Balanço Energético da Terra e Forças Radiativas da Mudança Climática
Leia este artigo para aprender sobre o balanço de energia na Terra e a força radiativa da mudança climática.
Introdução:
Nossa terra recebe radiações de ondas curtas do sol; um terço dos quais é refletido e o restante é absorvido pela atmosfera, oceanos, terra, gelo e biota. A energia que é absorvida pela radiação solar é equilibrada a longo prazo pela radiação que sai da Terra e da sua atmosfera.
Mas o equilíbrio entre a energia absorvida e emitida como radiação infravermelha de onda longa pode mudar devido a muitos fatores naturais, como a produção de energia solar, variações lentas na órbita da Terra e fatores antropogênicos causando efeito estufa, aquecimento global, inverno nuclear e depleção de camada de ozônio e buraco de ozônio na Antártida. A absorção da radiação infravermelha é geralmente chamada de forçamento radiativo.
Nossa atmosfera é dividida em várias camadas horizontais. Cada um é caracterizado pela inclinação do seu perfil de temperatura. A partir da superfície da Terra, essas camadas são chamadas de troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera. Na troposfera e mesosfera a temperatura diminui com a altitude, enquanto na estratosfera e termosfera, aumenta com a altitude.
As altitudes de transição que separam essas camadas são chamadas de tropopausa, estratopausa e mesopausa. Mais de 80% da massa da atmosfera e todas as nuvens de vapor de água e precipitação ocorrem na troposfera. No equador pode ser de cerca de 18 km, mas diminuir até 10-12 km em latitudes médias e em pólos pode ser apenas cerca de 5-6 km. Na troposfera, a temperatura normalmente diminui de 5 a 7 ° C por km.
Esta região é geralmente um lugar muito turbulento, pois há fortes movimentos verticais que levam à mistura rápida e completa do ar. Esta mistura melhora a qualidade do ar porque diminui rapidamente os vários poluentes. Acima da troposfera está a estratosfose, que é uma camada estável de ar seco.
Os poluentes que entram na estratosfera podem permanecer lá por muitos anos antes de serem levados de volta à troposfera, onde são mais facilmente dissipados e finalmente removidos por sedimentação ou precipitação. Na estratosfera, as radiações ultravioletas de ondas curtas são absorvidas pelo ozônio (O 3 ) e pelo oxigênio (O 2 ), de modo que o ar é aquecido. A inversão de temperatura resultante causa a estabilidade desta zona. A troposfera e a estratosfera representam em conjunto cerca de 99, 9% da massa da atmosfera.
Depois da estratosfera, encontra-se a mesosfera. Nesta região também o ar se mistura muito rapidamente. Acima mesosfera é a termosfera. Na termosfera, o aquecimento é devido à absorção de energia solar pelo oxigênio atômico. Na termosfera é encontrada uma densa faixa de partículas carregadas, chamada ionosfera. Reflete as ondas de rádio de volta à Terra, portanto, antes da invenção dos satélites, a ionosfera era particularmente importante para comunicações em todo o mundo.
Efeito estufa:
Radiações solares de ondas curtas com comprimento de onda inferior a 3 µm podem passar facilmente pela atmosfera, enquanto as radiações terrestres de ondas longas emitidas pela superfície terrestre (mais de 3 µm) são parcialmente absorvidas pelo número de gases residuais presentes na atmosfera. Esses gases traços são conhecidos como gases de efeito estufa. (GEE)
Os principais gases de efeito estufa são o dióxido de carbono (CO 2 ) metano (CH 4 ), óxido nitroso (N 2 O), vapor d'água e ozônio (O 3 ) presentes na troposfera e na estratosfera. Além desses gases de efeito estufa nas últimas décadas, os clorofluorcarbonos (CFCs) e outros halocarbonos também são adicionados à lista, devido a várias atividades humanas.
Quando as radiações solares ou os raios cósmicos passam pela atmosfera, são afetados por vários gases e aerossóis no ar. Esses gases podem deixar a energia radiante ou os raios solares passarem sem serem afetados, ou espalhar raios por reflexão ou podem detê-los absorvendo essas radiações de entrada.
Da mesma forma, esses gases também absorvem as radiações infravermelhas de saída (1R) emitidas pela superfície da Terra. A maioria das radiações térmicas de ondas longas emitidas pela terra é absorvida por gases de efeito estufa radioativamente ativos. O vapor de água (H2O), que é um gás de estufa muito importante, absorve fortemente as radiações térmicas em menos de 8 µm e mais de 18 µm, bem como as bandas centradas a 2, 7 µm e 4, 3 µm.
