem seus próprios ventos predominantes, todos afetados pelo Efeito Coriolis que, aliás, influencia a maioria dos padrões climáticos.
À medida que a radiação solar ilumina e aquece a Terra, os ventos Alísios, no interior das células de Hadley, sopram em direção à linha do equador. O ar quente e úmido sobe nas proximidades da linha do equador com a formação da Zona de Convergência Intertropical e, eventualmente, com tempestades. O ar que sobe flui em direção a latitudes mais altas até descer para produzir zonas de alta pressão subtropicais. Na sequência, os ventos Alísios reiniciam o ciclo.
Nas células de Ferrel, o ar subtropical segue em baixas altitudes para regiões de alta latitude, através dos ventos de oeste, subindo quando encontra a chamada frente polar. O ar que sobe retorna em altas altitudes em direção aos trópicos onde se junta ao ar que desce das células de Hadley. Na sequência, os ventos de oeste reiniciam o ciclo.
Nas células Polares (as menores e mais fracas), o ar sobe na frente polar, segue para o interior do polo onde desce nas Altas Polares para retornar em baixa altitude através dos ventos polares de leste em direção às latitudes mais baixas até a frente polar e reiniciar o ciclo.
As células de convecção abrangem toda a espessura da troposfera. Com a ascensão (convecção) do ar quente através destas células, o ar frio de áreas circundantes preenche o vazio produzindo vento. Jatos Polares são encontrados entre as células Polares e de Ferrel e jatos Subtropicais, entre as células Ferrel e Hadley.
O efeito contínuo das três células de convecção, em cada hemisfério, combinado com o Efeito Coriolis, resulta na circulação global da atmosfera terrestre. Neste contexto, o feedback da dinâmica atmosférica (para variação da temperatura) apresenta
- componentes dinâmicos, que podem ser positivos ou negativos em diferentes latitudes, e
- componentes termodinâmicos, particularmente positivos nos trópicos.
Na totalidade, os componentes termodinâmicos acabam predominando e, na média global, o feedback da dinâmica atmosférica é positivo, amplificando a temperatura próxima à superfície em resposta às alterações climáticas.
Os subsistemas climáticos da Terra, na maioria, estão interconectados através da circulação atmosférica e de correntes oceânicas.
1.1.2.2. Correntes oceânicas
A combinação da circulação atmosférica com as correntes oceânicas influencia o clima global redistribuindo calor e umidade. Assim como a atmosfera, os oceanos [Stevens, 2011; Schmitt, 2018; TimeScavengers, 2025] são afetados pela rotação da Terra com a consequente criação de correntes:
- de superfície, nos 100 metros superiores, e
- de profundidade, milhares de metros abaixo da superfície da água.
Correntes de superfície
Principais giros e correntes superficiais dos oceanos da Terra.
(Adaptado de: NOAA e Time Scavengers).
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A rotação da Terra produz correntes de superfície nos oceanos através do Efeito Coriolis. Ele faz com que os ventos Alísios afastem as águas quentes superficiais nas proximidades da linha do equador para longe da costa oeste dos continentes nos oceanos Pacífico, Atlântico e Índico. Em decorrência deste movimento, ocorre ressurgência da água fria que sobe para preencher o espaço, o que consiste em uma das principais causas do fenômeno conhecido como mistura do oceano superior. Além da circulação oceânica, a ressurgência de águas profundas contribui para a produtividade biológica excepcionalmente alta em águas costeiras nestas regiões.
Em escala sinótica, são produzidas rotações nas águas, configurando correntes que fluem em sentido horário no Hemisfério Norte e anti-horário no Hemisfério Sul, movimentos que são conhecidos como giros oceânicos.
Ventos Alísios predominantes nas latitudes norte e sul ajudam a criar correntes superficiais que fazem com que a água fria flua de volta para a linha do equador ao longo da costa oeste dos continentes. Esta configuração de correntes cria um gradiente de temperatura na superfície dos oceanos entre as costas oeste e leste. A queda desta diferença de temperatura entre as costas, favorece a criação, no Oceano Pacífico, do fenômeno conhecido como El Niño.
