N.Ch«m. 551.79(81) Q2qTítulo: Quaternário do Brasil.

Quaternário do Brasil

Preamble

In the last two centnries, Brazilian geologists, geographers, archeologists, biologists, oceanographers,pedologists, engineers and naturalists have been studying aspects of the Quatemary but the interest for thisgeologioal period beeame prevalent only after the 1960's.

The first allempts to integrate nationwide different Quaternary researches occurred during the XXVBrazilian Congress of Geology, in the oity of São Paulo, Brazil, in 1971, in which lhe l". Quaternary Symposiumwas organized. At that time the Scientific Commission on the Quaternary was oreated under the auspices of theBrazilian Geological Society. In the twelve following years, under that Commission, three symposia and severaltechnical sessions on the Quaternary of Brazil were organized in the meetíngs of the Brazilian Congress ofGeology. In 1973, Brazil beoame a member of the International Union for Quatemary Research (INQUA).

The Brazilian Association for Quaternary Studies (ABEQUA) was founded in 1984 under the support ofrmtional and internacional quaternary communities and its headquarters were established in the eity of São Paulo.The first ABBQUA Congress took place in 1987 in Porto Alegre (RS) and since then biannual meetings have beentaking place. ABEQUA is presently a full member of INQUA and hás been participating in various of its scientificcommissions.

This pioneer book which hás rare equivalents in the world, include a novel compilation on Brazilianquaternary studies containing significant themes.

The idea of publishing this v/ork was originated among members of ABEQUA's Executivo Commissionfor the years of 2002 to 2003, also editors of this book, to whom títere was a considerable gap of information onthe Quaternary of this country. The selection of authors was very democratic and had the objective of gatheringlhe expertise of national and international specialists as well as of enthusiastic young researchers. For such ends,ali national and foreign members of ABEQUA were consulted through a questionnaire, on lheir inlerest inparticipating of the project. Those who sent it baek to ABEQUA were grouped according to their researchinteresls, specialization williin the different selected lhemes. Thus, tliis book was conceived with the followingobjectives:a) to disclose lhe advances on tlie Quaternary of Brazil to working quaternarisls, researchers and professionals

of relaled fields as well as to sludents;b) to identify gaps and missing information on the Quaternary of Brazil and to suggest prospectivo new studies;c) to present quaternary studies as a fundamental tool in the support for eurrent environmental research,

especially for those on the evaluation of environmenlal impacts and planning as well as in lhe prognosis ofglobal changes; and

d) Io provide a source of informalion for under and graduale courses on relnted fields.To accomplish these objectives, a total of sixty-three authors worked for one year and produced sevenleen

chapters, which present the stale-of-the-art of eacli selected lheme. The result was an unique gathering of datathat are found dispersed in the scientific literatura. Each chapter contains a synlliesis on the history and lheevolulion of knowledge, controversies and divergence of opinions and inlerpretation of the data, applicability andimportance of lhe selected topics and sfudies, as well as of gaps and recommendation for future research.

The edilors are conSdent lhal this work, bcsides being a landmark as well as an important source ofinformation on lhe Quaternary of Brazil, will be apowerful stimulus for the development of scientific researeh inthe country. This book is also part of the commetnoration of lhe 21 years of lhe ABEQUA.

The Editors

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Capítulo l

INTRODUÇÃOKenltlroSuguio

1. GENERALIDADESO continente sul-americano abrange a maioria

das zonas climáticas, desde as lalitudes equatoriais atéas subpolares do Hemisfério Sul. Essa situaçãogeográfica permite o estudo, em diversas faixas delatitude, das mudanças globais do passado. No entanto,são raras as pesquisas interdisciplinares que enfocamas mudanças paleoambientais em espaço continental.Talvez o projeto PAGES (Pasl Global Chcmges), que,entre 1994 e 199S, se propôs a estudar esses fenómenosatravés da transeção PEP-I (Pólo-Equador-Pólo) dasAméricas, seja o mais ambicioso. Ele integrou o IGBP(International Geosphere - Biosphere Programais) doICSU (International Coimai for Science).

A literatura sobre os estudos do Quaternário, noentanto, é relativamente numerosa, normalmentecontendo informações sobre as glaciações nos Andes(conforme Clapperton, 1993). Estudos paleoambientaisdo Quaternário, usando-se principalmente a palinologiacomo ferramenta para a obtenção de informaçõespaleoclimáticas, foram desenvolvidos por Van derHammen (1973), Salgado-Labouriau (1984), Heusser(1984) e Markgraf (1989). Além disso, existempesquisas do Quaternário na América do Sul sobre ovulcanismo, tectonismo, bacias aluviais, paleoniveis domar e paleolinhas de cosia, arqueologia etc.

2. CONTRASTES TOPOGRÁFICOS EGEOLÓGICOS NA AMÉRICA D O SUL

A topografia deste continente é bastantediversificada: há extensas áreas planálticas, situadas amais de 200 m de altitude, seguidas por áreasmontanhosas que se erguem a mais de 2.000 m; aolongo das drenagens principais (bacias do Amazonas edo Paraná), e mormente nas costas oriental e norte,estendem-se as planícies com menos de 200 m (Figura1.1).

A amplitude latitudinal (0° a 67° de latitude sul) eos fortes contastes topográficos interferem nos padrõesde circulação de massas de ar. Isto faz com que osclimas atuais sejam muito diversificados, variando de

tropical úmido a seco, até subpolar e glacial de altitude,passando por subtropical e por temperado úmido a seco.Embora aposição geográfica e atopografia da superfícietenham-se mantido praticamente iguais às atuais duranteo Período Quaternário, os paleoclimas sofreram fortesoscilações (Van der Hammen, 1991; Suguio, 1999).

Na realidade, as feições topográficas da Américado Sul estão diretamente ligadas às características(arcabouços litológico e estrutural) de diferentes idadesgeológicas, conforme Figura 1.2. Este continente fazparte de uma extensa placa litosférica (placa da Américado Sul), que é delimitada a leste pela cadeiamesoceânicado Atlântico Sul e a oeste pela zona de subducção dacosta ocidental, que a separa da placa de Nazca. Rochaspré-cambrianas diversas, de idades que podemultrapassar 3 bilhões de anos, afloram em amplas áreasdos escudos das Guianas e do Brasil e, também, emalgumas partes da Patagônia e da Cordilheira do Andes.Essas rochas constituem o embasamento (substrato)rochoso das bacias sedimentares do Amazonas, Paraná,São Francisco, Parnaiba e Orenoco e parte do cinturãoorogênico (montanhoso) dos Andes. Elas integravam osupercontinente Pangéia, que sofreu fragmentação naEra Mesozóica, quando a América do Sul separou-seda África e dos outros continentes contíguos doHemisfério Sul.

Segundo Clapperton (1993), o arcabouçoestrutural da América do Sul é definido por três tiposprincipais de feições:

(a) maciços levantados (arqueados para cima) efalhados de rochas cristalinas (ígneas e metamórficas)pré-cambrianas, com delgadas (poucas centenas demetros) coberturas sedimentares paleozóicas emesozóicas^

(b) maciços rebaixados (arqueados para- baixo) dasmesmas rochas pré-cambrianas, formando bacias comale mais de 5.000 m de rochas sedimentares paleozóicas,mesozóicas e cenozóicas;

(e) grandes cadeias montanhosas de rochas dobradase falhadas que formam cadeias, como a dos Andes,compostas por rochas paleozóicas, mesozóicas e

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l J > 2.000 m

>200m

| | <200m

| l i ,Figura 1.1. Mapa topográfico generalizado das principais feições Dsicas da América do Sul (Fonte: Clapperton, 1993).

cenozóicas.

Finalmente, a paisagem moderna deste continentefoi formada pela interação entre os processos tectônicose denudacionais, que atuaram por mais de 160 milhõesde anos, quando mudanças paleoclimáticas muitointensas ocorreram na Terra.

3. O BRASIL !S7A AMÉRICA DO SUL

3.1. Arcabouço EstruturalO Brasil possui uma área superior a 8,5 milhões

de quilómetros quadrados, que corresponde a mais de45% da América do Sul (área de, aproximadamente,18,6 milhões de quilómetros quadrados).