Encontram-se entre 7 e 12 µm de janela atmosférica, que é um céu relativamente claro para as radiações terrestres em curso. As radiações nesses comprimentos de onda passam facilmente pela atmosfera, exceto por uma faixa de absorção pequena, mas muito importante, entre 9, 5 µm e 10, 6 µm, que está associada ao ozônio. Toda a radiação solar recebida com comprimento de onda inferior a 0, 3 µm, ou seja, a radiação ultravioleta (UV) é absorvida pelo oxigênio e ozônio.
Essa absorção da radiação UV ocorre na estratosfera, que protege a superfície da Terra das radiações ultravioletas prejudiciais. Os gases de efeito estufa radioativamente ativos absorvem o comprimento de onda maior que 4 µm. Devido a esta absorção, a atmosfera é aquecida, o que irradia energia de volta para a Terra e também para o espaço, como mostrado no diagrama (fig. 1). Esses gases de efeito estufa atuam como cobertores térmicos em todo o mundo, elevando a temperatura da superfície da Terra.
O termo efeito estufa é baseado no conceito de estufa convencional feita de vidro. O vidro transmite facilmente as radiações solares de ondas curtas para a estufa e absorve toda a radiação de ondas longas irradiada pelo interior da estufa. Essa armadilha de radiação é parcialmente responsável pelas temperaturas elevadas dentro da estufa. Muito deste efeito é meramente devido à redução do resfriamento convectivo do espaço interno causado pelo invólucro. Aquecimento do interior do seu carro depois de estacionar no sol é outro exemplo simples de efeito de estufa.
Se a terra não tivesse um efeito estufa natural, sua temperatura média seria de -19 ° C. Assim, podemos dizer que o efeito estufa é responsável pelo aquecimento da terra. Embora o efeito estufa seja um fenômeno natural e esteja presente desde tempos imemoriais, mas após a Revolução Industrial ou podemos dizer que desde a década de 1950 devido à rápida industrialização, corte de florestas para uso da terra e, tremendo aumento de veículos etc. casa verde, gases no ambiente é aumentado muitas dobras devido a que a temperatura da terra está aumentando a uma taxa muito mais rápida. Esta é uma das principais causas de preocupação para todos os países desenvolvidos e em desenvolvimento.
Forças Radiativas da Mudança Climática:
Embora o efeito de estufa seja um fenómeno natural que é responsável por ter a temperatura da terra a 34 ° C mais elevada do que seria se não tivesse gases radiativamente activos na atmosfera. Está bastante claro agora que as fontes de emissão feitas pelo homem de muitos gases e aerossóis estão afetando o efeito estufa, levando à incerteza na previsão do futuro clima global. Como mostrado no modelo de fluxo de energia média global
A energia solar que é absorvida pela terra e sua atmosfera é de 235 w / m 2, que é balanceada por 235 w / m 2, de radiação de onda longa de saída. Se, por qualquer razão, uma quantidade extra de energia for adicionada à energia radiativa que chega, então temporariamente esse equilíbrio será perturbado, com o passar do tempo, o sistema climático se ajustará a essa mudança, aumentando ou diminuindo a temperatura da superfície. terra, até que o equilíbrio seja recuperado. Matematicamente, podemos representar o processo da seguinte maneira. Inicialmente o sistema balanceado possui energia solar de entrada igual absorvida (Qabs) e energia radiante de saída (Qrad)
Quando o sistema é perturbado pelo forçamento radiativo, ou seja, AF (w / m 2 ) para a energia absorvida de entrada, um novo equilíbrio será estabelecido com o tempo para que
aqui os deltas referem-se a mudanças na quantidade de energias absorvidas e radiantes. Ao subtrair 1 de 2 dá
Até agora descrevemos o efeito de estufa como um fenómeno natural devido a que a temperatura média da Terra é 34 ° C mais alta do que seria se não tivesse gases activos na atmosfera. O conceito de forçamento radiativo das mudanças climáticas pode ser aplicado ao acúmulo de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera, devido ao fato de que o equilíbrio entre as radiações solares entrantes e as radiações terrestres que saem se perturbam.
Ele também pode ser aplicado a mudanças em aerossóis e partículas devido a fontes naturais e artificiais, depleção de ozônio na estratosfera, acúmulo de ozônio produzido foto quimicamente na troposfera e variabilidade nas radiações solares que atingem a atmosfera terrestre.
Devido a esses fatores, tanto o forçamento positivo quanto o negativo são possíveis. O forçamento positivo contribui para o aquecimento global, enquanto o forçamento negativo contribui para o resfriamento da terra. Os gases e as partículas presentes na atmosfera são capazes de exercer efeitos de força radiativos diretos e indiretos.
O forçamento direto é causado por substâncias na atmosfera que foram emitidas de alguma fonte. Forças indiretas são aquelas que ocorrem quando essas substâncias causam essas outras mudanças atmosféricas que afetam as propriedades radiativas da atmosfera.