Correntes de profundidade
Em profundidades de milhares de metros, as águas oceânicas da Terra percorrem lentamente a chamada Circulação Termohalina (também afetada pelo Efeito Coriolis), devido a alterações na temperatura, na salinidade e, em decorrência destas últimas duas, na densidade.
Circulação Termohalina em visão a partir do polo Sul (imagem superior) e em visão de mapa-mundi tradicional (imagem inferior).
LCA = ponto de liberação de calor para a atmosfera.
A a K = junções e bifurcações.
PSS = Escala Prática de Salinidade (Practical Salinity Scale, em inglês).
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Pode-se considerar que a Circulação Termohalina tem início nas proximidades dos polos Norte ou Sul (nos LCAs), onde a água esfria. São removidas, neste processo, moléculas de água, mas não o sal e, com o aumento da salinidade e a diminuição da temperatura, a água fica mais densa e afunda. A água que desce nos LCAs, sobe, também por alteração de densidade, nos oceanos Pacífico e Índico nas proximidades da linha do equador. Esta movimentação viabiliza a mistura dos oceanos em escala de mil anos, trazendo oxigênio para a atmosfera e levando outros gases atmosféricos, como CO₂, para o oceano profundo. As águas oceânicas que entram na Circulação Termohalina fluem através dos seguintes percursos:
- ABC: vindo do LCA anterior, onde desceu, a água fria flui em direção ao Atlântico Sul até a Antártida onde se bifurca passando aos percursos CEF ou CDEF;
- CEF: vindo da Antártida, a água sobe no Oceano Índico, e, aquecida, segue para sudoeste onde se bifurca passando aos percursos FJKA ou FGH;
- CDEF: contorna praticamente toda a Antártida como água fria, passa pelo Oceano Pacífico, onde sobe antes de chegar aquecida para se bifurcar passando aos percursos FJKA ou FGH;
- FJKA: a água desce em um dos dois próximos LCAs, após a bifurcação em K e antes de chegar fria na passagem ao percurso ABC;
- FGH: contorna praticamente toda a Antártida como água aquecida até se bifurcar passando aos percursos HBC ou HIJKA;
- HBC: passa por um LCA, onde desce e, fria, flui passando aos percursos CEF ou CDEF;
- HIJKA: segue aquecida para o norte em direção ao Atlântico Norte e, após a bifurcação K, desce em um dos dois próximos LCAs chegando fria na passagem ao percursos ABC.
O percurso IJKAB é conhecido como Circulação Meridional Invertida do Atlântico (AMOC, em inglês: "Atlantic Meridional Overturning Circulation").
Com 50 vezes mais carbono, 1.000 vezes mais capacidade de armazenar calor e 100.000 vezes mais água que a atmosfera, os oceanos lideram o armazenamento de carbono, energia e água. Produzem feedback positivo para a variação da temperatura global das seguintes maneiras:
- oceanos mais quentes liberam mais CO₂ para a atmosfera (devido à diminuição da solubilidade com o aumento da temperatura) e mais CO₂ na atmosfera faz com que os oceanos fiquem mais quentes e
- oceanos mais frios liberam menos CO₂ para a atmosfera (devido ao aumento da solubilidade com a diminuição da temperatura) e menos CO2 na atmosfera faz com que os oceanos fiquem mais frios.
Variações de CO₂ podem estar associadas ao intemperismo de silicato que (assim como o intemperismo em geral) ocorre em decorrência de soerguimento tectônico.
1.1.2.3. Soerguimento tectônico
O soerguimento tectônico [Ruddiman e Prell, 1997] produz grandes planaltos ou regiões montanhosas podendo acarretar dois tipos de efeitos no clima:
- impactos físicos diretos através de alterações na circulação da atmosfera e do oceano; e
- impactos bioquímicos indiretos no clima através de alterações na quantidade de CO₂ atmosférico e na temperatura global.
