Por Marco Gonzalez
Diagrama simplificado do efeito estufa.
(Imagem traduzida de: Efbrazil).
Em artigos de 1824 e 1827, o matemático e físico francês Joseph Fourier (1768-1830) argumentou que deveria haver algum processo que estaria ocorrendo na atmosfera para equilibrar o balanço energético da Terra de modo que a temperatura da superfície se mantivesse com a média de ≈15°C. De acordo com Fourier, devia ser algo semelhante a uma estufa que retivesse o calor. Em 1896, o químico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) foi o primeiro a publicar uma teoria que fornecia uma previsão quantitativa do aquecimento global causado por certos gases e vapor de água na atmosfera.
O climatologista norte-americano Charles Keeling (1928-2005) iniciou medições contínuas das concentrações de CO₂ em 1958. Outros seguiram seu exemplo permitindo acumular, atualmente, décadas de evidências científicas globais inequívocas cuidadosamente calibradas sobre causas e consequências dos gases de efeito estufa (GEEs). Muitos tipos de evidências, como as reveladas por bolhas em testemunhos de gelo e medições de isótopos de carbono em anéis de árvores, têm viabilizado um grande acúmulo de conhecimento disponível sobre o clima da Terra.
1. A atmosfera e os gases de efeito estufa
A atmosfera é composta em mais de 99,9% do seu volume por moléculas de nitrogênio, oxigênio e argônio. Dentre os gases-traço estão os GEEs, sendo que o volume de vapor de água na atmosfera varia entre quase 0% (em regiões desérticas) e 4% (em regiões tropicais).
Composição aproximada da atmosfera terrestre seca em porcentagem de volume (à esquerda) e em ppm no caso dos gases-traço.
(Dados de: noaa.gov.atmosphere, 2024).
Ao longo dos tempos, o efeito estufa natural tem mantido a temperatura média da Terra em um nível habitável. Nos últimos 485 milhões de anos, a temperatura da Terra variou entre 11°C e 36°C. Sem o efeito estufa, o calor emitido pela Terra escaparia para o espaço e o planeta seria muito mais frio, algo em torno de 18°C e 20°C negativos, bem abaixo do ponto de congelamento da água.
Após terem sofrido há milhares de anos pequenas alterações desde o final da última era glacial, as concentrações atmosféricas de GEEs, há ≈200 anos, passaram a crescer. A concentração de CO₂ aumentou de 280 ppm, desde antes de 1800, para mais de 400 ppm atualmente, com maior taxa de aumento após 1950. Também aconteceram alterações em CH₄ e de N₂O. Entre 1750 e 2019, as concentrações destes gases aumentaram, respectivamente, 156% e 23%. Os aumentos de CO₂ e CH₄ excederam muito as alterações naturais multimilenares pelo menos ao longo dos últimos 800.000 anos entre os períodos glaciais e interglaciais.
Os processos naturais sempre influenciaram o clima da Terra e podem ser usados para explicar as flutuações climáticas anteriores à Revolução Industrial, porém não explicam o que ocorreu e ocorre após. Alguns eventos naturais, como as erupções vulcânicas, emitem CO₂ para a atmosfera, mas, em contrapartida, outros, como a fotossíntese e a absorção pelos oceanos, o removem. Este equilíbrio manteve a concentração de CO₂ em nível estável por milhares de anos antes da Revolução Industrial.
As fontes naturais de GEEs incluem a respiração e a decomposição de plantas, bem como a liberação desde os oceanos para a atmosfera. As emissões de origem humana estão associadas à queima de combustíveis fósseis, como petróleo, carvão e gás natural, e à diversas atividades, como uso de nitrogenados sintéticos e incineração de resíduos.
Os principais GEEs são metano
(CH₄), óxido nitroso
(N₂O), gases fluorados,
ozônio
(O3), vapor de água
e dióxido de carbono
(CO₂).
Referências:
[Wang e Chameides, 2007; Science.nasa.energy, 2009; gml.noaa, 2011; Mesoscale, 2014; EPA_causes, 2016; UCS, 2017; IPCCar5final, 2018; ipcc_chapter1, 2018; Lucas, 2019; Amundsen e Landrø, 2020; Nassif et al, 2020; Christie, 2020; IPCCar6wgispm, 2021; Fecht, 2021; Towell, 2022; science.nasa.radiation, 2023; ces.fau.nasa.radiation, 2023; EDP, 2023; Cook e Mason, 2023; Hewitt, 2023; klimawandel, 2023; ces.fau.nasa, 2023; Cecil e Green, 2024; Issr.edu_glossary, 2024; jpl-nasa_sea-level-rise, 2024; Judd et al, 2024; Ritter, 2024; EC, 2024; omega-optical, 2024; NSW, 2025; AAS, 2025; Desai e Mullens, 2025; EOS, 2025; letstalkacademy, 2025; science.nasa.intro, 2025; science.nasa.gh, 2025; AAS, 2026; nationalacademies, 2026; UCAR, 2026; UGC, 2026; ICOS, 2026; noaa.measure, 2026].
