EFEITO ESTUFA: COMO É PRODUZIDO, CAUSAS, GASES, CONSEQUÊNCIAS - MEIO AMBIENTE - 2025

O efeito estufa é um processo natural em que a atmosfera retém parte da radiação infravermelha emitida pela Terra e assim a aquece. Essa radiação infravermelha vem do aquecimento gerado na superfície da Terra pela radiação solar.

Esse processo ocorre porque a Terra, como um corpo opaco, absorve a radiação solar e emite calor. Ao mesmo tempo, como existe uma atmosfera, o calor não escapa completamente para o espaço sideral.

Esquema de efeito estufa. Fonte: Robert A. Rohde (voo dos dragões na Wikipédia em inglês), Tradução para o espanhol felix, layout de adaptação Basquetteur

Parte do calor é absorvida e reemitida em todas as direções pelos gases que constituem a atmosfera. Assim, a Terra mantém um certo equilíbrio térmico que estabelece uma temperatura média de 15 ºC, garantindo uma faixa variável na qual a vida pode se desenvolver.

O termo "efeito estufa" é uma comparação com estufas para o cultivo de plantas em climas onde a temperatura ambiente é mais baixa do que o necessário. Nessas casas de cultivo, o telhado de plástico ou vidro permite a passagem da luz do sol, mas impede a saída do calor.

Desta forma, mantém-se um microclima quente favorável ao desenvolvimento das plantas, independentemente da temperatura exterior mais baixa.

Os gases mais relevantes no efeito estufa são o vapor d'água, o dióxido de carbono (CO2) e o metano. Então, como resultado da poluição gerada pelo homem, outros gases são incorporados e os níveis de CO2 aumentam.

Gases CO2, vapor de água e metano na atmosfera

Esses gases incluem óxidos de nitrogênio, hidrofluorocarbonos, hidrocarbonetos perfluorados, hexafluoreto de enxofre e clorofluorocarbonos.

O efeito estufa é bom ou ruim?

O efeito estufa é fundamental para a vida na Terra, pois garante a faixa de temperatura adequada para sua existência. A maioria dos processos bioquímicos requer temperaturas entre -18ºC a 50ºC.

No passado geológico, houve flutuações na temperatura média da Terra, aumentando ou diminuindo. Nos últimos dois séculos, houve um processo de aumento sustentado da temperatura global.

A diferença é que atualmente a taxa de aumento é particularmente alta e parece estar associada à atividade humana. Essas atividades geram gases de efeito estufa que acentuam o fenômeno.

Qual é o problema, então?

Os seres humanos têm adicionado poluentes ao meio ambiente de forma persistente desde meados do século 18, como resultado da industrialização. Entre esses poluentes, está a emissão de gases que contribuem para o efeito estufa, seja porque absorvem calor ou danificam a camada de ozônio.

A camada de ozônio é encontrada na parte superior da estratosfera e filtra a radiação solar ultravioleta (energia mais alta). Quanto mais radiação ultravioleta, mais calor e, além disso, efeitos mutagênicos podem ser gerados.

Por outro lado, os gases retentores de calor, como CO2 e metano, reduzem a perda de calor das emissões da Terra. Enquanto entre os gases que danificam a camada de ozônio estão todos os compostos de flúor e cloro.

A consequência do aumento do efeito estufa é um aumento da temperatura da Terra. Isso, por sua vez, causa uma série de mudanças climáticas, incluindo o derretimento do gelo polar e glacial.

Como o efeito estufa é produzido?

- Atmosfera da Terra

Camadas da atmosfera

Compreender os elementos básicos da composição química e estrutura da atmosfera é fundamental para compreender o efeito estufa.

Composição química da atmosfera terrestre

O nitrogênio (N) predomina na composição da atmosfera terrestre, 79% e o oxigênio (O2) 20%. O 1% restante é composto por diversos gases, dos quais os mais abundantes são Argônio (Ar = 0,9%) e CO2 (0,03%).

Esses gases não conseguem absorver a luz solar, ou seja, a energia de ondas curtas emitida pelo Sol (espectro visível e ultravioleta).

Camadas da atmosfera

A maior proporção de gases atmosféricos concentra-se na faixa que vai da superfície da Terra até 50 km de altura. Isso se deve à atração que a força gravitacional exerce sobre os gases que constituem a atmosfera.

Nestes primeiros 50 km de atmosfera, duas camadas são reconhecidas, a primeira de 0 a 10 km de altura e a segunda de 10 a 50 km de altura. A primeira é chamada de troposfera e concentra aproximadamente 75% da massa gasosa da atmosfera.