Potenciais interações e feedbacks entre soerguimento tectônico e sistema terrestre climático e ambiental
Representações:
retângulos alaranjados= partes do sistema terrestre relacionadas com a tectônica;
retângulos arredondados azulados = partes do sistema terrestre relacionadas com composição e dinâmica da atmosfera, correntes oceânicas e eventos climáticos;
círculos = partes do sistema terrestre relacionadas com o intemperismo e a erosão; e
triângulo = componente vegetal do sistema terrestre.
(Adaptado de: Ruddiman e Prell)
O entendimento da complexidade das conexões entre o soerguimento tectônico e o clima exige o reconhecimento de uma grande variedade de ligações entre os diversos componentes do sistema da Terra: litosfera e astenosfera superior, atmosfera, hidrosfera, criosfera e biosfera (detalhados em 1.2.2). Especialmente durante máximos glaciais, ao produzir cadeias de montanhas capazes de sustentar geleiras e camadas de gelo em elevações topográficas, o soerguimento tectônico se associa a glaciações em escalas geológicas de tempo. Ambos (soerguimento e glaciações) são acompanhados por denudação, que expõe minerais de leito rochoso fresco aos agentes do intemperismo químico. Finalmente, a erosão, ao remover camadas de rochas de regiões de elevado soerguimento, pode causar elevação isostática.
O consumo de CO₂ atmosférico decorrente indiretamente do soerguimento tectônico é causado por intemperismo de silicato em terrenos elevados topograficamente.
1.1.2.4. Intemperismo de silicato
Acredita-se que o clima da Terra seja estabilizado, no contexto do ciclo de carbono, pelo feedback negativo do intemperismo de silicato [Penman et al, 2020; Zondervan e al, 2023] com relação às variações de temperatura das seguintes maneiras:
- quando as concentrações de CO₂ aumentam na atmosfera, o intemperismo de silicato acelera e consome mais CO₂ e
- quando as concentrações de CO₂ diminuem, o intemperismo de silicato enfraquece, permitindo o acúmulo de CO₂ na atmosfera.
Enquanto o movimento do CO₂ da atmosfera para a litosfera no contexto orgânico começa com a fotossíntese, no contexto do intemperismo (químico) de silicato, começa com a chuva. O CO₂ se combina com a água para formar ácido carbônico que dissolve as rochas [Riebeek, 2011].
Este mecanismo de regulação de CO₂ na Terra tem impedido que nosso planeta tenha o mesmo destino de Marte e Vênus, pois CO₂ é adicionado à atmosfera através de sua liberação a partir de uma variedade de fontes, como vulcanismo, metamorfismo, diagênese e queima de combustíveis fósseis.
Um modelo do ciclo de carbono de longo prazo.
O ciclo pode ser subdividido em dois subciclos envolvendo matéria orgânica (lado esquerdo do modelo) e intemperismo de silicato e deposição de carbonato (lado direito).
(Adaptado de: Berner)
A liberação de CO₂ para a atmosfera também pode ser realizada por intemperismo, essencialmente por intemperismo oxidativo.
O intemperismo de silicato, por outro lado, funciona como um sumidouro para CO₂ atmosférico no ciclo do carbono assim como a fotossíntese.
1.1.2.5. Fotossíntese e respiração aeróbica
A fotossíntese e a respiração aeróbica têm sido fundamentais nos ciclos biogeoquímicos globais, como o do carbono, consumindo ou produzindo este elemento [Johnson, 2016; Stuhr et al, 2022].
O ciclo do carbono envolvendo fotossíntese e respiração aeróbica.
A fotossíntese forma a base das cadeias alimentares globais e atende à maioria das necessidades energéticas atuais da humanidade. A capacidade de controle da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera por florestas (através da fotossíntese e da respiração aeróbica) depende da temperatura, porém o delicado equilíbrio entre a absorção e a liberação de dióxido de carbono por grandes florestas ainda é tema de pesquisa.
Acredita-se que a fotossíntese tenha evoluído apenas uma vez durante a história da Terra juntamente com a evolução de cianobactérias no final do Arqueano [Lyons et al, 2014]. Todos os organismos que realizam este tipo de fotossíntese, incluindo plantas e algas, o fazem através de cloroplastos.