2. Metano
O CH₄ é 30 vezes mais potente que o CO₂ na absorção da radiação infravermelha na atmosfera, mas está presente em concentrações menores e tem vida relativamente curta (aproximadamente uma década). A maior parte dele é decomposto na atmosfera pela reação com pequenas moléculas muito reativas chamadas radicais hidroxila (OH) e, finalmente, é oxidado, gerando CO₂.
No total, ≈35% do CH₄ atmosférico tem origem em fontes naturais e ≈65% em fontes antropogênicas.
Principais fontes de CH₄.
Fontes antropogênicas:
Combustíveis fósseis (extração e uso) e agricultura (manejo de nitrogênio na terra e na criação de animais domesticados ruminantes e arrozais)
e resíduos (gestão, tratamento e descarte de resíduos urbanos e industriais)
Fontes mistas (antropogênicas e naturais):
Queima de biomassa (incêndios florestais, mudanças no uso da terra e queimadas agrícolas controladas) incêndios florestais e queimadas para desmatamentos, e biocombustíveis (uso residencial e industrial de lenha e carvão) e zonas úmidas
(incluindo lagos, rios e zonas costeiras).
Outras fontes naturais:
Oceanos, fontes geológicas (como vulcões), cupins, animais selvagens ruminantes, permafrosts,
além de emissão de metano por vegetações C3 e C4.
Cupins e ruminantes
domesticados e selvagens emitem metano.
(Dados de 2020: Jackson et al, 2024).
Variações dos níveis de CH₄ nos últimos 800 mil anos mostrando ciclos glaciais-interglaciais interrompidos após a Revolução Industrial.
(Imagem traduzida e adaptada de: EPAclimateindicators, 2016).
Referências:
[IPCC, 2007; gml.noaa, 2011; UCS, 2017; globalcarbonproject, 2020; Obu, 2021; oceanexplorer-noaa, 2023; Ito, 2023; europarl, 2023; ces.fau.nasa, 2023; NASAspace, 2024; Summerhayes et al, 2024; methanelevels, 2024; doraagri, 2025; fao_enteric, 2025; Guerra e Freiberg, 2025; Saunois et al, 2025; EPAghg, 2025; Lan et al, 2026; Epawetland, 2026].
3. Óxido nitroso
O N₂O permanece na atmosfera por aproximadamente um século. Ele se decompõe e é eliminado da atmosfera por meio de reações químicas impulsionadas pela luz solar.
Na média de 2010 a 2019, 60,8% do N₂O atmosférico teve origem em fontes naturais e 39,2% em fontes antropogênicas.
Principais fontes de N₂O.
Fontes naturais:
Oceanos, solos, rios e reciclagem atmosférica, além de zonas costeiras (lagos, rios e zonas costeiras com nitrogênio).
Fontes antropogênicas:
Agricultura (manejo de nitrogênio na terra e criação de animais) e resíduos (gestão, tratamento e descarte de resíduos urbanos e industriais), queima de biomassa, combustíveis fósseis e indústria (queima de combustíveis fósseis e indústria química) e uso da terra (alterações de uso e cobertura do solo).
(Dados de 2010-2019: GlobalCarbonProject, 2024).
Variações dos níveis de N₂O nos últimos 800 mil anos mostrando ciclos glaciais-interglaciais interrompidos após a Revolução Industrial.
(Imagem traduzida e adaptada de: EPAclimateindicators, 2016).
Referências:
[gml.noaa, 2011; UCS, 2017; climatechangetracker, 2022; ces.fau.nasa, 2023; Ito, 2023; essd.copernicus, 2024; EPAghg, 2025;gml.noaa.n2o, 2026].
4. Gases fluorados
Os gases fluorados (ou gases-F) são gases de longa duração (o SF₆ tem vida útil na atmosfera superior a mil anos) e absorvem a radiação infravermelha com extrema eficiência, tendo mais poder de absorção do que qualquer outro gás de efeito estufa. O impacto de uma molécula de CFC equivale ao de 10.000 moléculas de CO₂. Porém, os gases-F são emitidos em quantidades menores do que outros GEEs e estas quantidades têm sido reduzidas principalmente a partir de 2014 para minimizar o buraco da camada de ozônio (ver seção 4.2).
Os HFCs não contém cloro e não destroem a camada de ozônio e, por isto, eles substituíram os CFCs. Agora, os HFCs representam ≈90% das emissões de gases fluorados, mas os CFCs ainda são os de mais altas concentrações entre todos os gases fluorados na atmosfera.