Por exemplo, os aerossóis afetam diretamente o forçamento, absorvendo ou refletindo a radiação solar, ao passo que também exercem efeito indireto ao induzir mudanças no albedo das nuvens. Da mesma forma, halocarbonos como os clorofluorcarbonos (CFCs) também exercem efeitos diretos e indiretos. O efeito direto dos halocarbonos é um aumento na forçante radiativa porque esses gases, isto é, carbono mais flúor, cloro e / ou bromo, absorvem as grandes radiações terrestres da terra. Eles também causam um efeito indireto ao destruir o ozônio (O 3 ) na estratosfera.
O ozônio é absorvido na janela radiativa atmosférica do meio-dia, então a destruição do ozônio abre a janela e permite que a terra esfrie mais facilmente, então podemos dizer que o efeito direto dos halocarbonos contribui para o aquecimento global, pois o efeito indireto de destruir o ozônio ajuda no resfriamento o planeta. Na tabela dada abaixo, o resumo das estimativas atuais de forçante radiativa são dadas, as quais são causadas devido aos efeitos diretos e indiretos de gases de efeito estufa, aerossóis e material particulado e radiações solares.
As contribuições dos halocarbonos são simplificadas nesta figura, uma vez que o seu efeito indirecto de arrefecimento, associado à destruição do ozono, não está incluído nos dados. Se esses efeitos indiretos forem incluídos, o forçamento total de halocarbonos se tornará menor que 11%. Agora vamos discutir sobre esses principais gases de efeito estufa em detalhes.
Dióxido de Carbono (CO 2 ):
É um importante gás de estufa com maior proporção, ou seja, 50-60% e representa quase dois terços do forçamento radiativo atual. As primeiras medições precisas e diretas do dióxido de carbono atmosférico começaram em 1957 no Pólo Sul e em 1958 em Monaloa, Havaí.
A concentração de CO 2 na época era de cerca de 315 ppm e crescia quase na taxa de 1 ppm por ano até meados dos anos 80 e agora está crescendo a uma taxa de cerca de 1, 6 ppm / ano. O CO2 é retirado da atmosfera pelas plantas no processo de fotossíntese, como mostrado nesta equação
Na primavera e no verão, o crescimento das plantas é máximo. O nível de CO 2 cai e atinge o seu ponto mais baixo em cerca de outubro no hemisfério norte. Na respiração, o processo que os seres vivos usam para obter energia, a equação acima é invertida. Na respiração, moléculas orgânicas complexas são quebradas retornando o carbono para a atmosfera.
Nos meses de outono e inverno, a taxa de respiração excede a taxa de fotossíntese. Há uma substituição líquida de carbono na atmosfera que resulta em concentração máxima de CO 2 nos hemisférios do norte em torno de maio. Assim, o carbono se move continuamente da atmosfera para a cadeia alimentar (na fotossíntese) e retorna às atmosferas (na respiração).
A reação da respiração é a seguinte:
As concentrações de CO 2 são quase 30% mais altas agora do que eram antes da revolução industrial.
Metano (CH 4 ):
A acumulação de metano na atmosfera é responsável por 0, 47 w / m 2 de forçamento radiativo, o que representa 19% do total de forçantes de estufa. Em tempos pré-industriais, a concentração de metano na atmosfera era de aproximadamente 700 partes por bilhão (ppb) por muitas centenas de anos, mas em 1800. sua concentração aumentou rapidamente. Em 1992, chegou a 1714 ppb, quase duas vezes e meia superior aos níveis pré-industriais.
O metano é um gás que ocorre naturalmente na atmosfera, mas sua concentração está aumentando rapidamente devido às atividades humanas. As fontes naturais de metano são zonas úmidas e os oceanos liberam 160 milhões de toneladas de metano por ano, enquanto as fontes provocadas pelo homem são responsáveis por aproximadamente 375 milhões de toneladas de liberação de gás metano. Cerca de 50% das emissões antrópicas de CH4 são o resultado da produção de alimentos humanos e cerca de 27% são devidas ao uso de combustíveis fósseis.
À medida que os alimentos e a produção de energia aumentam para atender à demanda de população crescente, as emissões de metano continuarão sendo uma fração significativa do forçamento radiativo total. O diagrama de barras abaixo (Fig. 3) descreve a contribuição percentual de diferentes fontes antrópicas de emissões de metano.
O metano tem efeitos diretos e indiretos no forçamento radiativo. Como o CH 4 tem vida útil mais longa na atmosfera, ele continua a absorver a radiação infravermelha por mais tempo, aumentando seu potencial de aquecimento global. Há também a preocupação com a possibilidade de que, devido ao aquecimento global, uma grande quantidade de metano, atualmente congelado no permafrost nas regiões longínquas do norte, possa ser liberada e permitir a decomposição anaeróbica de matéria orgânica congelada no permafrost, produzindo mais metano. O aquecimento devido ao aumento da liberação de metano pode aumentar o aquecimento original.