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O território brasileiro ocupa parte da chamadaPlataforma Sul-Americana (Almeida, 1971), cuja derradeirareativação tectônica significativa teria ocorrido no iníciodo Éon Fanerozóico. Essa plataforma é composta,predominantemente, por rochas ígneas e metamórficaspré-cambrianas, formando o núcleo cristalino docontinente. Ela abrange uma superfície de cerca de 4,6milhões de quilómetros quadrados, subdivididos em trêsescudos: Guianas, Brasileiro e Atlântico (Figura 1.3).

Extensas áreas de coberturas sedimentares evulcanossedimentares, cujas idades mais antigasremontam ao Siluriano inferior, preenchem três amplasbacias sedimentares em forma de sinéclise: Amazonas,Parnaíba (ou Maranhão) e Paraná. Áreas restritas dosescudos são ocupadas por coberturas sedimentares de

Placa do CaribeArco do lPai

Zona de falha OcaZona do falha El PilarZona de falha Santa MartaZona de falha BoconoMegaclsalham. Bahia Salana-MarcaronaMGgactsalhamento AmatapeMegaclsaihamento Deflexão AbancayZonas de fraluraZona de fralura MagalhãesFossas MalvinasZona de fratura Shacklelon

Movimento da placa (cm/ano)

Embasamento cristalino pre-cambriano

Rochas sedimentares paleozóicas

Rochas paleozótcas-masozófcas

Sedimentos terciários-qualemárlos

Cinturão andino falhado e dobrado

Plataforma continental

Rochas vulcânicas quaternárias

Figura 1.2. Feições tectônieas, estniturais e topográficas generalizadas da América do Sul (Fonte: Clapperton, 1993).

diversas idades, inclusive pré-cambrianas (Almeida,1969). Aúltima reativação mais importante daplataform a,que se processou do Jurássico superior ao Cretáceoinferior, foi designada de Wealdeniana (Almeida, 1969.).Ela causou a fragmentação do supercontinente Pangéia,originando diversas bacias sedimentares preenchidas porsedimentos cretácicos e terciários, distribuídas ao longoda margem continental atlântica.

3.2. Bacias MarginaisAs feições geológicas mais proeminentes das

cosias leste e nordeste do Brasil são representadas pelasbacias marginais, que foram delineadas por falhasnormais ocorridas principalmente durante o Eocretáceo.A partir de informações obtidas em superfície(observações diretas em afloramentos) e subsuperficie

(perfurações e métodos geofísicos), Asmus & Ponte(1973) estabeleceram uma coluna-padrão de depósitossedimentares para as bacias marginais brasileiras, quepode ser subdividida ern várias sequências:

a) Sequência do continenteA sequência do continente é composta de folhelhos

vermelhos, intercalados por arenitos arcozianossubordinados, com arenitos finos e conglomeráticossuperpostos. São depósitos de leques aluviais e de lagosinteriores, formados em períodos de relativa quietudetectônica do Purbeckiano (Neojurássico).

b) Sequência dos lagosA sequência dos lagos é formada por alternância

de folhelhos e arenitos, com intercalações subordinadasde calcários. Representa deltas lacustres, preenchendo

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Quaternário do Brasil

Cráton deSSo Lufe

aj ll !

| . |

nj J

Pantanal matogrossense(Cenozóico)

Áreas sedimentares costeiras(Mesozólco-cenozóicas)

Bacias prê-silurianas

Bacias paleozóicas, mesozóicase cenozóicas

Escudos e crátons pré-cambrianos500 km

Figura J .3. Traços gerais da geologia do Brasil (Fonte: Mendes & Petri, 1971, modificado).

bacias tectônieas delimitadas por falhas normais,originadas durante a reativação de Wealdeniana (Almeida,

1969).

c) Sequência do golfoA sequência do golfo é composta por rochas

elásticas e carbonatos depositados em ambientetransicional, além de evaporitos, eorn predominânciade anidrita e halita. As bacias de Santos, Campos,Espirito Santo e Bailia Sul destacam-se pelos gigantescosdomos salmos. A sequência sugere paleoclimas muitosecos do Aptiano (Cretáceo inferior).

d) Sequência do marA sequência do mar é constituída pelas

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stibseqiiências carbonatas de plataforma rasa e terrígenamnrinlia franca. A primeira é formada, de calcarenitbs ecalcilutitos, comumente com textura oolítica ou pisolítica.A segunda é representada por sedimentos detrltícosdepositados, contemporaneamente, em áreas continentais,gradando até águas marinhas profundas, pertencentes aossistemas deltaico, de plataforma e de talude. As suas idadesvariam do Albiano (Cretáceo superior) ao Holoceno (ouRecente).

3.3. Depósitos QuaternáriosO termo Quaternário, empregado para designar

o período mais recente da história da Terra, foiintroduzido por Desnoyers (1829), referindo-se aosdepósitos marinhos superpostos aos sedimentos do

1. Introdução

Terciário da Bacia de Paris (França). Essa denominaçãoveio completar a tabela do tempo geológico, propostapor G. Ardulno (1714-1796), com os termos Primário,Secundário e Terciário. Mais tarde, estes termos foramsubstituídos por Paleozóico, Mesozóico e Cenozóico,respectivamente, com base em seus conteúdosfaunísticos de fósseis. Os termos Terciário eQuaternário, porém, permaneceram como subdivisãoda Era Cenozóica.

Posteriormente, C. Lyell (1797-1875) introduziu,com critério também paleontológico, a designaçãoPleistoceno para os depósitos pós-pltocênicos (cujosestratos contêm fósseis de moluscos com mais de 70%correspondentes às espécies viventes). Desse modo, ointervalo de tempo earacterizado por depósitos contendosomente espécies viventes foi denominado, ainda poreste autor, de Holoceno. Segundo Campy £ Chaline(19S7), essa subdivisão bipartite do Quaternário subsisteaté hoje, apesar das suas desproporçSes cronológicasrelativas às suas durações: o Pleistoceno possui umaduração correspondente a 180 vezes a do Holoceno,que é de 10.000 anos. O período Quaternário, além deser definido bioestratigraficamente pelos conteúdosfaunísticos e florísticos de fornias predominantementeviventes, pode ser considerado como a idade dasglaciações e do Homem.

No Brasil, os depósitos quaternários estãoassociados as bacias hidrográficas, que drenam baciassedimentares homónimas (Amazonas, Paraná eParnaíba), ou às planícies litorâneas. Em geral, sãorepresentados por áreas de superfícies planas e de baixasaltitudes. Nos mapas geológicos, são comumenterepresentados pela cor amarela, pontilhado ou tracejado,podendo-se admitir o Quaternário continental (depósitosde encosta, fluviais, eólicos e lacustres) e o Quaternáriomarinho e/ou transicional. Os depósitos transicionaissão representados, principalmente, por sedimentos decordões litorâneos, deltaicos, lagunares e eólicos. Osdepósitos marinhos correspondem aos sedimentossubmersos que recobrem a margem continental, emboranessa área possam ser encontrados também depósitostransicionais e continentais, sedimentados durante oUMG (Último Máximo Glacial).

Entre os depósitos quaternários do Brasil, nãoocorrem sedimentos glaciais ou periglaciais, pois asglaciações quaternárias não atingiram o território brasileiro.

3.4. Estudos do Quaternário no Brasil

3.4.1. Histórico das pesquisasSe em nível mundial os estudos do Quaternário

são relativamente recentes e ainda se acham mal

estruturados, a situação no Brasil não poderia serdiferente. Embora a literatura científica produzida nopaís sobre o Quaternário não seja tão numerosa, não éuma tarefa muito fácil resumir o tema.

O histórico das pesquisas sobre o Quaternáriono Brasil aparentemente comporta no mínimo três fases(Suguio, 1999).

a) Primeira fase (até as primeiras décadas do séculoXX)

As contribuições científicas sobre o tema forampouco numerosas e atribuídas, praticamente, só apesquisadores estrangeiros. Nessa fase, ainda eramrarosos eursos superiores no Brasil; não havia um cursorelacionado às Geociências ou de algum modo ligadofis pesquisas do Quaternário. Os raros brasileiros comcurso superior concluído no exterior, em geral, não seinteressavam pelo tema.

