As florestas regulam o clima e produzem vento - Teoria da bomba biótica

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Anastasia Makarieva, física nuclear do Instituto de Física Nuclear de São Petersburgo, vem defendendo a teoria de que as florestas de taiga da Rússia regulam o clima das regiões do norte da Ásia há mais de dez anos. Muitos meteorologistas ocidentais discordam dela, mas o governo e os cientistas da Rússia estão interessados nesta teoria.

Todo verão, conforme os dias ficam mais longos, Anastasia Makarieva deixa seu laboratório em São Petersburgo e vai de férias para as florestas intermináveis do norte da Rússia. Um físico nuclear monta uma barraca às margens do Mar Branco, entre abetos e pinheiros, nada de caiaque nos infindáveis rios da região e faz anotações sobre a natureza e o clima. “As florestas são uma grande parte da minha vida pessoal”, diz ela. Por 25 anos de peregrinação anual ao norte, eles se tornaram uma parte importante de sua vida profissional.

Há mais de dez anos, Makarieva defende a teoria, que desenvolveu junto com Viktor Gorshkov, seu mentor e colega do Instituto de Física Nuclear de Petersburgo (PNPI), sobre como as florestas boreais (taiga) da Rússia, a maior floresta na Terra, regulam o clima do norte da Ásia. Esta teoria física simples, mas de longo alcance, descreve como o vapor d'água exalado pelas árvores cria ventos - esses ventos cruzam o continente, transportando o ar úmido da Europa para a Sibéria e mais adiante para a Mongólia e a China; esses ventos carregam as chuvas que alimentam os rios gigantes da Sibéria Oriental; esses ventos regam a planície setentrional da China, o celeiro do país mais populoso do planeta.

Por causa de sua capacidade de absorver dióxido de carbono e expirar oxigênio, as grandes florestas costumam ser chamadas de pulmões do planeta. Mas Makarieva e Gorshkov (ele morreu no ano passado) estão convencidos de que também são o coração dela. “As florestas são sistemas de chuva complexos e autossustentáveis e um fator importante na circulação da atmosfera na Terra”, diz Makarieva. Eles recirculam grandes quantidades de umidade no ar e, no processo, criam ventos que bombeiam essa água ao redor do mundo. A primeira parte dessa teoria - de que as florestas geram chuva - é consistente com pesquisas de outros cientistas e está cada vez mais sendo lembrada na gestão de recursos hídricos em meio ao desmatamento desenfreado. Mas a segunda parte, a teoria que Makarieva chama de bomba biótica, é muito mais controversa.

O embasamento teórico do trabalho foi publicado - embora em periódicos menos conhecidos - e Makarieva foi apoiado por um pequeno grupo de colegas. Mas a teoria da bomba biótica recebeu uma enxurrada de críticas - especialmente de modeladores climáticos. Alguns acreditam que o impacto da bomba é insignificante, enquanto outros o negam totalmente. Como resultado, Makarieva se viu no papel de uma estranha: uma física teórica entre os desenvolvedores de modelos, uma russa entre os cientistas ocidentais e uma mulher em uma área governada por homens.

Porém, se sua teoria estiver correta, poderá explicar por que, apesar da distância considerável dos oceanos, no interior dos continentes arborizados chove tanto quanto no litoral, e por que no interior dos continentes sem árvores, no ao contrário, geralmente é árido. Também implica que as florestas - da taiga russa às florestas tropicais da Amazônia - não crescem apenas onde o tempo está bom. Eles fazem isso sozinhos. “Pelo que li, concluí que a bomba biótica está funcionando”, diz Douglas Sheil, ecologista florestal da Universidade Norueguesa de Ciências da Vida. Já que o destino das florestas do mundo está em questão, ele diz: "Mesmo que haja a menor chance de que essa teoria seja correta, é imperativo descobrir com certeza."

Muitos livros didáticos de meteorologia ainda fornecem um diagrama do ciclo da água na natureza, onde a principal causa da umidade atmosférica, que se condensa nas nuvens e cai em forma de chuva, é a evaporação do oceano. Este esquema ignora completamente o papel da vegetação e especialmente das árvores, que funcionam como fontes gigantescas. Suas raízes retiram água do solo para a fotossíntese, e os poros microscópicos das folhas evaporam a água não utilizada no ar. Esse processo - uma espécie de transpiração, apenas nas árvores - é chamado de transpiração. Assim, uma árvore madura libera centenas de litros de água por dia. Devido à grande área de folhagem, a floresta geralmente libera mais umidade no ar do que um corpo d'água do mesmo tamanho.

Desfile de chuva

Os chamados "rios voadores" são os ventos predominantes que absorvem o vapor d'água emitido das florestas e levam a chuva para corpos d'água distantes. Uma teoria controversa sugere que as próprias florestas governam os ventos.