Óxido nitroso:
É outro gás natural que ocorre naturalmente, que vem aumentando em concentração devido às atividades humanas. Nos tempos pré-industriais, sua concentração era de 275 ppb. que atualmente é de 312 ppb mostrando um aumento de 13%. O óxido nitroso é liberado na atmosfera durante o processo de nitrificação do ciclo do nitrogênio.
O óxido nitroso é responsável por 6% do forçamento radiativo. Fontes naturais de N2O liberam cerca de 9 milhões de toneladas de nitrogênio na atmosfera por ano, com grande parte proveniente dos oceanos e dos solos das florestas úmidas. As fontes produzidas pelo homem contribuem com cerca de 40% das emissões totais de N 2 O, isto é, 5, 7 milhões de toneladas por ano (IPCC, 1995), o que se deve principalmente à agricultura tropical.
A conversão de florestas em campos e o uso de fertilizantes nitrogenados nas terras cultiváveis são as principais fontes de emissões de N 2 O. Outras fontes são a combustão de combustíveis que contêm N 2, conversores catalíticos de 3 vias em carros e muitos processos industriais como a produção de nylon. O N 2 O também tem um tempo de vida atmosférico longo estimado em cerca de 120 anos, o que significa que as perturbações no seu ciclo natural terão repercussões duradouras. É lentamente degradado na estratosfera por fotólise.
Halocarbonos:
Estas são moléculas à base de carbono que contêm cloro, flúor ou bromo. Estes são gases de efeito estufa potentes. Estes também são ambientalmente importantes porque contribuem para o aquecimento global e também devido à presença de átomos de cloro e bromo que encontram seu caminho na estratosfera e têm a capacidade de destruir o ozônio nessa camada. Halocarbonetos incluem clorofluorcarbonetos. (CFCs) e hidro clorofluorcarbonos (HCFCs).
Os CFCs são não-tóxicos, não-reativos e não-inflamáveis e insolúveis em água. Devido à sua natureza inerte, eles não são destruídos por reações químicas e nem são removidos da troposfera pelas chuvas. Então, eles têm tempo de vida longa atmosférica. Eles só podem ser removidos por fotólise ou seja, a quebra por radiações solares de ondas curtas, que ocorrem quando as moléculas chegam à estratosfera.
Mas o cloro liberado pela fotólise dos CFCs destrói o ozônio estratosférico. Para evitar esse esgotamento do ozônio estratosférico, os HCFCs estão sendo introduzidos em lugar dos CFCs. A adição de hidrogênio quebra sua inércia e é destruída por reações químicas na troposfera antes de ser levada à estratosfera. Mas eles ainda têm potencial de som para
esgotar a camada de ozono. Os hidrocarbonetos fluorados (HFCs) não têm cloro, sendo ainda melhores que os HCFCs.
Halons contêm bromo que também é um elemento destruidor de ozônio. Eles são moléculas muito estáveis e não se decompõem na troposfera, então eles só liberam esse bromo depois de atingir a estratosfera e são quebrados por fotólise. Eles são usados em extintores de incêndio.
Ozono (O 3 ):
O ozônio tem uma forte banda de absorção a 9 µm, ou seja, no meio da janela atmosférica que o torna um importante gás de estufa É um gás principal na poluição fotoquímica, pois a produção de smog está associada à maior industrialização e sua concentração é maior nos países desenvolvidos isto é, no hemisfério norte do que no hemisfério sul.
Sua concentração também varia sazonalmente com concentrações mais altas no verão, já que os meses de verão energizam a formação de ozônio. Forças radiativas de ozônio troposférico também são bastante incertas, o que é entre 0, 2-0, 6 w / m 2 . As concentrações de ozônio estratosférico estão diminuindo devido a ataques de cloro e bromo liberados por CFCs e halons expostos aos raios UV.
De acordo com uma estimativa, a perda no ozônio estratosférico tem forçamento negativo médio global de cerca de -0, 1 w / m 2 com fator de incerteza 2. Esta depleção de ozônio é indiretamente o resultado do uso de CFCs e halons. Portanto, esse forçamento negativo tende a compensar algum forçamento positivo causado pela emissão de halocarbonos. Como após o Protocolo de Montreal, as emissões de CFCs e halons para a atmosfera são reduzidas, então espera-se que o ozônio comece a se recuperar nos próximos anos e que esse forçamento negativo diminua.
Desta forma, vemos que os forçantes radiativos desses gases das casas verdes afetam a temperatura e o clima globais. O forçamento positivo aumenta a temperatura, enquanto o forçamento negativo diminui o mesmo. Como já discutimos, estes forçantes, além de serem fenômenos naturais, também são induzidos pelas atividades humanas, por isso devemos pensar duas vezes antes do uso dessa tecnologia, que contribui para o aumento dos gases de efeito estufa e aquecimento global, levando a mudanças climáticas.