A segunda é a estratosfera que concentra 24% da massa gasosa atmosférica e em sua parte superior está a camada de ozônio. A camada de ozônio é fundamental para a compreensão do efeito estufa, pois é responsável pela fixação dos raios ultravioleta do sol.

Embora mais três camadas se estendam acima dessas camadas da atmosfera, as duas mais baixas são os fatores determinantes para o efeito estufa.

- O efeito estufa

Os principais elementos do processo de produção do efeito estufa são o Sol, a Terra e os gases atmosféricos. O Sol é a fonte de energia, a Terra a receptora dessa energia e emissora de calor e gases desempenham diferentes papéis de acordo com suas propriedades.

Energia solar

O Sol emite fundamentalmente radiação de alta energia, ou seja, correspondente aos comprimentos de onda visível e ultravioleta do espectro eletromagnético. A temperatura de emissão dessa energia chega a 6.000ºC, mas a maior parte dela se dissipa ao longo do caminho.

Dos 100% da energia solar que chega à atmosfera, cerca de 30% é refletida para o espaço sideral (efeito albedo). 20% são absorvidos pela atmosfera, principalmente pelas partículas em suspensão e pela camada de ozônio, e os 50% restantes aquecem a superfície terrestre. Este vídeo reflete este processo:

A terra

Como qualquer corpo, a Terra emite radiação, que neste caso é uma radiação de ondas longas (infravermelho). A radiação infravermelha emitida pela Terra vem de seu centro incandescente (energia geotérmica), mas a temperatura de emissão é baixa (quase 0 ºC).

No entanto, a Terra recebe energia solar que também a aquece e emite radiação infravermelha adicional.

Por outro lado, a Terra reflete uma parte importante da radiação solar devido ao seu albedo (tom claro ou branco). Esse albedo se deve principalmente a nuvens, corpos d'água e gelo.

Levando em consideração o albedo e a distância do planeta ao Sol, a temperatura da Terra deveria ser de -18 ºC (temperatura efetiva). A temperatura efetiva refere-se ao que um corpo deveria ter considerando apenas o albedo e a distância.

Porém, a temperatura média real da Terra gira em torno de 15ºC com uma diferença de 33ºC com a temperatura efetiva. Nesta diferença marcante entre a temperatura real e a temperatura efetiva, a atmosfera desempenha um papel fundamental.

A atmosfera

A chave para a temperatura da Terra é a sua atmosfera, se ela não existisse o planeta estaria permanentemente congelado. A atmosfera é transparente para grande parte da radiação de ondas curtas, mas não para uma grande proporção da radiação de ondas longas (infravermelho).

Ao deixar a radiação solar passar, a Terra se aquece e emite radiação infravermelha (calor), mas a atmosfera absorve parte desse calor. Dessa forma, as camadas da atmosfera e as nuvens ficam quentes e emitem calor em todas as direções.

Efeito estufa

O processo de aquecimento global pela retenção atmosférica da radiação infravermelha é conhecido como efeito estufa.

Estufa em Kew Gardens (Inglaterra). Fonte:

O nome vem das estufas agrícolas, onde são cultivadas espécies que requerem uma temperatura superior à existente na área de produção. Para isso, essas casas de cultivo possuem uma cobertura que permite a passagem da luz solar, mas retém o calor emitido.

Desta forma, é possível criar um microclima quente para as espécies que o necessitam em seu crescimento.

Causas

Embora o efeito estufa seja um processo natural, ele é alterado pela ação humana (ação antrópica). Portanto, é necessário diferenciar as causas naturais do fenômeno e as alterações antrópicas.

- Causas naturais

Energia solar

A radiação eletromagnética de ondas curtas (alta energia) do Sol é o que aquece a superfície da Terra. Esse aquecimento causa a emissão de radiação de ondas longas (infravermelho), ou seja, calor, para a atmosfera.

Energia geotérmica

O centro do planeta é incandescente e gera calor adicional do que o causado pela energia solar. Este calor é transmitido através da crosta terrestre principalmente através de vulcões, fumarolas, gêiseres e outras fontes termais.

Composição atmosférica

As propriedades dos gases que constituem a atmosfera determinam que a radiação solar chegue à Terra e que a radiação infravermelha seja parcialmente retida. Alguns gases, como vapor d'água, CO2 e metano, são especialmente eficientes na retenção do calor atmosférico.

Contribuições naturais dos gases de efeito estufa

Os gases que retêm a radiação infravermelha do aquecimento da superfície da Terra são chamados de gases de efeito estufa. Esses gases são produzidos naturalmente como CO2, que é contribuído pela respiração dos seres vivos.