Feedbacks climáticos, como os causados pela fotossíntese e pela respiração aeróbica, desempenham um papel importante em amortecer ou aumentar os extremos em diversas variáveis climáticas, mas alguns deles podem desencadear situações inesperadas e abruptas. Cenários futuros de baixa probabilidade de ocorrência e alto impacto não podem ser descartados no sistema climático por sua natureza transitória e complexa. Nestes cenários são encontrados elementos de inflexão climática.
1.1.3. Elementos de inflexão climática
Elementos de inflexão climática atuam em escala global ou regional, podendo desencadear alterações de grande amplitude no sistema climático [NASA, 2023; Wang et al, 2023].
Exemplos de elementos que podem causar inflexão climática:
- globais:
- desaceleração ou colapso da Circulação Meridional Invertida do Atlântico;
- liberação em larga escala de metano devido à desestabilização de depósitos marinhos de hidrato de metano;
- aumento do nível do mar em vários metros devido à perda de grandes camadas de gelo polar;
- liberação de carbono devido a degelo de permafrost;
- perturbação de monções tropicais; e
- aquecimento devido à ruptura de plataformas de nuvens estratocúmulus.
- regionais:
- morte de recifes de corais tropicais de águas rasas;
- conversão de área significativa de floresta tropical para vegetação tipo savana; e
- perda do gelo marinho polar de verão.
1.2. Como o clima da Terra se altera: amplitudes e interações
As variações climáticas da Terra acontecem em diferentes amplitudes de espaço e de tempo e resultam de interações entre os componentes do sistema terrestre [NationalAcademies, 1988; Mackenzie, 2010; NationalGeographic, 2025].
1.2.1. Amplitude climática
Amplitudes de espaço e de tempo associadas a fenômenos climáticos e interações no sistema terrestre.
Clique na imagem para ampliá-la.
No gráfico acima são apresentados diversos fenômenos, como ciclo de nutrientes, convecção do manto, orogênese, sistema climático de microescala, sistema climático de mesoescala, sistema climático sinótico e sistema climático global, que interagem em diversas escalas de espaço e tempo.
1.2.1.1. Amplitude climática de espaço
A meteorologia define quatro escalas espaciais [Oblack, 2019; Kuznetsov/Windy, 2025]. Elas são citadas ao longo deste texto e destacadas aqui:
Escalas espaciais meteorológicas com dimensões de espaço e tempo e fenômenos associados.
escala | espaço | tempo | alguns fenômenos associados |
micro- escala |
de alguns cm a alguns km | menos de um dia | efeitos de variação da temperatura do solo em pequena área, efeitos causados por alguns tipos de nuvens, tempestades de curta duração, turbulências de ar claro e efeitos locais de poluentes atmosféricos |
meso- escala |
de alguns km a ∼1.000 km |
dias a sema- nas |
grandes tempestades, tornados, brisas marítimas e terrestres, vórtices, efeitos de variações da umidade do solo, ciclos sazonais de vegetação, linhas de instabilidade e efeitos de terremotos e de erupções vulcânicas |
sinótica | de varias centenas de km a milhares de km | sema- nas a um mês |
massas de ar, sistemas de alta e de baixa pressões, ciclones tropicais e extratropicais, furacões, tufões, El Niño e La Niña, mistura do oceano superior, correntes oceânicas e períodos glaciais de menor amplitude |
global (ou plane- tária) |
abrange pratica- mente todo o planeta |
meses a anos | Baixa das Aleutas, Alta das Bermudas, Vórtice Polar, ventos de oeste, ventos Alísios, efeitos das variações na composição da atmosfera e períodos glaciais de maior amplitude |
1.2.1.2. Amplitude climática de tempo
Cinco escalas de tempo permitem classificar, em especial, eventos climáticos e, em geral, eventos do sistema terrestre [NationalAcademies,1988; Leandro, 2023]:
- escala de segundos a horas:
- fluxos de massa e trocas de energia entre litosfera, hidrosfera, criosfera, atmosfera e biosfera (detalhados em 1.2.2.);
- trocas de energia entre terra e oceano através de turbulências típicas dos ciclos de aquecimento diurnos;
- escala de dias a períodos sazonais:
- grande parte dos processos biogeoquímicos, como o desenvolvimento vegetal anual, determinados por alterações no fornecimento de energia da radiação solar;
- fenômenos climáticos afetados pela escala anual de insolação, incluindo perturbações em correntes oceânicas, desenvolvimento sazonal e derretimento das coberturas de gelo (tanto marinho quanto polar);
- ciclos de deposição de varvitos em escala anual;
- marés decorrentes do sistema Terra-Lua com registros geológicos desde o Arqueano (como é o caso da maré do Grupo Moodies); e
- efeitos superficiais de terremotos e erupções vulcânicas (excluindo o demorado processo de preparação dos mesmos em subsuperfície);
- escala de décadas a séculos:
- evolução de algumas formas de vida em ambientes terrestres e marinhos viabilizadas ou ameaçadas por mudanças climáticas, alterações na composição atmosférica, em padrões de aridez ou na acidez da superfície terrestre;
- monções correlacionadas com radiação solar; e
- ajustes episódicos, na litosfera, relacionados a terremotos e erupções vulcânicas, desenvolvidos por dezenas a centenas de anos enquanto acumulam energia necessária para a violência repentina (evidente na escala anterior) com que ocorrem;
- escala de milhares de anos:
- intercalação entre eras glaciais e períodos interglaciais (incluindo também variações na composição atmosférica), desenvolvimento do solo e especiação e extinção de espécies biológicas, todos ocorridos (direta ou indiretamente) em resposta a alterações na órbita da Terra ao redor do Sol e a movimentações do eixo de rotação terrestre;
- repentinas oscilações climáticas associadas aos ciclos Dansgaard-Oeschger e Heinrich;
- alterações climáticas em escalas de dezenas de milhares a centenas de milhares de anos associados aos ciclos de Milankovitch [Hinnov, 2018];
- escala de milhões a bilhões de anos:
- fenômenos do sistema terrestre como o que ocorreu cem milhões de anos após a formação da Terra, quando seu núcleo metálico se estabeleceu e permaneceu amplamente isolado do manto convectivo sobrejacente e da litosfera móvel;
- evolução da vida e desenvolvimento da composição da atmosfera;
- grandes eventos de extinção em massa associados aos ciclos do Sol na galáxia
- relacionados a chuvas de cometas, na escala de dezenas de milhões de anos;
- diversas consequências da tectônica de placas, na escala de centenas de milhões de anos.
1.2.2. Interações climáticas no sistema terrestre
Componentes do sistema terrestre.
(Adaptado de: Tomberlin/USGS)
O sistema terrestre [Williams Jr, 2012] é constituído por dois componentes primários: a geosfera e a biosfera. A geosfera se subdivide em quatro componentes: litosfera (zona externa sólida), atmosfera (envoltório gasoso), hidrosfera (água líquida) e criosfera (água congelada). A biosfera inclui organismos vivos com ∼100 filos organizados em cinco reinos de formas de vida, como o Reino Animalia, ao qual pertencem os seres humanos e mais 20 milhões a 100 milhões de espécies estimadas.
As variações climáticas estão associadas a interações que podem ser internas ou externas [Ruddiman e Prell, 1997].
Interações das variações climáticas
interações | componentes |
externas | com o cosmos (principalmente o Sol) |
internas | com a atmosfera (dinâmica, temperatura e composição) |
com a litosfera (formação de minério e tectônica de placas) |
|
com a hidrosfera (concentração de vapor d'água, precipitação, escoamento e correntes oceânicas) |
|
com a criosfera (impactos erosivos e/ou climáticos de geleiras de montanha e de camadas de gelo continental ou marinho) |
|
com a biosfera (fotossíntese, respiração, especiação e atividades antropogênicas) |
1.2.2.1. Interação entre clima e evolução da vida
O clima desempenha importante papel na biodiversidade restringindo ou favorecendo distribuições geográficas de espécies e provocando isolamento ou expansão populacional. Mudanças no clima exigem maior capacidade de adequação climática das espécies, o que pode acarretar alterações no tamanho das populações envolvidas [Hua e Wiens, 2013; Li et al, 2022].