Gases da Casa Verde e Clima Global:
O aumento na concentração de CO 2 medida no Observatório de Maunalao, no Havaí, em 1958, de 315 ppm para 345 ppm em 1985 deve-se principalmente a duas atividades humanas principais, ou seja, a queima de combustíveis fósseis a uma taxa alarmante e a destruição da cobertura florestal que são consideradas CO 2 sumidouro do planeta. O consumo de carvão e petróleo aumentou muitas dobras nos últimos anos, conforme representado na figura (19) Aumento do CO 2, nível tem efeito imediato sobre o aumento da temperatura global. Além do nível de CO 2, os gases de efeito estufa (GEEs) também aumentam com o passar dos anos, conforme discutimos anteriormente.
De acordo com o relatório da NASA, o aumento dos CFCs é de cerca de 5% ao ano, enquanto o aumento do metano é de cerca de 1% ao ano. Se o aumento dos GEEs ocorrer na taxa atual, o ponto de duplicação para cada um desses gases que contribuem para o efeito estufa será em 2030. Embora o efeito dos GEEs no clima seja lento e imperceptível imediatamente, mas no longo prazo é O impacto sobre as alterações climáticas torna-se alarmante e irreversível. A porcentagem de emissões de gás de casa verde de 12 países principais é determinada em figura (figo. 5)
É interessante notar que na emissão de GHGs os países desenvolvidos são os principais contribuintes e a contribuição dos países em desenvolvimento é de apenas 15%. nos tempos pós-industriais, embora cerca de 75% da população mundial viva, está desenvolvendo países do terceiro mundo. Até recentemente, a maioria dos gases de efeito estufa era emitida e removida da troposfera pelos principais ciclos biogeoquímicos da Terra, sem interferência das atividades humanas, mas depois da revolução industrial, especialmente desde 1950, colocamos enormes quantidades de gases de efeito estufa na atmosfera. Há uma preocupação crescente agora que esses GEEs podem melhorar o efeito estufa e levar ao aquecimento global do planeta.
Os possíveis impactos do aquecimento global são os seguintes:
(i) aumento do nível do mar:
Devido ao aquecimento global, a expansão térmica do mar, o derretimento das geleiras das montanhas, o derretimento da camada de gelo da Groenlândia e o derretimento da folha da Antártida ocorrerão, o que consequentemente levará ao aumento do nível do mar.
ii) Rendimento da colheita:
Espera-se que, devido ao aumento do nível de CO2, a produtividade das culturas seja aumentada, embora outros fatores possam interromper esses efeitos.
iii) Saúde humana:
Nas próximas décadas, à medida que o mundo se tornar mais quente, mais pessoas provavelmente serão afetadas por doenças tropicais.
(iv) Balanço Hídrico:
Apesar do aumento do nível do mar, no futuro, o mundo mais quente terá crises de água em algumas partes, enquanto outras partes serão mais úmidas do que hoje. Desta forma, o equilíbrio da água será perturbado. Os impactos gerais estão descritos abaixo (fig. 6).
Depleção do ozono e problema de radiação:
O gás ozônio ocorre na atmosfera em pequenas quantidades. É um gás com cheiro pungente de cor azul. Ao nível do solo, em média, cada centímetro de ar contém cerca de 10 -19 moléculas de gases cuja concentração de ozono é de aproximadamente 0, 1 ppm. Quase 90% do ozônio atmosférico está na estratosfera. O ozônio é constantemente produzido e destruído na estratosfera. Mas muitos gases traço poluentes, como NO, NO 2, CI, etc., que poderiam reagir facilmente com o ozônio, chegam à estratosfera e reagem com o ozônio para produzir oxigênio. Isso é comumente chamado de “esgotamento do ozônio”.
Devido a este esgotamento do ozono na estratosfera, as radiações ultravioletas do sol atingem facilmente a terra, uma vez que a camada de ozono atua como um escudo protetor. Estas radiações UV têm efeitos nocivos na nossa saúde, nos nossos ecossistemas, nos sistemas aquáticos e na vegetação, etc. De acordo com uma estimativa durante 1969-1988 havia de 3-5% a 5% de destruição de ozono no hemisfério norte.
Comumente existem 3 formas principais de esgotamento do ozônio na estratosfera. Esses são:
(i) sistema de hidrogênio
(ii) sistema de nitrogênio e
iii) Sistema de cloro
(i) Sistema de Hidrogênio (sistema OH):
Este sistema destrói apenas 10% do ozono.
A reação é vista acima de 40 km sobre a crosta terrestre .