Uma das raras contribuições nessa fase poderiaser atribuída a C.R. Darwin (1809-1882), quemencionou a ocorrência de rochas praiais (beach rocks)em Recife (PE). Na ocasião, ele as interpretou comoevidências de prováveis flutuações recentes de nível domar na região. Outro estudo importante sobre oconhecimento dessas rochas no Brasil é devido a J.C.Branner que, em 1904, publicou um trabalho que atéhoje constitui fonte importante de consulta sobre o tema.

Nas primeiras décadas do século XX, começarama aparecer, ao lado de pesquisadores estrangeiros, algunscientistas brasileiros que, aparentemente, jávislumbravam a importância das últimos acontecimentos(Era Cenozóica) como tema de pesquisa científica.Entretanto, quase nunca o termo Quaternário apareceassociado a essas pesquisas.

b) Segunda fase (das primeiras décadas do séculoXX até 1970)

Com a implantação dos cursos deíIistóriaNaturale de Geografia em algumas universidades recém-criadas, os estudos realizados sob o ponto de vista doQuaternário tprnaram-se mais frequentes. No fim dadécada de 1950, vários cursos de História Natural foramdesmembrados em cursos de Geologia e Biologia, fatoque parece ter contribuído para o incremento dessesestudos.

l Ainda se pode dizer, entretanto, que esses estudoseram principalmente de naturezas paleontológicajgeomorfológica ou pré-histórica, e raramente eramenfocados sob um ponto de vista mais interdisciplinarjEntre as pesquisas do Quaternário de naturezapaleontológica, apareceram alguns estudosmicrofaunísticos e mieroflorísticos, mas não há dúvida

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Quaternário do Brasil

de que um dos expoentes em estudos paleontológicosdo Quaternário foi Couto, que versou sobre apaleofaunade vertebrados mamíferos (Couto, 1979).

Os estudos geomorfológicos sob o ponto de vistado Quaternário foram desenvolvidos prineipalmente porpesquisadores de Geografia Físiea. Eles receberamfortíssima influência da escola francesa, principalmenteatravés de J. Tricart, da Universidade de Estrasburgo(França). Entre os vários pesquisadores dessa linha depesquisa, destncam-se João José Bigarella e Aziz N.AVSaber. As pesquisas pré-históricas tiveram comopalco os sítios arqueológicos situados no interior docontinente e nas planícies costeiras. Nesse particular,têm-se os sambaquis: Paulo Duarte deve ser citado comoincansável batalhador pela preservação desse importantepatrimónio cultural.\, os estudos doQuaternário executados sob o ponto de vistainterdisciplinar, que é uma das peculiaridades maismarcantes desses estudos, são incomuns na literaturacientifica brasileira, mesmo na segunda fase.

c) Terceira fase (de 1971 até hoje)Em 1971, foi realizado o Primeiro Simpósio do

Quaternário no Brasil, juntamente com o XXVCongresso da Sociedade Brasileira de Geologia (SBG)que, sem dúvida, representou um marco importante.Na ocasião, foi também criada a Comissão Técnico-Científlca do Quaternário no âmbito da SBG, que foiextinta no segundo semestre de 19S4, com a fundaçãoda ABEQUA (Associação Brasileira de Estudos doQuaternário). Através da Comissão Téenico-Científicado Quaternário da SBG, ocorreram mais três simpósiosespecíficos, terminando com o IV Simpósio, realizadoem 1981, no Rio de Janeiro. Com a criação da ABEQUA,afiliada à SBG, que conta com mais de duas centenasde sócios, já foram realizados oito congressos.

Outro fato marcante que ocorreu no inicio dadécada de 1970 foi a realização de convénios daPetrobrás (Petróleo Brasileiro S/A), através do CEMPES(Centro de Pesquisas), eom algumas universidades, pararealizar estudos interdisciplinares do Quaternário emalguns deltas brasileiros. Foram estudados os deltas doRio Doce (ES) e do Rio Paraíba do Sul (RJ), além daPlanície Costeira de Jacarepaguá (RJ).

Nessa fase, o Brasil tornou-se também afiliado à.TNQU/í(In/emational Union for QualernmyResearch),continuando até hoje. Além dos eventos supracitados,foram organizadas reuniões internacionais (em 1975,International Symposium on the Quaternmy, em 1978,International Symposium on Coastal Evohition in lheQualernary; em 1986, International Symposium onCoastal EvolutionandQiiaternaiyShorelmes;sml9S9,

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International Symposium on Global Changes in SouthAmerica During the Qnaternaiy; e, finalmente, em 1995,a Regional Conference on Global Changé), todasocorridas em São Paulo, excetuando-se a realizada em1975. Nessa fase, o Brasil participou como membroativo de vários projetos internacionais (61, 200, 201,237 e 376) do IGCP (International GeologicalCorrelation Programmé), ligado á lUGS (InternationalUnion of Geological Sciences} e à UNESCO, do ProjetoLOICZ (Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone)do IGBP (International Geosphere-BiosphereProsramme) e da INQUA (Commission on Shorelines),todos de interesse para os estudos do Quaternário. Deve-se registrar que muitos desses eventos e projetoscontaram com importantes participações de váriospesquisadores da antiga ORSTOM (Office de IaRecherche Scientiflqiie et Téchnique Outre-Mer), atualIRD (Institui de Recherche pour lê Développement),destacando-se, entre eles, o Dr. Louis Martin.

Portanto, pode-se dizer que as pesquisasrealizadas sobre o Quaternário no Brasil não somentetornaram-se mais numerosas, mas melhoraram emqualidade nas últimas três décadas. Esse fato é muitoimportante, pois os conhecimentos assim adquiridospoderão subsidiar apropriadamente o desenvolvimentosustentável do nosso país.

3.4.2. Instituições e grupos de pesquisaAtualmente, não há dúvida de que os professores

e os estudantes de pós-graduação, ligados não somenteaos cursos de Biologia e Geografia, mas também a váriasoutras áreas, têm feito estudos do Quaternário. Entreoutras áreas, tem-se: Agronomia, Ecologia, EngenhariaFlorestal, Oceanografia e mesmo Química e Física (quetêm contribuído com numerosos artigos científicos,dissertações de mestrado e teses de doutorado, ao ladoda Geologia e Geografia Físiea).

Diversas universidades (Universidade Estadualde Maringá, Universidade Estadual Paulista, UniversidadeEstadual do Rio de Janeiro, Universidade Federal daBahia, Universidade Federal do Ceará, UniversidadeFederal Fluminense, Universidade Federal dePernambuco, Universidade Federal do Rio Grande doSul, Universidade Federal do Rio de Janeiro,Universidade Federal do Paraná, UniversidadeGuarulhos, Universidade de São Paulo etc.) contam eomum ou mais centros, laboratórios ou núcleos ligados aalguns estudos do Quaternário.

Além disso, até algumas instituições não-universitárias, frequentemente ligadas às secretariasestaduais do meio ambiente, como o InstitutoGeológico (São Paulo) e a CPRM (Serviço Geológico

1. Introdução

do Brasil), interessam-se pelos estudos doQuaternário, em função da sua grande potencialidadede aplicação prática, principalmente nas questõesambientais.

lUEFERÊNCIAS.Almeida, F.F.M. 1969. Diferenciação tectônica daPlataforma

Brasileira. In: Congresso Brasileiro de Geologia, 23,Salvador. Anais... p.29-46.

Almeida, F.F.M. 1971. Geoehronological division of thePrecambrian of South América. Revista Brasileira deGeociSncias, v.l, p.13-21.

Asmus.H.E. & Ponte, F.C. 1973. Brazilian marginal basins.In: Nair, A.E.M. & Stehli, F.G (Eds.). The ocean basinsandmargins. Nova York: Plenum.p.87-133.

Branner, J.C. 1904. The stonereefsofBrazil,theirgeologicaland geographical relations. Bulletln ofthe Museitm ofComparative Zoology, Geological Series, v. 44, p. 207-275.

Campy, M. & Chaline, J. 1987. Lê Quaternaire, un conceptdépassé? Une etiquette perimée? Ou une périodeprivilegiée? "Un problème d'aetualitée". Striolae(INQUANewsletler), v.S, p.7-12.

Clapperton, C. 1993. Quaternary geology andgeomorphology of South America. Amsterdam :Elsevier.779p.