As principais fontes dos gases fluorados são: sprays aerossóis, sistemas de ar condicionado, refrigerantes, geladeiras, produtos congelados e eletrônicos, agentes expansores para espumas e extintores de incêndio. O interesse em medições atmosféricas dos gases fluorados surgiu na década de 1970, quando foram associados à destruição do ozônio estratosférico (na camada de ozônio).
Variações das concentrações atmosféricas dos principais gases-F de 1975 a 2015.
(Imagem traduzida e adaptada de: EPAclimateindicators, 2016).
Os gases-F que aparecem na figura acima são: bromoclorodifluorometano (Halon-1211), trifluorometano (HFC-23), pentafluoroetano (HFC-125), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a), 1,1-difluoroetano (HFC-152a), diclorodifluorometano (CFC-12), monoclorodifluorometano (HCFC-22), Diclorofluoroetano (HCFC-141b), tetrafluorometano (PFC-14), hexafluoroetano (PFC-116), hexafluoreto de enxofre (SF6) e trifluoreto de nitrogênio (NF3).
Referências:
5. Ozônio
O O₃, como gás de efeito estufa, é encontrado em concentrações relativamente pequenas na troposfera, onde também contribui para o aumento das temperaturas o fato de ele reduzir a quantidade de nuvens, diminuindo a refletividade da radiação solar.
O O₃ troposférico tem sua formação influenciada pelo clima, por meio de temperatura, umidade e ventos e pela presença de substâncias químicas atmosféricas que, por sua vez, são influenciados por ele. É produzido por uma combinação de poluentes, principalmente hidrocarbonetos e compostos de óxido de nitrogênio.
É formado por meio de reações fotoquímicas complexas, na presença de luz solar (que são aceleradas com o aumento do calor), envolvendo compostos químicos, monóxido de carbono (CO), NOx e VOCs.
Emissões de NOx e de CO ou VOCs de fontes naturais e antropogênicas reagem na presença da luz solar para formar ozônio na Troposfera.
(Imagem traduzida de: noaa_ozone, 2016).
Muitas espécies de plantas lenhosas, com temperaturas mais elevadas, tendem a emitir mais isopreno, um hidrocarboneto volátil precursor do O₃. Por outro lado, as plantas conseguem absorver o O₃ pelas folhas, porém podem reagir ao aumento da exposição ao O₃ fechando seus estômatos, o que reduz sua absorção. O O₃ se forma principalmente em concentrações mais elevadas em dias quentes e ensolarados, com ventos fracos e baixa umidade relativa.
Parte do O₃ estratosférico é transportado para a troposfera e, à medida, que há recuperação da camada de O₃ na estratosfera, aumenta a concentração do O₃ da troposfera. Se, por um lado, a maior quantidade de gases fluorados (ver seção 5.5) provocava aumento do buraco da camada de ozônio, por outro, no contexto atual, a menor quantidade destes gases contribui para o aumento da concentração de O₃ e, sendo este um GEEs, para o intensificação do aquecimento global.
O O3 apresenta as seguintes peculiaridades que dificultam seu monitoramento passado e presente:
- por ser muito reativo, seus registros como os de testemunhos de gelo não são confiáveis;
- tem duração de apenas poucas semanas na atmosfera;
- apresenta significativas variações regionais e sazonais;
- mesmo com a evolução nos métodos de monitoramento, suas peculiaridades criam dificuldades para serem gerados gráficos consistentes.
Variações dos níveis de O₃ de 1950 a 2014 na troposfera no período 1850-2014 obtidas para o experimento CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6) usando os modelos UKESM1-LL-0, CESM2-WACCM, MRI-ESM2-0, GISS-E2.1-G e GFDL-ESM4.
(Imagem traduzida e adaptada de: ipcc_figure-6-4, 2021).
Na troposfera superior, a diferença de temperatura com a superfície é maior e o O₃ é mais eficaz em reter a radiação infravermelha que sobre. Por isto e porque é lá que possui mais massa, ele exerce efeito de radiação mais efetivo do que em altitudes mais baixas.
Referências:
Austin et al, 2014; Parrish et al, 2014; noaa_ozone, 2016; Burrows, 2016; Yan et al, 2022; Johnston et al, 2022; Ohara, 2022; ces.fau.nasa, 2023; ACS.est, 2024; Collins et al, 2025; cleanairfund, 2025; Jülich, 2025; Emmerichs et al, 2025; stateofglobalair, 2025; Chavda et al, 2026; tceq.texas, 2026]
6. Vapor de água
O vapor de água (H₂O), como GEE, tem efeito muito forte, mas cada uma de suas moléculas permanece por apenas ≈9 dias na atmosfera antes de precipitar. O vapor de água tem concentração amplamente controlada pela temperatura e é responsável por aproximadamente metade do efeito estufa.