OH também pode ser formado pela oxidação do metano
ii) Sistema de nitrogênio (sistema N 2 O):
60% da destruição do ozono ocorre através deste sistema. O N 2 O que é produzido nos oceanos e no solo pela ação bacteriana do microrganismo difunde-se para cima na estratosfera e aí reage com '0 ″ na presença de luz para produzir o NO, que então destrói o O 3 .
As reações deste processo são as seguintes:
iii) Sistema de cloro (sistema CFCI 3 ou CF 2 CI 2 ):
Embora o cloro neutro destrua muito pouco ozônio, mas os clorofluorcarbonos (CFCl s ) e outros halocarbonos são os principais destruidores de ozônio. Esses compostos permanecem inertes na troposfera, mas se dissociam na estratosfera.
As reações são as seguintes:
Desta forma, vemos que esses processos levam à destruição do ozônio na estratosfera. No final da década de 1980, as medições de satélites e balões mostravam que a zona esgotada de O 3 se estende por toda a Antártida. A depleção está concentrada principalmente entre 12 e 14km de altitude, cobrindo grande parte da baixa estratosfera nessas latitudes.
Esse buraco de ozônio se desenvolve a cada ano no mês de agosto e setembro. O que causa o buraco do ozono é uma questão controversa. Mas o consenso comum é que uma seqüência de estágios é responsável pela eficiência peculenta com a qual o cloro destrói o ozônio sobre a Antártida. O esgotamento do ozono é uma das principais causas de preocupação devido ao seu papel como filtro da radiação ultravioleta do sol. A banda de radiação ultravioleta rotulada UV-C (2, 0 x 2, 9x10-7 nm) é eliminada pela atmosfera.
Esta banda UV-C é letal para microorganismos e pode destruir ácidos nucleicos e proteínas. A proteção contra UV-C é inteiramente devido à sua absorção pelo ozônio. Uma faixa de radiação UV entre 2, 9 × 10 -7 nm e 3, 2 × 10 -7 é mais importante que é conhecida como “radiação UV biologicamente ativa ou UV-B”. banda. As radiações UV-B têm efeitos nocivos nos seres humanos, bem como em plantas e animais. Agora vamos discutir sobre os efeitos nocivos da UV-B em seres humanos, plantas e animais e no nosso meio ambiente com algum detalhe.
(i) Na saúde humana:
O efeito mais nocivo é que a incidência de câncer de pele é aumentada pelas radiações UV-B. As duas evidências a favor disso são: (i) o câncer de pele é principalmente a doença de pessoas de pele branca e o pigmento escuro melanina é conhecido por ser o filtro efetivo de UV-B. A segunda evidência é da epidemiologia, isto é, o estudo dos fatores que influenciam a ocorrência da doença na população humana. Melanoma Uma forma particular de câncer de pele é relatada em muitas áreas com altas taxas de mortalidade.
Afeta os jovens, embora outras formas de câncer de pele ocorram predominantemente em pessoas relativamente idosas. Esses cânceres são angustiantes, mas geralmente tratados com sucesso. A ocorrência de melanoma está aumentando nas últimas décadas em todas as populações de pele branca. Estudos sugerem que o melanoma está associado à alta exposição ao UV-B.
De acordo com um estudo realizado pela EPA cada diminuição de 1% da coluna de ozônio pode resultar em aumento de 3% na incidência de cânceres de pele não-melanoma. A exposição à radiação ultravioleta biologicamente ativa (UV-B) também pode ter efeitos prejudiciais diretos no corpo humano, já que essas radiações têm a tendência de suprimir o sistema imunológico do corpo. As radiações UV-B também causam danos aos nossos olhos.
ii) Em plantas terrestres:
A maioria das plantas terrestres está adaptada aos níveis atuais de radiação visível e pouco se sabe sobre os efeitos das radiações UV-B nas plantas. A maioria dos estudos sobre os efeitos do aumento das radiações UV-B estão focados em plantas cultivadas e mais de 300 espécies foram examinadas até agora, cerca de dois terços dos quais mostram alguma sensibilidade para radiações, embora o grau de sensibilidade para diferentes espécies e até mesmo diferentes cultivadores das mesmas espécies variam consideravelmente.
Os sintomas de sensibilidade induzem crescimento reduzido de plantas, folhas menores, redução na eficiência da fotossíntese e redução do rendimento de sementes e frutos. Em alguns casos, também são observadas mudanças na composição química das plantas, afetando sua qualidade alimentar. Embora poucos dados estejam disponíveis sobre o efeito das radiações UV-B na vegetação da floresta, mas eles sugerem que o aumento dos níveis de UV-B também pode afetar a produtividade das florestas.