Eventos de especiação podem ocorrer:
- por barreiras geográficas (como as produzidas em períodos glaciais) que fazem com que populações grandes e anteriormente contínuas se subdividam em várias populações menores e isoladas com fragmentação de habitat (em casos extremos podem ocorrer eventos de extinção);
- em períodos interglaciais, quando há expansão de habitats e, em decorrência, de populações que, em grandes áreas, podem se subdividir; e
- quando o clima permite que espécies diferentes previamente isoladas entrem em contato espacial, viabilizam-se movimentos de genes entre elas.
Por outro lado, especiação pode provocar alteração no clima. É o caso do surgimento das cianobactérias, na passagem do Arqueano para o Proterozoico, tidas como grandes responsáveis pela oxigenação da atmosfera terrestre através da fotossíntese.
1.2.2.2. Interação entre clima e formação de minério
O entendimento de que atmosfera, litosfera, hidrosfera, criosfera e biosfera estão intimamente conectadas ajuda a compreender os processos de formação de minério [Robb, 2020]. Por exemplo, é preciso considerar que, em ambiente superficial, a conexão entre as formações de minério e de solo reflete o clima e as interações predominantemente químicas entre a litosfera e a atmosfera. Neste nível, estão envolvidos processos de oxidação-redução, pH, paleolatitude e a evolução da interação biosfera-atmosfera. Outro caso é o das flutuações do nível do mar marcadas por alterações climáticas. Elas podem provocar complexa interdigitação de litologias e influenciar a formação de minério. Diversos outros casos podem ser destacados, como o das glaciações que também têm implicações na natureza e na formação de minério.
Uma breve pesquisa bibliográfica permite revelar diversos tipos de interações entre clima e formação de minério. Eis exemplos:
- condições geológico-geoquímicas de deposição de manganês sedimentar na Índia e no Brasil sob controle de redução-oxidação (associado à fotossíntese) e da interação entre uma variedade de processos geológicos e condições climáticas [Roy, 2006];
- depósitos de urânio em arenitos, na China, afetados por condições anóxicas e óxicas alternadas ao longo da margem norte da Bacia de Ordos, que passou por múltiplas evoluções climáticas áridas a úmidas durante o Mesozoico [Jin et al, 2020];
- diversidade metalogênica de bauxita cárstica, na Ásia e na região do Mediterrâneo, relacionada à tectônica, à paleogeografia e ao paleoclima [Yang et al, 2022];
- eventos climáticos extremos no norte do Chile que impactaram a composição geoquímica dos sedimentos e das águas do Rio Huasco, significativamente enriquecidos em Ca, Co, Cu, Zn e outros elementos [Durán et al, 2022];
- características paleoclimáticas em intemperismo com implicação metalogênica de folhelhos negros do Cretáceo em Camarões [Eric et al, 2023];
- depósitos minerais com acúmulo de metais em salmouras salinas nos EUA e na Austrália, principalmente causado por evaporação em sistemas climáticos complexos [Zhang, 2024].
Um exemplo clássico da influência do clima na formação de minério é o das Formações Ferríferas Bandadas [GeologyPage, 2013; Veatch e Sankaran, 2018] que apresentam elevado potencial para desenvolver depósitos de ferro economicamente exploráveis.
Acredita-se que a deposição das camadas de BIFs, que teve seu auge na passagem do Arqueano para o Proterozoico, está associada ao enriquecimento de oxigênio na atmosfera.