Couto, C.P. 1979. Tratado de paleomastozoologia. Rio de

Janeiro: Academia Brasileira de Ciências. 590p.Desnoyers, J. 1829. Observations sur un ensemble de

dépôts marins plus récent que lê terrain tertiaire dubassin de Ia Seine, etpouvant constituer une formationgéologique distincte, precédée d'un aperçu sur Ia non-simultaneité dês bassins tertiaires. Annales dêsSciencesNaturelles,v.l6,p.ni-2l4e402-49l.

Heusser, C.J. 19S4. Late Glacial-Holocene climate of LakeDistrict of Chile. QtiatemaiyResearch,v.22,p.n-9Q.

Markgraf, V. 1989. Palaeoclimates in Central and SouthAmerica sincelS.OOOyearsBPbasedonpollenand lakelevei records. Quaternary Science Reviews, v.S, p. 1-24.

Mendes, J.C. & Petri, S. 1971. Geologia do Brasil. In:Enciclopédia Brasileira. Rio de Janeiro : InstitutoNacional do Livro (MEC), v.9,207p.

Salgado-Labouriau, M.L. 1984. Late Quaternarypalynological studies in the Venezuelan Andes.Erdwissenschaft Forschung, v.28, p.279-293.

Suguio, K. 1999. Geologia do Quaternário: mudançasambientais (passado + presente = futuro?). São Paulo: Paulo's Editora. 366p.

Van derHammen, T. 1973. The Quaternary of Colômbia:introduetion to a researeh project and a series ofpublications. Palaeogeography, Palaeoclimatology,Palaeoecology, v.14, p.1-7.

Van derHammen, T. 1991. Palaeoecologyoftheneotropics:an overvievv ofthe state of affairs. Boletim IG-USP,Publicação Especial, v.S, p.35-55.

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Quaternário do Brasil

Capítulo 2

VARIABILIDADE E MUDANÇASCLIMÁTICAS NO BRASIL E SEUS

IMPACTOS REGIONAISJoão Lima SanfAnnaNeto

Jonas Teixeira Nery

.RESUMO. Este capítulo apresenta elementos para a discussão da variabilidade e das mudanças climáticas ocorridas noQuaternário, no Brasil. Para tanto, analisamos o papel da dinâmica atmosférica dentro do sistema climático. Os problemase as limitações (presentes no meio académico) sobre a questão das mudanças climáticas também são tratados nestecapítulo, uma vez que ele discorre sobre assunto extremamente polémico. Apresenta-se uma breve síntese da evoluçãodos climas pretéritos, principalmente do período Quaternário, com ênfase nos últimos séeulos, na perspectiva de secompreender o ritmo climático de longa duração. Na sequência, analisa-se o sistema climático brasileiro, enfocando asdiferenciações regionais e alguns aspectos dinâmicos da circulação, que explieam as diferentes variabilidades sazonaisanuais e interanuais dos climas regionais. Apesar das limitações atuais, os modelos que tem sido desenvolvidos nosdiferentes centros de pesquisas são importantes ferramentas para se entender a génese da variabilidade e a previsãoclimáticaemmacroemesoescala. ,Palavras-chave: Variabilidade climática; Mudança climática; Modelos climáticos.

ABSTRACT. This chapter presents elements for the discussion of the variability and olimatic changes happened in theQuaternary, in Brazil. We analyzed the role of the atmospheric dynamics into the Climatic System. Problems and thecurrent limitations on the subject of climatic changes are also approached in this chapter, once this is an extremelycontroversial matter. We present a synthesis of the evolution of the past elimates, mainly of the Quaternary period,emphasizing the last centuries, in order to understand the climatic rliythm of long duration. We analyze the Brazilianclimatic system, focusing the regional differences and some dynamic aspects of the atmospheric circulation that explainthe seasonal, annual and interannual variabilities of the regional olimates. In spite of the current limitations, the modelsthat have been devéloped inthe differentresearch centers are important tools to understand the origin of lhe variabilityand the climatic forecast in large and meso scales.Kcy-words: Climaticvariability; Climatechange; Climatic models.

1. INTRODUÇÃOA atmosfera terrestre é um dos domínios mais

importantes da natureza, pois sustenta a vida no planetae garante o suprimento de água e calor necessários paraa manutenção da biodiversidade nos diversos ambientesnaturais. Nessa esfera gasosa, urna complexacombinação de elementos e fatores meteorológicos,geográficos e astronómicos forma os mais variadostipos de climas do globo. Em cada parte do planeta, hádiferentes manifestações dos climas, interferindo na,maneira pela qual as sociedades se relacionam com essefenómeno e obtêm os seus mais variados tipos deprodutos (SanfAnna Neto & Zavatini, 2000).

Pode-se considerar a atmosfera e os climasterrestres como resultado.das forças que agem sobre oglobo, tanto provenientes do Sol (através da energiasolar) quanto originadas no interior da Terra (a partir

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da energia geotérmica). Portanto, os climas resultam,entre outros fatores, da combinação dessas duasgrandes fontes energéticas. Qualquer alteração ocorridaem uma dessas fontes primárias afeta profundamenteos climas da Terra, a exemplo das atividades vulcânicasou da variação do número de manchas solares. Alémdisso, o homem, cada vez mais, interfere na superfícieterrestre e a transforma (principalmente a partir daRevolução Industrial, com a evolução das técnicas e doconhecimento científico, que têm propiciado as maisespetaculares alterações no espaço geográfico),tornando-se urn dos principais agentes modificadoresdo ambiente natural. Dessa forma, o homem também éresponsável pelas mudanças dos climas, se não emescala global, pelo menos em escala local (Monteiro,1999).

As mudanças climáticas globais representam

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

uma das grandes preocupações atuais da humanidadeem relação aos destinos de nosso planeta. Trata-se,também, de uma das questões mais polémicas, pois,apesar dos grandes avanços técnicos alcançados pelohomem, os cientistas ainda não conseguiram chegar auma conclusão definitiva quanto ao papel desempenhadopor cada um dos principais fatores responsáveis pelasalterações globais e como eles interferem no climaterrestre.

Desde a formação do planeta e da constituiçãoda atmosfera terrestre, o clima tem sofrido alteraçõesatravés das eras geológicas. Sabe-se que, em erasremotas, o clima não foi sempre idêntico e que suasoscilações possibilitaram tanto o surpreendentedesenvolvimento da vida no planeta, quanto desastres ecatástrofes, como a extinção dos dinossauros e asgrandes glaciações. Apesar disso, o homem ainda ficaperplexo diante da repercussão que os elementos doclima exercem sobre a sua vida.

Como" o clima é muito dinâmico, torna-senecessária a observação, por um longo período detempo, de seus principais elementos, para verificar seas variações de seu comportamento são realmentepermanentes (e, portanto, fatores de mudança climática),ou se são ciclos periódicos que tendem a se repetir detempos em tempos, tratando-se apenas de oscilaçõesdo clima.

O fato é que o clima está em constante epermanente transformação, assim como todos osdemais sistemas da natureza. Entretanto, deve-sedistinguiras mudanças climáticas que ocorrem na escalageológica do tempo (em milhares ou milhões de anos)daquelas de curta duração, que ocorrem em um períodode tempo perceptível na escala humana (em anos,décadas ou séculos).

Na região Nordeste do Brasil, por exemplo, adiminuição das chuvas, além de provocar enormesperdas na agropecuária, assume importante papel no

. êxodo rural das populações menos privilegiadas que,obrigadas a migrar para outras partes do país, provocamsérios problemas sociais e económicos. As grandesnevascas, apesar de comuns nos países do HemisférioNorte, vêm, a cada década, superando os recordes detemperaturas mínimas, alcançando inimagináveis -51°Cno norte dos Estados Unidos. Por outro lado, verõessurpreendentemente quentes e secos assolam o sul daEuropa: em países como a Espanha e a Grécia, atingemtemperaturas superiores a 45°C. Nas grandes cidades,a poluição atmosférica, as inversões térmicas e as ilhasde calor, como será visto mais adiante, causam enormestranstornos e afetam a saúde, o conforto ambiental e aqualidade de vida de seus habitantes (SanfAnna Neto,

2002).Muitas questões ainda permanecem sem

respostas conclusivas. As mudanças do clima, afinal,são causadas apenas por fatores que ocorrem em nossopróprio planeta ou são derivadas dos acontecimentosprovenientes do Sol? As grandes transformações dapaisagem natural, realizadas pelo homemprineipalmentea partir da Revolução Industrial (devastação dasflorestas, poluição urbana e emissão de gasesdestruidores da camada de ozônio, entre outras), jápodem ser consideradas como agentes de mudançasclimáticas? O aquecimento global é uma realidade ou éapenas parte de um ciclo natural de longa duração, ouseja, uma probabilidade estatística sem maioresconsequências?