Sugere-se também que o reduzido crescimento de plantas induzido por radiações ultravioletas ativas biologicamente (UV-B) poderia perturbar o delicado equilíbrio encontrado nos ecossistemas naturais, de modo que a distribuição e a abundância das plantas possam ser afetadas.
iii) sobre os ecossistemas marinhos:
A vida nos oceanos também é vulnerável à radiação UV. Há evidências de que a radiação solar-B ambiente também é um fator limitante importante nos ecossistemas marinhos, embora não seja um fator tão importante quanto a luz visível ou a temperatura dos níveis de nutrientes. O impacto da radiação UV-B aumentada depende da profundidade a que ela penetra. Em águas cristalinas é mais de 20m, mas em águas pouco claras é de apenas 5m.
Radiações UV-B reforçadas têm mostrado danos a muitas espécies de pequenos organismos aquáticos, zooplânctons, larvas de caranguejos e camarões e juvenis. No fitoplâncton, a redução da fotossíntese é observada devido às radiações UV.
iv) No clima:
Nossa maior preocupação está associada ao papel principal da Ozone na temperatura atmosférica. Com a rodada criativa e destrutiva do ciclo de ozônio, há uma absorção geral da radiação solar, que é liberada como calor na estratosfera. Isso aquece a estratosfera e produz inversão de temperatura na tropopausa, infectando não haveria estratosfera sem a camada de ozônio. Assim, o esgotamento no ozônio estratosférico esfriaria essa região e alteraria a estrutura de temperatura da estratosfera em alguma extensão.
Radiações Atmosféricas e Inverno Nuclear:
O material particulado e os aerossóis exercem sua influência no clima ao interromper o fluxo de radiações solares dentro do sistema atmosférico da Terra. Essa atenuação ou redução da radiação solar causada pela presença de material particulado e aerossóis na atmosfera é uma indicação de turbidez atmosférica, uma propriedade relacionada à poeira ou sujeira da atmosfera.
Quando a radiação atinge um aerossol na atmosfera, então se a partícula é opticamente transparente do que a energia radiante passa inalterada e nenhuma mudança ocorre no balanço energético da atmosfera. Comumente a radiação é refletida, dispersa ou absorvida e a proporção de reflexão, dispersão ou absorção dependerá do 'tamanho, cor e concentração das partículas na atmosfera e também da natureza da própria radiação. O material particulado ou os aerossóis, que dispersam ou refletem a radiação, aumentam o albedo da atmosfera e reduzem a quantidade de radiação solar que chega à superfície da Terra.
Aerossóis ou partículas que absorvem a radiação têm efeito oposto e aumentam a quantidade de radiação solar que entra. Cada um desses processos tem o potencial de alterar o orçamento de energia da Terra através de sua capacidade de mudar o caminho da radiação através da atmosfera. Além de interromper o fluxo de radiação solar, a presença de aerossóis também tem efeito sobre a radiação terrestre.
A superfície da Terra estando em um nível de energia mais baixo irradia energia na extremidade infravermelha do espectro. O material particulado e os aerossóis, como as partículas de fuligem, areia e poeira liberadas na camada limite, absorvem facilmente as radiações infravermelhas, especialmente se forem maiores que 1, 0 um de diâmetro e, como resultado dessas absorções, a temperatura na troposfera tende a aumentar. Grande volume de material particulado é liberado no meio ambiente através de processos naturais como erupções vulcânicas.
O material particulado liberado é transportado dos locais de origem pelas pressões de vento e ar da circulação atmosférica para lugares distantes. As atividades humanas criam apenas 15-20% de material particulado e a principal fonte de tal assunto é a guerra, por exemplo, na guerra do Golfo em 1991, mais de 600 poços de petróleo foram queimados pelas forças iraquianas. Esses poços continuaram a queimar por muitos meses.
Durante esse tempo, uma enorme quantidade de fumaça, SO 2, CO 2, não-queimados de hidrocarbonetos e nitratos liberados no meio ambiente. A maior parte desta matéria permaneceu na metade inferior da troposfera, a uma altura de 5 km da superfície da Terra. Durante o período dos últimos cinquenta anos, apesar dos acordos entre as superpotências para limitar o uso de armas nucleares, o uso destes continua na maioria dos países.
A queda e as radiações ionizantes dessas armas estão poluindo a atmosfera a um ritmo alarmante. Agora, uma nova possibilidade de inverno nuclear também é acrescentada nesta moderna batalha de supremacia, que talvez seja o golpe final para qualquer sobrevivente do intercâmbio nuclear. A hipótese do inverno nuclear baseada na suposição de que a fumaça e a poeira liberadas na atmosfera durante a guerra nuclear aumentariam a turbidez atmosférica a ponto de impedir que uma alta proporção de radiação solar entraria na atmosfera inferior e na superfície da Terra. Então a temperatura da terra cairá acentuadamente.