Os oceanos também trocam grandes quantidades de CO2 com a atmosfera e os incêndios naturais também contribuem com CO2. Os oceanos são uma fonte natural de outros gases de efeito estufa, como o óxido de nitrogênio (NOx).

Por outro lado, a atividade microbiana nos solos também é fonte de CO2 e NOx. Além disso, os processos digestivos dos animais contribuem com grandes quantidades de metano para a atmosfera.

- Causas antropogênicas

Geração de calor

As atividades humanas não apenas contribuem com gases que aumentam o efeito estufa, mas também fornecem calor adicional. Parte do calor fornecido provém da queima de combustíveis fósseis e outra da diminuição do efeito albedo.

Distribuição da temperatura na superfície da Terra. Fonte:

Este último se deve à maior absorção de energia solar por superfícies escuras artificiais como o asfalto. Várias investigações mostraram que as grandes cidades geram uma entrada líquida de calor entre 1,5 e 3 ºC.

Atividades industriais

A indústria em geral emite calor adicional para a atmosfera e diversos gases que afetam o efeito estufa. Esses gases podem absorver e emitir calor (ex: CO2) ou destruir a camada de ozônio (ex: NOx, CFC e outros).

Tráfego automotivo

Grandes concentrações de veículos nas cidades são responsáveis ​​pela maior parte do CO2 adicionado à atmosfera. O tráfego automotivo contribui com cerca de 20% do total de CO2 gerado pela queima de combustíveis fósseis.

Produção de eletricidade e aquecimento

A queima de carvão, gás e derivados de petróleo para a produção de eletricidade e aquecimento contribui com quase 50% do CO2.

Indústria de manufatura e construção

Juntas, essas atividades industriais contribuem com quase 20% do CO2 produzido pela queima de combustíveis fósseis.

Incendios florestais

Os incêndios florestais também são causados ​​por atividades humanas e liberam anualmente milhões de toneladas de gases de efeito estufa na atmosfera.

Depósitos de lixo

A acumulação de resíduos e os processos de fermentação que decorrem, bem como a queima dos referidos resíduos, são fonte de gases com efeito de estufa.

agricultura

A atividade agrícola contribui com mais de 3 milhões de toneladas métricas de gás metano anualmente para a atmosfera. Entre as culturas que mais contribuem neste aspecto está o arroz.

No caso do arroz, a contribuição de metano vem do ecossistema gerado por seu sistema de cultivo. Isso porque o arroz é plantado em um lençol d'água, criando um pântano artificial.

Nos pântanos, as bactérias decompõem a matéria orgânica em condições anaeróbicas, produzindo metano. Essa cultura pode contribuir com até 20% do metano injetado na atmosfera.

Outra cultura cujo manejo gera gases de efeito estufa é a cana-de-açúcar, pois é queimada antes da colheita e produz grande quantidade de CO2.

Gado ruminante

Ruminantes, como vacas, consomem grama fibrosa por meio de processos de fermentação realizados por bactérias em seus sistemas digestivos. A referida fermentação libera 3 a 4 litros de gás metano na atmosfera diariamente para cada animal.

Considerando apenas o gado, estima-se uma contribuição equivalente a 5% dos gases de efeito estufa.

- Reação em cadeia

O aumento da temperatura global que provoca o aumento dos gases de efeito estufa, induz uma reação em cadeia. Conforme a temperatura dos oceanos aumenta, a liberação de CO2 na atmosfera aumenta.

Da mesma forma, o derretimento dos pólos e o permafrost libera CO2 que ficou preso ali. Também em temperaturas ambientes mais elevadas, há maior ocorrência de incêndios florestais e mais CO2 é liberado.

Gases de efeito estufa

Alguns gases como o vapor d'água e o CO2 atuam no processo natural do efeito estufa. Por sua vez, o processo antrópico envolve outros gases além do CO2.

Curvas de tendência global de acumulação de diferentes gases de efeito estufa. Fonte: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivative work: Ortisa () trabalho derivado: Ortisa

O Protocolo de Kyoto contempla as emissões de seis gases de efeito estufa, incluindo dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Além disso, óxido nitroso (N2O), hidrofluorocarbono (HFC), hidrocarboneto perfluorado (PFC) e hexafluoreto de enxofre (SF6).

Vapor de água

O vapor d'água é um dos gases de efeito estufa mais importantes por sua capacidade de absorver calor. No entanto, o equilíbrio é gerado porque a água no estado líquido e sólido reflete a energia solar e resfria a Terra.