De acordo com a teoria da bomba biótica, as florestas não causam apenas chuva, mas também vento. Quando o vapor d'água se condensa sobre as florestas costeiras, a pressão do ar diminui e os ventos são criados para sugar o ar úmido do oceano. Ciclos de transpiração e condensação criam ventos que carregam a chuva por milhares de quilômetros para o interior.

Assim, cerca de 80% da precipitação na China vem do oeste graças ao rio voador Transiberiano. E o Rio Amazonas voador fornece 70% das chuvas na parte sudeste da América do Sul.

O papel dessa umidade secundária na formação de chuvas de nutrientes foi amplamente esquecido até 1979, quando o meteorologista brasileiro Eneas Salati examinou a composição isotópica da água da chuva da Bacia Amazônica. Descobriu-se que a água retornada pela transpiração contém mais moléculas com o isótopo pesado oxigênio-18 do que a água evaporada do oceano. Portanto, Salati mostrou que metade das chuvas na Amazônia caiu como resultado da evaporação da floresta.

Os meteorologistas rastrearam o jato atmosférico sobre a floresta a uma altitude de cerca de 1,5 km. Esses ventos - chamados coletivamente de corrente inferior do jato da América do Sul - sopram de oeste para leste através da Amazônia na velocidade de uma bicicleta de corrida, após o que as montanhas dos Andes os arrastam para o sul. Salati e outros sugeriram que eram eles que carregavam a maior parte da umidade liberada e os apelidaram de "rio voador". De acordo com o climatologista Antonio Nope, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais do Brasil, o rio Amazonas voador carrega hoje tanta água quanto o gigante rio da Terra abaixo dele.

Por um tempo, acreditou-se que os rios voadores se limitavam à bacia amazônica. Mas na década de 1990, o hidrólogo Hubert Savenije da Deltfe University of Technology começou a estudar a recirculação de umidade na África Ocidental. Usando um modelo hidrológico com dados meteorológicos, ele descobriu que quanto mais longe da costa, maior a proporção de chuvas que caem das florestas - até 90% no interior. Esta descoberta explica por que o interior do Sahel está se tornando mais seco: as florestas costeiras desapareceram na última metade do século passado.

Um dos alunos de Savenier, Ruud van der Ent, desenvolveu sua ideia criando um modelo global de fluxo de ar úmido. Ele reuniu observações de precipitação, umidade, velocidade do vento e temperatura e estimativas teóricas de evaporação e transpiração, e criou o primeiro modelo de transporte de umidade em escalas além das bacias hidrográficas.

Em 2010, Van der Ent e seus colegas revelaram sua descoberta de que, globalmente, 40% de todas as chuvas ocorrem em terra, não no oceano. Freqüentemente, ainda mais. O Rio Amazonas voador fornece 70% das chuvas na Bacia do Rio de la Plata, que se estende pelo sudeste da América do Sul. Van der Ent ficou bastante surpreso ao descobrir que a China recebe 80% de sua água do oeste - além disso, é principalmente umidade do Atlântico, que é processada pelas florestas de taiga da Escandinávia e da Rússia. A viagem tem várias etapas - ciclos de transpiração com chuva associada - e leva seis meses ou mais. “Isso contradiz a informação anterior que todo mundo aprende no ensino médio”, diz ele. "A China fica perto do oceano, o Oceano Pacífico, mas a maior parte de suas chuvas é proveniente da umidade da terra no extremo oeste."

Se Makarieva estiver certo, as florestas fornecem não apenas umidade, mas também criam o vento que a carrega.

Ela trabalhou com Gorshkov por um quarto de século. Ela começou como estudante no PNPI, uma subdivisão do Instituto Kurchatov, o maior instituto de pesquisa nuclear russo, tanto civil quanto militar. Desde o início, eles trabalharam no campo e se envolveram com a ecologia no instituto, onde físicos estudam materiais usando reatores nucleares e feixes de nêutrons. Como teóricos, ela lembra, eles tinham "excepcional liberdade de pesquisa e pensamento" - eles estavam engajados na física atmosférica, onde quer que os levasse. “Victor me ensinou: não tema nada”, diz ela.

Em 2007, eles apresentaram pela primeira vez sua teoria da bomba biótica no jornal Hydrology and Earth Sciences. Foi considerado provocativo desde o início, porque contradiz um princípio de longa data da meteorologia: os ventos são causados principalmente pelo aquecimento diferencial da atmosfera. Conforme o ar quente sobe, ele diminui a pressão das camadas abaixo, essencialmente criando um novo espaço para si mesmo na superfície. No verão, por exemplo, a superfície da terra aquece mais rápido e atrai a brisa úmida do oceano mais frio.