À medida que aumenta a quantidade dos demais GEE, como o CO₂, o ar mais quente retém mais umidade e cresce a concentração de vapor de água, que absorve mais calor, impedindo que este escape para o espaço numa retroalimentação climática positiva. Estima-se que este efeito mais que dobra o aquecimento que ocorreria devido ao aumento do CO₂ isoladamente.
Realimentação positiva do vapor de água como GEE na intensificação do efeito estufa.
(Imagem traduzida de: nasa_watervapor, 2022).
No ciclo da água, o vapor de água se forma com a evaporação para a atmosfera desde oceanos, lagos, rios e vegetação. O ar úmido transporta calor com mais eficiência do que o ar seco e, além disto, o ar quente consegue reter mais umidade que o ar frio. Assim, a variação da quantidade de vapor água na atmosfera tem correlação positiva com a variação da temperatura.
Comparação entre vapor de água e temperatura mostrando:
(i) variações (△ = diferenças em porcentagem em relação à média de 1992–2020) da quantidade média anual de vapor de água na coluna atmosférica na região entre as latitudes 60°N e 60°S e
(ii) variações (△ = diferenças em relação à média de 1850–1900) da temperatura média anual da superfície
Dados de ERA5.
(Imagem traduzida e adaptada de: C3S/ECMWF, 2025)
Referência:
7. Dióxido de carbono
O CO₂ recebe mais atenção dentre os GEEs porque é mais abundante (depois do vapor de água) na atmosfera e permanece nela mais tempo. Das emissões de CO₂, 40% permanecerão na atmosfera por 100 anos, 20% por 1.000 anos e os 10% restantes levarão 10.000 anos para se decompor. Enquanto isto, ele absorve fortemente a radiação enviada pela superfície terrestre.
Em uma complexa série de processos que compõem o ciclo do carbono, o átomo de carbono da molécula de CO₂ se move entre diversos reservatórios naturais. Ele é continuamente trocado e reciclado por meio de processos naturais em ciclos curtos (diários ou sazonais, como os da fotossíntese) ou longos (décadas ou séculos, como a transição entre oceanos e atmosfera, ou centenas de milhões de anos, como os de intemperismo).
Na média de 2010 a 2019, 16% do CO₂ atmosférico teve origem em fontes naturais e 84% em fontes antropogênicas.
Principais fontes de CO₂.
Fontes naturais:
Oceanos (representa o saldo entre o CO₂ liberado e consumido), vulcanismo e água doce (rios, lagos, reservatórios e estuários – corresponde ao carbono que é lixiviado do solo).
A liberação de CO₂ pela respiração das plantas é superada pelo consumo deste gás pela fotossíntese. A queima natural de biomassa por incêndios florestais é compensada (em termos de geração de CO₂) pela regeneração da vegetação. O ciclo geológico do carbono compensa liberação e consumo de CO₂ em processos como vulcanismo, metamorfismo, diagênese e intemperismos oxidativos e de silicatos.
Fontes antropogênicas:
Uso da terra (alterações de uso e cobertura do solo, incluindo queima antropogênica de biomassa), produção de cimento e extração e uso de combustíveis fósseis (carvão, óleo e gás).
(Dados de 2010-2019: Canadell et al, 2021).
Ao longo de milhões de anos, a biomassa de plantas e microrganismos mortos se acumularam em sedimentos, sendo submetidos a altas temperaturas e pressões em profundidade e sendo convertidos em combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural). Desde meados do século XIX, estes combustíveis têm liberado carbono de volta para a atmosfera na forma de CO₂.
Nos últimos 50 anos, em média, ≈25% das emissões de CO₂ foram absorvidas pelos oceanos, tornando a água do mar mais ácida, e ≈30% foram absorvidas pela área terrestre (principalmente pelo aumento do crescimento vegetal estimulado pelo aumento do CO₂ atmosférico, pelo aumento da disponibilidade de nutrientes e pelas respostas às mudanças nos padrões de chuva). Os ≈45% restantes das emissões se acumularam na atmosfera.
Variações dos níveis de CO₂ nos últimos 800 mil anos mostrando ciclos glaciais-interglaciais interrompidos após a Revolução Industrial.
(Imagem traduzida de: EPAclimateindicators, 2016; Nasa, 2024).
Atualmente, a concentração de CO₂ na atmosfera cresce a uma taxa consideravelmente mais rápida. Já existe um terço a mais de CO₂ na atmosfera do que em qualquer outro momento nos últimos 800.000 anos. A concentração de CO₂, que está mais do que 50% acima do nível registrado em 1750, na era pré-industrial, teve este crescimento em pequeno espaço de tempo. É um aumento maior que o ocorrido por processo natural há 20.000 anos no final da última era glacial.
Referências:
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