Se fossem verdadeiras essas hipóteses, oaumento de temperatura do planeta seria responsávelpela elevação do nível das águas oceânicas, por causado degelo das calotas polares, que inundaria enormesextensões de áreas costeiras. O problema é que muitosaspectos a serem considerados ainda dependem deestudos mais aprofundados, como o ciclo das manchassolares, o efeito das erupções vulcânicas, as alteraçõesdo campo magnético e o ângulo da órbita terrestre, alémda intervenção humana no ambiente natural. Não hádúvida de que todos esses fatores têm papel importantena variabilidade do clima terrestre. A combinação desseselementos, entretanto, pode afetá-lo de maneira quedestrua seu frágil equilíbrio (Calder, 1983).

O dióxido de carbono presente na atmosferaproduz o conhecido efeito estufa."Â radiação solar podeatravessá-lo e, dessa forma, servir parcialmente paraaquecer a superfície da Terra. Por outro lado, a radiaçãoemitida pela Terra tem uma longitude de onda maiorque a longitude absorvida pelo dióxido de carbono e,assim, o calor fica retido, ao invés de se difundir noespaço. A partir dessas considerações, pode-se deduzirque um aumento de diõxido de carbono pode provocarmais calor na atmosfera e, portanto, um aumento datemperaluramédia do ar. Alguns cálculos indicaram que,ao se multiplicar por dois a quantidade de dióxido decarbono existente na atmosfera, a temperatura globalda Terra aumentaria entre 3 e 4°C (IPCC, 1995).

A Figura 2.1 ilustra a variação da temperaturapara o planeta durante mais de 'cem anos. Apesar doaumento do dióxido de carbono devido ao aumento daindustrialização e da combustão do petróleo e outroscombustíveis, a tendência da temperatura se inverteu.Isto indica que há outros fatores que intervêm nofenómeno, além do dióxido de carbono.

Existe um grande número- de partículas sólidasque se difundem na atmosfera, como consequência de

29

Quaternário do Brasil

Mudanças na temperatura média global de superfície15,68-C

1880 1870 1H80 1890 1900 1910 1920 1920 1040 1950 1980 1970 1880 1890

J Desvio positivo (em'C] | Desvio negativo (em'C) A r c a d i i

Figura 2.1. Registro histórico das mudanças na temperatura média anual (Fonte: IPCC, 1995).

m, H,«J'C

2000

©

L

atividades naturais e artificiais. Essas partículas reduzema radiação solar que chega à superfície da Terra, o quepode diminuir os efeitos de aquecimento produzidospelo dióxido de carbono. Entretanto, as recentestendências climáticas têm obrigado os climatólogos areconhecer que as mudanças e flutuações do climasempre estão ocorrendo.

Não existe prova que nos assegure que o modeloglobal do clima está sendo submetido a uma mudançarápida, permanente e irreversível, ou que os últimosacontecimentos ocorridos (secas, inundações etc.)sejam anormais e estejam fora das expectativas baseadasnas variações ocorridas no registro histórico dos últimosanos. Poder-se-ia dizer que as mudanças e as flutuaçõesdo clima seguirão, durante o próximo século, na mesmamagnitude (frequência e variabilidade) dos últimosséculos (IPCC, 1995). Sobre essa base, é poucoprovável que o século XXI seja, na média, mais quentedo que o começo da Idade Média. Nesse período, háevidências históricas sobre as temperaturas médiasanuais de, pelo menos, um grau centígrado superior àsatuais. Também é improvável que o século XXI seja,em média, mais frio do que a Pequena Idade do Gelo,que ocorreu entre 1550 e 1850, com temperaturasanuais médias menores (entre l e 1,5°C). Comoconsequência desse declínio de temperatura, em regiõesmarginais do mundo, os períodos de cultivo diminuíramem algumas semanas (IPCC, 1955).

Existem outros gases na atmosfera que atuamcomo o C02, produzindo o efeito estufa. As mudançasna superfície do solo, como a poeira proveniente deatividades agrícolas e industriais, podem influir sobre oclima, chegando a modificá-lo. Entretanto, o resultadofinal do aumento global da temperatura média da Terradependerá das mudanças associadas com o C02 eoutros gases superpostos. Se a tendência natural na

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variação da temperatura se opõe aos efeitos deaquecimento por um aumento de C02 atmosférico, amudança na temperatura do ar dependerá da magnitudedos efeitos contrapostos.

Alguns cientistas (IPCC, 1995; Houghton et ai,1990) têm especulado sobre os resultados de possíveismudanças climáticas nos próximos cem anos. Suasestimativas indicam que essas futuras mudanças seproduziriam como consequência de um aumento natemperatura do ar. Esse incremento ocorreria emlatitudes altas (próximas aos pólos). As mudanças natemperatura seriam uniformes regionalmente e haveriadiferenças marcadas em áreas continentais e oceânicas.Esses aquecimentos desiguais poderiam afetar aevaporação, o regime de chuva, a distribuição temporale espacial das tormentas. Em algumas regiões do mundo,as mudanças poderiam provocar aumento deprecipitação e, em outras, diretamente uma diminuiçãodessa variável. Isso poderia afetar os recursos naturaisdessas regiões (mudanças na disponibilidade de água,colheitas, ecossistemas naturais etc.). Umaconsequência do aumento de temperatura média nasregiões polares poderia ser o aumento da fusão do gelo,com uma consequente elevação do nível relativo do mare seus problemas associados.

Mesmo assim, segundo Bryant (1997), éimportante lembrar que o que se considera como climanormal para o planeta são as condições glaciais quetêm persistido durante os últimos milhões de anos.Entretanto, o clima da Terra nos últimos 10.000 anos,quando emergiu o género humano, é notavelmenteanormal, pois se caracteriza pelas condições interglaciais,ou seja, por pequenos períodos ligeiramente maisquentes. Assim, vivencia-se uma fase que pode serconsiderada como de exceção, visto que os períodosglaciais, mais frios, são a regra geral. Por esses e outros

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

motivos, o nosso planeta tanto pode estar prestes aconhecer um forte aquecimento global, como estar naiminência de uma nova era.glacial.

2. CLIMAS DO PASSADOPouco se conhece sobre o clima terrestre do Pré-

Cambriano (Bryant, 1997; Calder, 1983), ou seja, dosacontecimentos desde a origem do planeta, entre 4.600Ma até cerca de 570 Ma, quando se inicia o Paleozóico.Sabe-se apenas que a atmosfera primitiva formou-seem consequência do esfriamento e da consolidação doplaneta. Presume-se que a temperatura do arcaracterística desse período de formação da Terradeveria ser altíssima. A atmosfera primitiva eraprovavelmente muito diferente da atual: pobre emoxigénio e abundante em hidrogénio e hélio (Salgado-Labouriau, 1994). Em algum momento do Pré-Cambriano, a temperatura permitiu a passagem do vaporde água para a forma líquida. Assim, parte do vapor deágua começou a se condensar e se acumular nas partesmais baixas da superfície, iniciando a formação doslagos e mares e desencadeando o ciclo da água.

A atmosfera passou a ser semelhante à atualapenas na era Paleozóica (570-250 Ma), possibilitandoenorme desenvolvimento da vida no planeta, mesmoconsiderada a ocorrência de duas expressivasglaciações, no início do Cambriano (há 500 milhões deanos) e no final do Permiano (250 Ma).

A hipótese mais aceita sobre as glaciaçõespaleozóicas é que elas ocorreram em intervalos de 250Ma, que coincidem com o tempo gasto pelo Sol em suaviagem quase-circular em torno da Via Láctea. Duranteo período Quaternário (1.8 Ma ao recente), no entanto,os registros indicam pelo menos dezasseis glaciações,com duração média de 100.000 anos, intercaladas comépocas mais quentes (os interglaciais), com duraçãoaproximada de 20.000 anos (Salgado-Labouriau, 1994).Esses intervalos parecem estar relacionados às variáveisde Milankovitch..