1.2.2.3. Interação entre clima e tectônica de placas
Em consequência da tectônica de placas [Barbuzano, 2019; Earle, 2023; BGS, 2025], alterações climáticas são influenciadas por:
- alteração do albedo da superfície terrestre causada por deriva continental:
- o albedo, por depender da latitude e do tipo de cobertura das superfícies da Terra, é afetado pelas configurações continentais diferentes, ocorridas ao longo do tempo geológico, causadas pela deriva continental;
- assim, justifica-se que a situação atual do nosso planeta seja diferente, por exemplo, daquela há ∼720 milhões anos quando apenas 10% do supercontinente Rodínia fazia parte das regiões polares e 50% era equatorial, sem vegetação;
- estas características do Rodínia fizeram com que o albedo contribuísse grandemente para as glaciações do tipo Terra Bola de Neve do período Criogeniano;
- alteração de correntes oceânicas causada por modificação de bacias oceânicas:
- entre ∼100 milhões e ∼10 milhões de anos atrás, uma hidrovia de centenas de quilômetros de largura, localizada entre as Américas do Norte e do Sul, permitiu que água fluísse do Oceano Pacífico para o Atlântico;
- há ∼10 milhões de anos, a hidrovia citada acima foi fechada por vulcanismo de zonas de subducção intensificando a Corrente do Golfo e a Circulação Meridional Invertida do Atlântico com as seguintes consequências:
- mais calor e umidade para a parte central do Atlântico Norte e, por compensação,
- resfriamento de Islândia, Groenlândia, norte da América do Norte e norte da Europa, onde o albedo do gelo e da neve eventualmente desencadeou glaciações no Pleistoceno;
- alteração do cenário ambiental e climático causada por movimentação de placas tectônicas:
- há ∼7 milhões de anos se intensificaram as monções do Sudeste Asiático após o desaparecimento do ancestral dos mares Cáspio e Negro e do Lago Baikal (o Oceano Paratétis ou Paratethys), fechado pela movimentação das placas Africana e Árabe em direção ao norte;
Avanços e recuos atuais da monção sul-asiática.
No verão do Hemisfério Norte, a massa de ar continental se aquece e
ventos sopram do oceano Índico (ao sul) para o continente
provocando chuvas torrenciais (intensidade maiores em azul escuro).
Os dados são da
Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station (CHIRPS)
abrangendo mais de 30 anos,
analisados e visualizados pelo Google Earth Engine.
(Crédito: Mdmadhu).
- formação de gelo de elevada topografia causado por soerguimento tectônico:
- principalmente durante o Cenozoico foram construídas por colisões continentais as cadeias de montanhas adjacentes a Irã, Iraque e Turquia no Oriente Médio, os Himalaia na Ásia, os Alpes na Europa e os Andes na América do Sul, com consequente formação de gelo em seus cumes, alterando a temperatura global do planeta;
- além disto grandes cadeias de montanhas afetam a dinâmica atmosférica ao redor do globo e, em decorrência, influenciam o clima;
- alteração da composição atmosférica causada por vulcanismo:
- o tectonismo de placas produz vulcões que, durante suas erupções, lançam gases e partículas (cinzas) na atmosfera podendo aquecer ou resfriar a superfície da Terra dependendo do modo como a luz solar interage com as emissões vulcânicas e do comportamento deste material:
- dióxido de enxofre (SO₂) podem causar resfriamento da atmosfera;
- dióxido de carbono (CO₂) tem o potencial para elevação da temperatura;
- gases vulcânicos que são ejetados na estratosfera permanecem lá por períodos longos; e
- cinzas caem rapidamente (em dias a semanas) tendo pouco impacto a longo prazo no clima; e
- intemperismo de silicato e redução de CO₂ atmosférico causados por soerguimento tectônico e subducção:
- a colisão continental da Índia com a Ásia, formando Himalaia, o planalto tibetano e cadeias de montanhas relacionadas, teria sido a principal causa do resfriamento gradual da Terra para condições glaciais nos últimos 50 milhões de anos, devido à aceleração da erosão e do intemperismo com sequestro e soterramento do carbono em grandes profundidades com o fundo do oceano sendo subduzido.
Não satisfeita com tais exemplos de sua interação com o clima, a tectônica de placas expõe rochas como as dos White Cliffs, apresentadas na imagem de início deste texto, recuperando-as do fundo do oceano e trazendo-as do Cretáceo superior para o presente, como se pretendesse demonstrar seu protagonismo em qualquer história que se conte sobre o clima da Terra.
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