Dióxido de carbono (CO2)

O dióxido de carbono é o principal gás de efeito estufa de longa duração na atmosfera. Esse gás é responsável por 82% do aumento do efeito estufa ocorrido nas últimas décadas.

Em 2017, a Organização Meteorológica Mundial relatou uma concentração global de CO2 de 405,5 ppm. Isso representa um aumento de 146% sobre os níveis estimados para antes de 1750 (era pré-industrial).

Metano (CH

O metano é o segundo gás de efeito estufa mais importante, contribuindo com cerca de 17% do aquecimento. 40% do metano é produzido por fontes naturais, principalmente pântanos, enquanto os 60% restantes são gerados por atividades humanas.

Entre essas atividades estão a agricultura de ruminantes, o cultivo de arroz, a exploração de combustíveis fósseis e a queima de biomassa. Em 2017, o CH4 atmosférico atingiu uma concentração de 1.859 ppm, 257% superior ao nível pré-industrial.

Óxidos de nitrogênio (NOx)

Os NOx contribuem para a destruição do ozônio estratosférico, aumentando a quantidade de radiação ultravioleta que penetra na Terra. Esses gases têm origem na produção industrial de ácido nítrico e ácido adípico, bem como no uso de fertilizantes.

Em 2017, esses gases atingiam a concentração atmosférica de 329,9 ppm, equivalente a 122% do nível estimado para a era pré-industrial.

Hidrofluorcarbonetos (HFCs)

Esses gases são usados ​​em várias aplicações industriais para substituir os CFCs. No entanto, os HFCs também afetam a camada de ozônio e têm uma permanência ativa muito alta na atmosfera.

Hidrocarboneto perfluorado (PFC)

Os PFCs são produzidos em instalações de incineração para o processo de fundição de alumínio. Assim como os HFCs, eles têm alta permanência na atmosfera e afetam a integridade da camada de ozônio estratosférico.

Hexafluoreto de enxofre (SF6)

Esse gás também tem efeito negativo na camada de ozônio, além de alta persistência na atmosfera. É utilizado em equipamentos de alta tensão e na produção de magnésio.

Clorofluorcarbonos (CFCs)

O CFC é um poderoso gás de efeito estufa que danifica o ozônio estratosférico e é regulamentado pelo Protocolo de Montreal. No entanto, em alguns países, como a China, ainda é usado em vários processos industriais.

Qual é o efeito estufa para os seres vivos?

- Condições de limite

A vida como a conhecemos não é possível acima de certos níveis de temperatura. Apenas algumas bactérias termofílicas são capazes de habitar ambientes com temperaturas acima de 100ºC.

Temperatura vital

Em geral, a amplitude de variação de temperatura que permite a maior parte da vida ativa varia de -18 ºC a 50 ºC. Da mesma forma, formas de vida podem existir em um estado latente a temperaturas de -200ºC e 110ºC.

A maioria das espécies de animais e plantas tem faixas ainda mais restritas de tolerância à temperatura ambiente.

- O equilíbrio dinâmico de temperatura

O efeito estufa é um processo natural positivo para a vida no planeta, pois garante essa faixa vital de temperatura. Mas isso é assim, desde que o equilíbrio adequado seja mantido entre a entrada de energia solar e a saída de radiação infravermelha.

O equilíbrio

O equilíbrio é garantido porque a natureza produz quase tantos gases de efeito estufa quanto os imobiliza. O oceano produz cerca de 300 gigatoneladas de CO2, mas absorve um pouco mais.

Da mesma forma, a vegetação produz cerca de 440 gigatoneladas de CO2, ao mesmo tempo que fixa cerca de 450.

Consequências do efeito estufa devido à poluição

A poluição antrópica contribui com quantidades extras de gases de efeito estufa, quebrando o equilíbrio dinâmico natural. Embora esses valores sejam bem menores do que os gerados pela natureza, são suficientes para quebrar esse equilíbrio.

Isso tem consequências graves para o equilíbrio térmico planetário e, por sua vez, para a vida na Terra.

Aquecimento global

O aumento da concentração de gases de efeito estufa gera um aumento na temperatura média global. Na verdade, estima-se que a temperatura média global tenha subido 1,1 ° C desde a era pré-industrial.

Por outro lado, foi indicado que o período de 2015 a 2019 foi o mais quente já registrado.

Derretimento do gelo

O aumento da temperatura leva ao derretimento do gelo polar e das geleiras em todo o mundo. Isso implica um aumento do nível do mar e a alteração das correntes marinhas.

Mudança climática

Embora não haja um consenso total sobre o processo de mudanças climáticas decorrentes do aquecimento global, a realidade é que o clima do planeta está mudando. Isso é evidenciado na alteração das correntes marinhas, padrões de vento e precipitação, entre outros aspectos.