Não foi possível, até o momento, encontrarevidências geológicas de todas as glaciações, pois muitasvezes uma glaciação se sobrepõe à outra, tornando oseu reconhecimento bastante difícil. Entretanto, segundoBryant (1997), tem sido aceita a hipótese de que essasverdadeiras idades de gelo apresentam intervalos de

• cerca de 100.000 anos, com ciclos menores de 40.000e 20.000 anos. Dessa forma, as cinco grandes glaciaçõesconhecidas e detectadas no período Quaternário estãodemonstradas na Tabela 2.1.

Vários fatores influem no processo deaparecimento e manutenção de um período glacial.Apesar de algumas controvérsias entre os cientistas,

Tabela 2.1. Glaciaçõ"es quaternárias (Fonte: Salgado-Labouriau, 1994).

Nome PeríodoEuropaDonauGunzMindelRissWúrra

EGA. (em milhares de anos)1.600

Nebraskan 600-500Kansan 480-440Illinoian 230-190Wisconsin 115-12

tudo indica que as mudanças do relevo e da topografia,causadas pela deriva continental, alteram os tiposclimáticos e a circulação das águas oceânicas, e podemafetar a distribuição de temperatura no planeta. Alémdeste, outro fator parece ser muito importante: amudança de radiação, resultante da entrada de meteorosna atmosfera terrestre. Suas partículas, aglomeradasem uma camada espessa, dificultam a penetração dosraios solares, provocando a diminuição da temperatura.

De acordo com Lamb (1972), a atividadevulcânica, pelos mesmos motivos citados, altera obalanço de energia pela grande concentração de cinzaslançadas para a atmosfera, dando inicio a um processode diminuição da transferência de calor para a superfície.O ciclo solar também parece influir nas alteraçõestérmicas e no balanço de energia que podem iniciar umciclo glacial. Desde Galileu, observou-se que aquantidade de energia emitida pelo Sol não é constante.As manchas solares e as gigantescas proeminências(labaredas).parecem obedecer a ujn ciclo de cerca de11 anos, quando aumenta a atividade solar (Biyant,1997).

As explicações apresentadas pelo que seconvencionou denominar Teoria de Milankovitch,entretanto, segundo Salgado-Labouriau (1994), parecemser as mais aceitas para explicar tanto a origem dasglaciações quanto as mudanças climáticas de origemnatural. Essa teoria sugere que fatores ligados aosmovimentos orbitais da Terra, como as alterações dadistância da Terra em relação ao Sol, a obliquidade daelíptica e a geometria da órbita terrestre em torno doSol, são os principais causadores das mudançasclimáticas, inclusive da origem das glaciações.

Geólogos e paleontólogos conseguem datar osacontecimentos ao longo do tempo geológico do planetaa partir da medição da idade dos fósseis e pela análisedas características geoquímicas e geofísicas das rochase minerais. Pode-se obter, com certa precisão, oconhecimento de cerca de 87% da história da Terra.Na Tabela 2.2, pode-se ter uma ideia das principaiscaracterísticas dos climas em cada uma dessas unidadescronológicas. Apesar da importância da compreensão

31

Quaternário do Brasil

Tabela 2.2. Climas nas eras geológicas (Fontes: Salgado-Labouriau, 1994, adaptado; Calder, 1983).

Era Período Época Idade (10J anos) Clima

Cenozóica

Mesozóica

Paleozóica

Protcrozóica

Arqueano

Quaternário

Terciário

Cretáceo

Jurássico

Triássico

Permiano

Carbonífero

Devoniano

Siluriano

Ordoviciano

Cambriano

NeoMesoPaleo

HolocenoPleistoceno

PlioeenoMiocenoOligoceno

EocenoPaleocenoSuperiorInferiorSuperiorMédioInferiorSuperiorMédioInferiorSuperiorInferiorSuperiorInferiorSuperiorMédioInferiorSuperiorInferiorSuperiorInferiorSuperiorInferiorSuperiorMédioInferior

101.600530023.00036.50053.00065.00095.000135.000152.000180.000205.000230.000240.000250.000260.000290.000325.000355.000375.000390.000410.000428.000438.000455.000510.000525.000570.0001.000.0001.600.0002.500.0004.600.000

Interglacial - calor eumidadegrande glaciaçãoTemperatura em forte declínioTemperatura amena e sub úmidoAridez e pequena glaciaçãoTemperaturas elevadasClima quente e sub úmidoAumento da temperaturaPequena Rlaciação - clima frioTemperatura amena e umidade baixaChuvas abundantesClima quente eúmidoClima quente e desérticoAumento da temperatura e umidadeClima glacial e secoGrande glaciaçãoClima frio e secoQueda da temperatura e umidadeEstação única, quente e úmidaAumento da umidade com chuvasClima desértico eom ventos fortesRessecamento e aridezQuente eúmidoUmidade e chuvas abundantesGrande aquecimento térmicoGlaciaçãoTemperatura em declínioFormação da camada de ozônioMuito quente, úmido e nubladoDias curtos e fortes tempestadesAtmosfera primitivaFormação do planeta

dos climas do passado remoto (paleoolimas), as suasvariações são muito lentas, quase imperceptíveis naescala humana. Por esse fato, é dada maior relevânciaao período Quaternário, ou seja, aos acontecimentosdo último milhão de anos, quando do aparecimento dosancestrais mais antigos do homem.

2.1. Clima do QuaternárioO Holoceno é a época mais recente do período

Quaternário e teve início ao final da última grandeglaciação (Wiirm), há cerca de 10.000 anos. Trata-sedo período em que se reconhece o aparecimento dohomem moderno s o desenvolvimento das primeirascivilizações. As grandes alterações climáticas ocorridasnesse intervalo caracterizam-se pelo início de uma faseinterglacial em nosso planeta (Suguio, 1999). Essa fasedura até hoje e deve terminar em algum momento nospróximos 1.000 anos. Assim, toda a história dahumanidade até a presente data aconteceu numa época

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mais quente, também denominada interglacial, mesmoque pequenos avanços e recuos de fases mais friastenham interferido nos climas terrestres (Calder, 1983).

Admite-se que o último grande período glacialtenha terminado há aproximadamente 18.000 anos A.P.(antes do presente), ocasionado por fatores de ordemorbital, ou seja, por alterações nos movimentos descritos

• pela Terra no espaço. Entre 20.000 e 14.000 anos A.P.teve início o grande retrocesso das geleiras em direçãoaos pólos. Entretanto, o norte da América e da Eurásiaainda permaneceu com climas glaciais — com médiasanuais entre S e 10° negativos.

Segundo Bryant (1997), esse lento recuo dasgeleiras foi acompanhado do aquecimento de todo oplaneta, de tal modo que os climas glaciais da porçãosetentrional do Hemisfério Norte foram amenizados,porém ressecados. Por volta de 8.000 a 7.000 a.C., oretomo das chuvas, agora mais torrenciais, umedeceue tomou mais frescos os climas continentais, sobretudo

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

na América do Norte. Os climas da zona intertropicalcaracterizavam-se pela secura e pela presença de fortesventos. Os invernos eram mais rigorosos e os verõesmuito mais quentes do que os da atualidade.

Entre 5.600 e 2.500 a.C., parece ter ocorrido operíodo mais quente do interglacial. Essa fase éconhecida como o "ótimo climático", quando a Terraestava, em. média, 2 a 3°C mais quente do que nos diasatuais. A Europa conheceu, então, um clima muito maisameno e invernos mais suaves, que proporcionaram odesenvolvimento de extensas florestas. No HemisférioSul, um clima mais seco provocou a extinção de todo ogelo continental, à exceção das altas montanhas. O níveldo mar estava, no Hemisfério Norte, cerca de 5 a 10 macima do nível atual, devido ao derretimento dos glaciais(Bryant, 1997; Calder, 1983).

Na Idade do Ferro (entre 2.500 e 2.000 a.C.),ocorreu a época mais fria do interglacial. O norte daEuropa vivia um retorno às condições mais rudes doclima, com fortes tempestades que foram responsáveis,inclusive, pelo desaparecimento das grandes florestas.No norte da África e na Ásia Menor, um clima maisameno e muito chuvoso favoreceu o desenvolvimentodas grandes civilizações da Antiguidade.