Makarieva e Gorshkov argumentam que às vezes prevalece um processo diferente. Quando o vapor d'água da floresta se condensa em nuvens, o gás se torna um líquido - e ocupa menos volume. Isso reduz a pressão do ar e puxa o ar horizontalmente de áreas com menos condensação. Na prática, isso significa que a condensação sobre as florestas costeiras forma uma brisa marítima, empurrando o ar úmido para o interior, onde eventualmente se condensa e cai como chuva. Se as florestas se estendem para o interior, o ciclo continua, mantendo os ventos úmidos por milhares de quilômetros.

Essa teoria derruba a visão tradicional: não é a circulação atmosférica que controla o ciclo hidrológico, mas, ao contrário, o ciclo hidrológico regula a circulação de massa do ar.

Sheel, que se tornou um defensor da teoria há mais de dez anos, a considera um desenvolvimento da ideia de rios voadores. “Eles não são mutuamente exclusivos”, diz ele. "A bomba explica a força dos rios." Ele acredita que a bomba biótica explica o "paradoxo frio da Amazônia". De janeiro a junho, quando a bacia amazônica está mais fria que o oceano, fortes ventos sopram do Atlântico para a Amazônia - embora a teoria do aquecimento diferencial sugira o contrário. Nobre, outro defensor de longa data, explica com entusiasmo: "Eles não vêm de dados, mas de princípios subjacentes."

Mesmo aqueles que duvidam da teoria concordam que a perda de florestas tem consequências de longo alcance para o clima. Muitos cientistas argumentam que o desmatamento há milhares de anos levou à desertificação das terras australianas e da África Ocidental. Existe o risco de que o desmatamento no futuro leve a secas em outras regiões, por exemplo, parte da floresta amazônica se transforme em savana. As regiões agrícolas da China, o Sahel africano e os pampas argentinos também estão em risco, diz Patrick Keys, químico atmosférico da Universidade do Colorado, em Fort Collins.

Em 2018, Kees e colegas usaram um modelo semelhante ao de van der Ent para rastrear fontes de precipitação para 29 áreas metropolitanas globais. Ele descobriu que a maior parte do abastecimento de água de 19 deles depende de florestas remotas, incluindo Karachi (Paquistão), Wuhan e Xangai (China), Nova Delhi e Calcutá (Índia).“Mesmo pequenas mudanças na precipitação causadas por mudanças no uso do solo a favor do vento podem ter um grande impacto na fragilidade do abastecimento de água urbano”, diz ele.

Alguns modelos chegam a sugerir que o desmatamento, ao destruir a fonte de umidade, ameaça alterar as condições climáticas muito além dos rios flutuantes. Como você sabe, o El Niño - flutuações na temperatura do vento e nas correntes no Oceano Pacífico tropical - afeta indiretamente o clima em lugares remotos. Da mesma forma, o desmatamento na Amazônia pode reduzir as chuvas no meio-oeste dos EUA e a cobertura de neve em Sierra Nevada, diz o climatologista da Universidade de Miami Roni Avissar, que está modelando essas conexões. Exagerado? “Nem um pouco”, ele responde. “Sabemos que o El Niño é capaz disso, porque, ao contrário do desmatamento, esse fenômeno se repete e observamos um padrão. Ambos são causados por pequenas mudanças de temperatura e umidade que são liberadas na atmosfera."

O pesquisador da Universidade de Estocolmo, Lan Wang-Erlandsson, que está pesquisando a interação da terra, água e clima, diz que é hora de mudar do uso da água e do subsolo dentro de uma bacia hidrográfica específica para a mudança no uso do solo além. “Novos acordos hidrológicos internacionais são necessários para manter as florestas em áreas onde se formam massas de ar”, diz ela.

Há dois anos, em uma reunião do Fórum das Nações Unidas sobre Florestas, da qual participam governos de todos os países, o pesquisador de terras da Universidade de Berna, David Ellison, apresentou um estudo de caso. Ele demonstrou que até 40% do total de chuvas nas Terras Altas da Etiópia, a principal fonte do Nilo, vem da umidade que retorna das florestas da Bacia do Congo. Egito, Sudão e Etiópia estão negociando um acordo há muito esperado para compartilhar as águas do Nilo. Mas tal acordo não teria sentido se o desmatamento na Bacia do Congo, longe dos três países, secasse a fonte de umidade, sugeriu Ellison. "A relação entre as florestas e a água no manejo da água doce do mundo é quase completamente ignorada."

A teoria da bomba biótica aumentará ainda mais as apostas, já que se espera que a perda de floresta afete não apenas as fontes de umidade, mas também os padrões de vento. Ellison alerta que a teoria, se confirmada, será "crítica para os modelos de circulação de ar planetária" - especialmente aqueles que transportam ar úmido para o interior.