Desequilíbrios populacionais

A alteração de habitats devido ao aumento da temperatura afeta a população e o comportamento biológico das espécies. Em alguns casos, existem espécies que aumentam suas populações e expandem sua área de distribuição.

No entanto, aquelas espécies que têm faixas de temperatura muito estreitas para crescimento e reprodução podem reduzir muito suas populações.

Diminuição da produção de alimentos

Muitas áreas agrícolas e pecuárias têm a produção reduzida porque as espécies são afetadas pelo aumento da temperatura. Por outro lado, as alterações ecológicas resultam na proliferação de pragas agrícolas.

Saúde pública

Doenças transmitidas por vetores

À medida que a temperatura média planetária aumenta, alguns animais vetores de doenças expandem seu alcance geográfico. Assim, casos de doenças tropicais estão ocorrendo além de sua área natural.

Choque

O aumento da temperatura pode produzir o chamado choque térmico ou insolação, que implica em desidratação extrema. Esta situação pode causar graves falências orgânicas, afetando principalmente crianças e idosos.

Prevenção e soluções

Para evitar o aumento do efeito estufa, é necessário reduzir as emissões dos gases que o causam. Isso requer medidas que vão desde a conscientização do público, passando pela legislação nacional e internacional, até mudanças tecnológicas.

Porém, de acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), não basta reduzir as emissões. Além disso, é necessário reduzir a atual concentração de gases de efeito estufa na atmosfera para conter o aquecimento global.

Nesse sentido, uma solução é aumentar a cobertura vegetal para fixar o CO2 atmosférico. Outra é implementar sistemas tecnológicos de filtragem de ar para extrair CO2 e fixá-lo em produtos industriais.

Até o momento, os esforços para chegar a acordos internacionais como o Protocolo de Kyoto não alcançaram seus objetivos. Por outro lado, os desenvolvimentos tecnológicos para extrair CO2 atmosférico estão apenas no nível de protótipo.

Prevenção

Para evitar o aumento do efeito estufa, é necessário reduzir a produção de gases de efeito estufa. Isso implica uma série de ações que incluem o desenvolvimento da consciência cidadã, medidas legislativas, mudanças tecnológicas.

Consciência

Uma cidadania consciente do problema do aquecimento global gerado pelo aumento do efeito estufa é fundamental. Desta forma, faz-se a pressão social necessária para que governos e potências econômicas tomem as medidas necessárias.

Enquadramento jurídico

O principal acordo internacional para enfrentar o problema da geração de gases de efeito estufa é o Protocolo de Kyoto. No entanto, até o momento, esse instrumento legal não foi eficaz na redução da taxa de emissão de gases de efeito estufa.

Alguns dos principais países industrializados com maiores taxas de emissão não assinaram a prorrogação do protocolo para seu segundo mandato. Portanto, um arcabouço jurídico nacional e internacional mais rígido é necessário para que o efeito real seja alcançado.

Mudanças tecnológicas

A reengenharia de processos industriais é necessária para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Da mesma forma, é necessário promover o uso de energias renováveis ​​e reduzir o uso de combustíveis fósseis.

Por outro lado, é fundamental reduzir a produção de resíduos poluentes em geral.

Soluções

Segundo especialistas, não basta reduzir as emissões de gases de efeito estufa, é preciso, além disso, reduzir as atuais concentrações na atmosfera. Para isso, várias alternativas têm sido propostas, podendo utilizar tecnologias muito simples ou sofisticadas.

Sumidouros de carbono

Para isso, recomenda-se aumentar a cobertura de florestas e selvas, bem como implementar estratégias como telhados verdes. As plantas fixam o CO2 atmosférico em suas estruturas, extraindo-o da atmosfera.

Bombas de extração de carbono

Até agora, a extração de CO2 da atmosfera é cara do ponto de vista energético e tem um custo econômico elevado. No entanto, pesquisas estão em andamento para encontrar maneiras eficientes de filtrar o ar e remover o CO2.

Uma dessas propostas já se encontra em fase de planta piloto e está sendo desenvolvida pelas Universidades de Calgary e Carnegie Mellon. Esta planta usa uma solução de hidróxido de potássio como coletor de água e cálcio cáustico, através do qual o ar é filtrado.

Nesse processo, o CO2 contido no ar é retido, formando carbonato de cálcio (CaCO3). Posteriormente, o carbonato de cálcio é aquecido e o CO2 é liberado, aplicando o CO2 purificado resultante para usos industriais.

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