O segundo "ótimo climático" ocorreu entre 200e 1.000 d.C., quando as condições mais favoráveis doclima no Hemisfério Norte permitiram o povoamentoda Groelândia pelos Vikings. Naquele período, seuspequenos barcos atravessavam mares, agora fechadospelo gelo. Enquanto no norte da Europa o aquecimentodo clima trouxe muitas vantagens para o assentamentohumano, na região do Mediterrâneo, o aumento datemperatura provocou enorme deficiência hídrica, comdiminuição das chuvas. É bastante provável que istotenha contribuído para a decadência do ImpérioRomano, em curso nesse período (Serra, 1955).

Uma época de severidade climática, como sefosse um retorno aos padrões climáticos glaciais, iniciou-se a partir do século XI. As temperaturas regrediramviolentamente, enquanto pesadas chuvas assolavam amaior parte do Hemisfério Norte. O gelo polar voltavaa avançar e os mares tempestuosos isolaram asprósperas colónias na Islândia e na Groelândia. Aspopulações dessas ilhas foram exterminadas ao final doséculo XV, quando os navios nórdicos não maisconseguiam chegar, tantos eram os icebergs.

Após um pequeno período mais ameno, o friovoltou e, desde então, o planeta passou a experimentaruma pequena época glacial, que é uma dura volta àscondições mais nides do clima. O' lento resfriamentoteve seu ponto mais crítico entre os séculos XVI e XK(de 1550 a 1850), principalmente no Hemisfério Norte.

Durante esses três séculos, a Europa vivenciou o períodomais frio e rigoroso de que se tem notícia, desde simocupação pelo homem (Ladurie, 1991). A temperaturaera então cerca de 2 a 3°C mais baixa do que hoje e aneve, um fenómeno muito mais constante. Desde então,a temperatura do globo vem subindo rapidamente,provocando muitas especulações sobre a sua génese esua extensão. O aquecimento verificado nos últimos100 anos não pode ser analisado sem o conhecimentohistórico da evolução do clima. Se, de um lado, pareceevidente que, na escala geológica, o planeta caminhapara um novo período glacial em, no máximo, 1.000anos, por outro, esse aumento da temperatura globaltanto pode ser um dos já conhecidos recuos dascondições glaciais do passado, como pode ter a fortecolaboração da ação devastadora da sociedade humanano ambiente terrestre (IPCC, 1995).

2.2. A Pequena Idade do GeloConsiderado o período mais frio dos últimos

1,000 anos, a Pequena Idade do Gelo durou cerca detrês séculos (1550 a 1850). Como não havia ainda dadosmeteorológicos registrados antes de 1840, asinformações sobre as condições climáticas reinantesnessa época puderam ser obtidas a partir de registroshistóricos, crónicas e obras de arte, principalmente daEuropa. São inúmeros os registros que nos mostrampaisagens muito mais frias e nevadas, cinzentas eúmidas, do que as que hoje se conhece. Durante esseperíodo, eram comuns as "férias de gelo" na Inglaterra,quando o Rio Tamisa, que cortada cidade de Londres,permanecia meses com suas águas congeladas. A últimavez que isso ocorreu foi em 1814.

Outro dado esclarecedor refere-se aosdocumentos da produção e das safras vinícolas naFrança desde o ano de 1330. Segundo esses registros(Ladurie, 1991), até o século XVI, cultivavam-sevideiras numa extensa área que atingia cerca de 5° delatitude mais ao norte do que hoje. Esses documentosimpressionam pelos detalhes e pela acuidade, ao relataras condições climáticas em cada safra de uva. Atravésdeles, percebe-se como os invernos foramsucessivamente mais rigorosos, esfriando a cada décadae provocando o deslocamento da fronteira agrícolaparao sul, nas latitudes mais baixas, ao longo de 500 anos.O período de 16S5 a 1750 foi particularmente frio, cominvernos rigorosos em toda a Europa. Na França, essesfatos, aliados à queda das safras agrícolas, acentuarama miséria. Contabilizavam-se mais de 2 milhões defranceses miseráveis no final do século XVII. Em 1709,a temperatura alcançava -22°C em Paris, fato hojeinimaginável. Nessa época, as geleiras avançavam sobre

33

a Escandinávia e desciam pelos Alpes, fechandopassagens das rotas de comércio. No leste europeu,particularmente na Rússia, as nevaseas eram maisviolentas a cada inverno, tendo, em 1812, acentuado odesastre da invasão napoleônica, quando deteve amarcha dos exércitos franceses sobre Moscou, em umdos invernos mais rudes de que se teve notícia (Serra,1955). A partir de 1850, as geleiras iniciaram lento recuode volta para o Ártico, provocando melhoria significativado tempo em toda a Europa, elevando a temperatura epromovendo colheitas cada vez mais satisfatórias.

Nas últimas décadas, a neve desapareceu demuitas regiões onde até pouco tempo eram bastantefrequentes, como Londres e Paris. Nesses últimos 100anos, a temperatura se elevou mais de 2°C noHemisfério Norte. Seria apenas um pequeno recuo dosglaciais ou resultado da ação antrópica sobre o ambientepós-Revolução Industrial?

3. SISTEMA CLIMÁTICONossos conhecimentos dos mecanismos e das

causas das modificações do clima são inadequados parapermitirumaprevisão.Não está claro se são provocadospor mudanças internas na atmosfera e nos oceanos, oupor mudanças devido a fatores externos, tais como aradiação solar. O problema pode complicar-se aindamaisdevido à intervenção do homem. A atmosfera envolveos oceanos e os outros sistemas de água, as massas degelo do mundo, o solo e a vegetação, bem como ascaracterísticas geofísicas da Terra e sua relação com oSol. Essas entidades físicas podem ser convenientementeagrupadas em componentes e combinadas com asinterações que ligam os componentes entre si,denominadas Sistema Climático. Dessa forma, o SistemaClimático, segundo Manabe (1983), consiste em umsistema composto formado pelos seguintescomponentes físicos interativos: a atmosfera, ahidrosfera ou os oceanos, a criosfera, a litosfera e abiosfera. Cada um desses componentes temcaracterísticas físicas bastante diferentes e estão ligadosentre si por uma variedade muito grande de processosfísicos. Conforme a Figura 2.2, pode-se observaresquematicamente estes componentes ou subsistemas.Tais componentes ou subsistemas são sistemas abertos,com uma distribuição não uniforme de suas propriedadesnão intensivas (por exemplo, são politérmicos etc.).Entretanto, o Sistema Climático, como um todo, podeser considerado como um sistema que é fechado parao intercâmbio de matéria.

Excluída a atmosfera, os componentes restantessão menos variáveis em seu comportamento e, portanto,retardam a variabilidade da atmosfera. Processos de

retroalimentação, provenientes dos componentes maislentos (tais como oceanos e glaciais), podem iniciaroscilações dos períodos muito grandes nos componentesrnais rápidos, como a própria atmosfera. Isso conduzao que se denominam ciclos ou mudanças climáticas(Peixoto & Oort, 1984).

Evidências indiretas de climas passados sãoobtidas de materiais preservados nos componentes ousubsistemas do Sistema Climático. Os vestígiosobservados de interações ocorridas em outras épocas,entre os subsistemas mais lentos, como a atmosfera,permitem obter inferências climáticas do passado.

O Sistema Climático está submetido a fatoresexternos que condicionam seu comportamento global.Entre essas forças externas, deve-se considerar, comoum fatorprimário, a radiação solar. Ela fornece quase ototal de energia que move o Sistema Climático. Tambémdeve-se levar em conta a esferieidade da Terra, suarotação e suas características orbitais ao redor do Sol.Em consequência, o Sistema Climático está submetidoa duas fontes externas de energia: radiação solar egravidade (energia potencial). Dentro do sistemaclimático, a energia apresenta-se de diferentes formas,tais como calor, energia potencial, energia cinética,energia química e radiação de onda curta e onda longa(dentro desta última, encontra-se a radiação emitida pelaTerra). Pode-se considerar de menor importância aenergia elétrica e magnética - relevantes na altaatmosfera (Sellers, 1974).