É provável que a vegetação das regiões tropicais sofra danos significativos. Plantas tropicais florescem em temperaturas sutis suaves. Eles são suscetíveis a queda moderada das temperaturas e incapazes de desenvolver resistência ao frio, como fazem as plantas de clima temperado. Em baixas temperaturas e condições de baixa luminosidade do inverno nuclear, elas podem desaparecer nessas regiões. Além dos danos à vegetação no ecossistema natural, as plantas cultivadas também serão danificadas.
Tropical crops like rice, maize, banana etc. are usually damaged by temperature falling to 7-10°C for even a few days and moderate chilling would be sufficient to cause crop failure. We are already facing the problem of crop shortage which would be aggravated by nuclear winter.
In addition to these atmospheric effects of low temperatures, low light levels and violent storms, we would also face continued radioactive fallout, high levels of toxic air pollution and increase in ultraviolet radiation. All these impacts along with shortage of food and drinking water would make life highly stressful and hazardous. So to save our future and the life of coming generations it is essential that necessary steps should be taken for curbing wars and promoting the world peace not only for the sake of humanity but also to protect our environment.
Radiation and Global Warming:
Our climate system includes the atmosphere, the hydrosphere the lithosphere and the biosphere. These are all interrelated and disturbance in one affects the other. In the atmosphere CO 2 and water vapours strongly absorb infrared radiation (in the wavelength of 14000 to 25000 nm) and effectively block a large fraction of earths emitted radiations.
The radiation thus absorbed by CO 2 and water vapours ie H 2 O is partly emitted to the earth's surface causing global warming. Soot or black carbon absorbs solar radiation directly and causes 15-30% heating of earth. The International Panel On Climate Change (IPCC) in their first assessment report concluded that the earth's lower level temperature would increase on an average between 2°C to 6°C by the end of next century, which will have very disastrous consequences.
We have observed in the past century that the decade of nineties have been the warmest in the northern hemisphere. The radiation changes and volcanic activity are considered as the main cause of hot years of nineties especially 1990, 1994, 1997, and 1998. In 1998 Europe and Japan experienced the scorching heat. In London it was the driest summer in 300 years and Germany experienced the hottest summer ever.
In Japan the drought was so severe, that thousands of factories were closed there. Due to the rise in temperature the ice at poles melt much rapidly resulting in the rise in sea level. In warm climate snow and ice cover of earth tends to decrease. As snow and ice are good reflectors of incoming radiation, therefore a decrease in snow and ice will increase absorption of radiation and enhance the warming of earth. As the temperature increases soil becomes dry and dust and particulate matter easily go into the atmosphere.
IPCC claims that by 2100 AD the sea level will rise by 30-110cm if our present energy consumption pattern continues as such. The rise in sea level will have serious impacts. Many densely populated areas could be flooded, severe erosion of coastal areas could occur, intrusion of salt water in land areas would salinize many potable ground waters and over 30% of cropland would lose productivity. There is a possibility that in Indian and Pacific ocean many beautiful islands like Maldives, Marshall island, Tonga, Tavalu etc. would be wiped out. Many low lying coastal areas would be at stake.
Other effects include slowing of thermohaline circulation, depletion of ozone layer, intense hurricanes, lowering of pH of seawater and spread of infections and diseases like dengue fever, bubonic plague, viral infections and many other bacterial diseases in people. Besides there would be danger of extinction of many plant and animal species.
Global warming will cause warmer temperatures in some regions and also dryness in some areas, so there will be dislocations that would go beyond control of any modern society. No continent has been spared from adverse effects of global warming.
Some repercussions of global warming in the previous two decades are reflected in the form of following consequences:
1. The mean sea level has risen by 15 cm.
2. At Antarctica melting of ice has reduced the population of Adelie Penguins by one third in last 25 years.
3. Australia had experienced its worst drought in 2003, which was due to Elnino effect ie the warming of the equatorial Pacific Ocean.
4. New York experienced driest July in 1999 with temperature raising above 35°C for nearly 15 days.
5. In Tibet, warmest days temperatures were recorded in June 1998, in Lhasa with temperature exceeding 25°C for almost the whole month.
6. In Spain in 2006 severe drought was experienced and more than 306, 000 hactare of forests went up in flames
7. According to the United Nations Environment Programme (UNEP) reports the Arctic Permafrost is melting due to global warming and releasing carbon and methane locked in it.
8. Himalayan glaciers are receding at an alarming rate. These are origin of most of the rivers of North India. The Gangotri glacier is a major source of mighty Ganga, and tributaries of Ganga constitute the lifeline of hundreds of millions of people living in Gangetic basin. According to one report of International Commission for Snow and Ice, the Gangotri glacier is receding 20- 30 metres per year and had lost about one third of its 13 km length. Drying of this glacier means drying of Ganga which will have devastating consequences for the people of Gangetic basin.