Mas, até agora, os defensores da teoria são minoria. Em 2010, Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre e Bai-Liang Li, um ecologista da Universidade da Califórnia em Riverside, enviaram sua descrição histórica da bomba biótica para a Atmospheric Chemistry and Physics, um importante periódico com revisão por pares aberta. Mas o artigo "De onde vêm os ventos?" foi criticado na Internet, e a revista levou muitos meses para encontrar apenas dois cientistas para analisá-la. Isaac Held, meteorologista do Geophysical Fluid Dynamics Laboratory da Princeton University, se ofereceu - e recomendou que a publicação fosse rejeitada. “Este não é um efeito misterioso”, diz ele. "Geralmente é insignificante e, além disso, já é levado em consideração em vários modelos atmosféricos." Os críticos dizem que a expansão do ar a partir do calor gerado pela condensação do vapor d'água neutraliza o efeito espacial da condensação. Mas Makarieva diz que esses dois efeitos são separados espacialmente: o aquecimento ocorre na altitude e a queda na pressão de condensação ocorre mais perto da superfície, onde o vento biótico é criado.

Outra crítica foi Judith Curry, uma física atmosférica do Georgia Institute of Technology. Há muito ela se preocupa com o estado da atmosfera e acha que o artigo deveria ser publicado, porque “o confronto tem um efeito negativo na climatologia, e ela precisa de sangue do nariz para os físicos”. Após três anos de debate, o editor da revista rejeitou a recomendação de Held e publicou o artigo. Mas, ao mesmo tempo, ele observou que a publicação não pode ser considerada uma aprovação, mas servirá como um diálogo científico sobre uma teoria polêmica - para confirmá-la ou refutá-la.

Desde então, nenhuma confirmação ou refutação saiu - o confronto continuou. O simulador climático da Universidade de Columbia, Gavin Schmidt, diz: "Isso é um disparate." Os autores respondem a críticas como esta: “Na verdade, por causa da matemática, eles não têm certeza se vale a pena continuar o diálogo”. O meteorologista brasileiro e chefe do Centro Nacional de Monitoramento e Prevenção de Desastres Naturais, José Marengo, diz: “Acho que a bomba existe, mas agora está tudo no nível da teoria. Os especialistas em modelos climáticos não aceitaram, mas os russos são os melhores teóricos do mundo, então experimentos de campo apropriados devem ser realizados para testar tudo. " Mas até agora ninguém, nem mesmo a própria Makarieva, propôs tais experimentos.

Por sua vez, Makarieva se apóia na teoria, argumentando em uma série de trabalhos recentes que o mesmo mecanismo pode afetar ciclones tropicais - eles são impulsionados pelo calor liberado quando a umidade se condensa sobre o oceano. No jornal Atmospheric Research de 2017, ela e seus colegas sugeriram que as bombas bióticas em forma de floresta retiram o ar rico em umidade das origens dos ciclones. Isso, diz ela, explica por que os ciclones raramente se formam no Oceano Atlântico Sul: as florestas tropicais da Amazônia e do Congo drenam tanta umidade que sobra muito pouco para os furacões.

O principal pesquisador de furacões do MIT, Kerry Emanuel, diz que os efeitos propostos são "significativos, mas insignificantes". Ele prefere outras explicações para a ausência de furacões no Atlântico Sul, por exemplo, as águas frias da região liberam menos umidade no ar e seus ventos fortes impedem a formação de ciclones. Makarieva, por sua vez, rejeita igualmente os tradicionalistas, acreditando que algumas das teorias existentes sobre a intensidade dos furacões "contradizem as leis da termodinâmica". Ela tem outro artigo no Journal of Atmospheric Sciences - revisão pendente. “Estamos preocupados que, apesar do apoio da editora, nosso trabalho seja rejeitado novamente”, diz ela.

Embora no Ocidente as idéias de Makaryeva sejam consideradas marginais, na Rússia elas estão gradualmente se enraizando. No ano passado, o governo lançou um diálogo público sobre a revisão das leis florestais. Com exceção das antigas áreas protegidas, as florestas russas estão abertas para exploração comercial, mas o governo e a Agência Florestal Federal estão considerando uma nova categoria - florestas de proteção climática. “Alguns em nosso departamento florestal estão impressionados com a ideia da bomba biótica e querem apresentar uma nova categoria”, diz ela. A ideia também foi apoiada pela Academia Russa de Ciências. Makarieva diz que fazer parte do consenso, e não um forasteiro eterno, é novo e incomum.

Neste verão, sua viagem às florestas do norte foi interrompida pela epidemia de coronavírus e pela quarentena. Em sua casa, em São Petersburgo, ela sentou-se para mais uma rodada de objeções de revisores anônimos. Ela está convencida de que a teoria da bomba prevalecerá mais cedo ou mais tarde. “Há uma inércia natural na ciência”, diz ela. Com sombrio humor russo, ela lembra as palavras do lendário físico alemão Max Planck, que deu a famosa descrição do progresso da ciência: "uma série de funerais".