A radiação de .onda curta distribui-sedesigualmente sobre os diferentes componentes doSistema Climático. Isto se deve à esferieidade da Terra,a seu movimento orbital e à inclinação de seu eixo. Asregiões intertropicais recebem e absorvem mais radiaçãoque as regiões polares. Ao se considerar a Terra comoum todo, as observações mostram que o SistemaClimático perde a mesma quantidade de energia (comoradiação de onda longa ou infravermelho) que a recebidapelo Sol, como radiação de onda curta. Entretanto, podeocorrer desequilíbrio em períodos curtos e longos, entrea energia recebida e a emitida pelo Sistema. A magnitudedesses desequilíbrios é pequena e atualmente não sãoperceptíveis com a utilização dos métodos de mediçãodisponíveis.

As observações mostram que a radiação emitidapela Terra decresce desde as regiões equatoriais até aspolares, numa forma pouco pronunciada. Isso contrastacom o decréscimo, do equador para os pólos, daabsorção da radiação solar pelo Sistema Climático,produzindo um desequilíbrio que conduz a um excessode energia nas regiões polares e de latitudes médias.Esses fatos são explicados pela diferença de temperatura

34

ESPAÇO EXTERIOR

RADIAÇÃO TERRESTRE

HaO, N2, Oa, CO2, 03 etc.AEROSSÓIS

ATMOSFERA

INTERAÇAO x CCRIOSFERA- l INTERAÇAO

MAR-ATWOSFERAj-DO VENTO ~~

EVAPORAÇÃO BIOMASSA

Mudança» naplataforma morlnhn,na salinidade ale.

Figura 2.2. Esquema dos componentes do Sistema Climático Terrest

entre o equador e os pólos. Na Figura 2.3, pode-seobservar a variação de energia absorvida e emitida peloSistema Climático, com suas correspondentesdiferenças, desde o equador até as regiões polares. Oexcesso de energia nas regiões equatoriais e asdeficiências nas polares constituem a distribuição dasfontes e surnidouros de energia, responsáveis pelamaiorja d.os processos termodinâmicos que ocorremdentro do Sistema Climático, que incluem o movimentocirculatório da atmosfera e dos oceanos (Sellers, 1974;Manabe &Hahn, 1981). Para se terumaidéia quantitativados valores do balanço energético, a Tabela 2.3 mostraas energias que intervêm nesse balanço.

Como épossível deduzir da Tabela2.3, o SistemaClimático não utiliza toda a energia solar que recebe(340 Wnr2), refletindo ao espaço exterior 36% (122Wnr2) e absorvendo os 64% (218 Wm'2) restantes. Osistema perde a mesma quantidade de energia na formade radiação infravermelha que a recebida na forma deenergia solar. Isto é observável na Tabela 2.3, quandose indica que 218 Wnr2 deixam o Sistema como energiana forma de radiação infravermelha.

Dos 64% da energia solar que são absorvidospelo Sistema, 18% ficam na atmosfera e os 46%restantes são absorvidos pelos oceanos e continentes.Parte desta última é usada para manter emfuncionamento o conhecido ciclo hidrológico, que requer21% dessa energia para produzir toda a evaporação que

ire e suas interações (Fonte: Manabe, 19S3).

ocorre nos oceanos, rios e lagos da Terra. Quando ovapor de água se condensa na atmosfera, há umaquecimento desta última pela energia no jogo doprocesso físico de condensação da água. Cerca de 25%são usados para aquecer a atmosfera diretamente, atravésdo fluxo de calor sensível na superfície da Terra emdireção à atmosfera. Os 20% restantes são empregadospara aquecer a superfície terrestre e, posteriormente,essa energia é perdida como radiação infravermelha. Asuperfície da Terra entrega 14% de radiaçãoinfravermelha à atmosfera e 6% se perdem no espaçoexterior.

O calor absorvido pela atmosfera é utilizado paragerar energia interna e energia potencial e somente 1%dessa soma de energia gerada se converte em energiacinética. Essa última mantém a circulação geral daatmosfera e dos oceanos compensando o atrito.

Se forem levados em conta os componentes do

Tabela 2.3. Distribuição de energia no Sistema Climátieo(Fonte: Sellers, 1974, adaptado).

Energia Wm3

Solar média incidente no topo da atmosfera 340Refletidapelo Sistema Climático 122Absorvida 218Infravermelha média emitida pelo Sistema Climático 218Efetiva irradiada pela atmosfera 152Bfetiva irradiada pela superfície terrestre 66

35

Quaternário do Brasil

Figura 2.3. Balanço de energia. As linhas representam valores médios para cada latitude (corte realizado entre o ToloNorte e o Pólo Sul). A linha contínua representa a energia solar que chega no topo da atmosfera; a linha tracejadarepresenta a energia solar média que o Sistema Climático absorve; a linha tracejada com pontos representa a radiaçãoinfravermelha emitida pelo Sistema Climático (Fonte: Sellers, 1974).

Sistema individualmente, o resultado será umresfriamento líquido da atmosfera e um aquecimentolíquido da Terra, como demonstrou Sellers (1974)(Tabela 2.4). Para a Terra tem-se um balanço positivo

(93 Wm"2) e, para a atmosfera, um balanço negativo (-93 Wnr2); o balanço global é, portanto, nulo. A análise

do balanço total de um determinado local aponta umexcedente em regiões equatoriais e latitudes médias edeficiências nas latitudes altas e nos pólos. A Figura2.4 mostra as regiões da Terra em que há excessos edeficiências entre aradiação solar absorvida e a radiação

infravermelha emitida pelo Sistema Climático.O clima da Terra, portanto, mantém-se

globalmente estável, com aquecimento contínuo nas

regiões tropicais e esfriamento nas zonas polares, com

transporte de calor desde as regiões com excessos(fontes) e regiões com deficiências energéticas(sumidouros). O resultado final é uma compensação

que se traduz, energeticamente, em um estado debalanço de energia. É importante assinalar que, quandose fala de um estado de balanço ou equilíbrio, faz-se

referência a períodos de tempo muito longos, nos quaiso clima da Terra é quase constante. Dentro dessas

condições, inclui-se uma variabilidade natural que se

Tabela 2.4. Balanço global de radiação para o sistema Ter-ra/Atmosfera (radiação em Wm'2) (Fonte: Sellers, 1974).

Sistema Absorvida Emitida Diferença

TerraAtmosfera

15959

66152

+93-93

observa em diferentes escalas de tempo.Com base nas escalas de tempo consideradas

anteriormente, o invólucro gasoso (as precipitaçõesatmosféricas) e o gelo que rodeiam a Terra comporãoo sistema climático interno; da mesma forma, o solo eo espaço exterior serão componentes do sistema externo

(ou forçante). Assim, as condições de contorno são asuperfície terrestre, o estado do Sol e a geometria orbitalda Terra e do Sol. Ao se produzirem mudanças

apreciáveis nessas condições de contorno, obviamentehaverá alterações do Sistema epoderão ser consideradas

as causas de mudanças climáticas que serãorepresentadas pelos modelos climáticos (modelos

numéricos).

3.1, Processos Físicos do ClimaOs tempos de resposta de cada um dos

componentes do Sistema Climático são o resultado dosprocessos dominantes. No caso da atmosfera e dosoceanos (com maior movimento no Sistema), incluem

a transferência de propriedades do fluido como impulso,temperatura e constituintes em dissolução ou suspensão.

A transferência realiza-se por movimentos organizados

de grande escala (advecção) e por movimentos

turbulentos de pequena escala (difusão), pelos vórtices

verticais como resultado da instabilidade hidrostática

(convecção), a emissão e absorção seletiva de radiaçãoe, no caso da atmosfera, por liberação de calor latente

que acompanha a condensação. A ocorrência desses

processos na atmosfera e nos oceanos é, por sua vez,

regulada pela dinâmica dos movimentos que são

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

N 801

OESTE 180 180 MO 120 100 SÓ BO .10 20 O 20 40 60 eO 100 120 140 160 MOLESTE

Figura 2.4. Distribuição global da radiação liquida (absorvida/emitida) no topo da atmosfera. As unidades são em Wm2

(Fonte: Peixoto & Oort, 1984).

característicos nestes componentes, tais como ascirculações convectivas termicamente diretas, as ondasinerciais e gravitacionais e as ondas planetárias. Essesmovimentos são respostas naturais do fluido à forçarepresentada por fontes e sumidouro de impulso e calor.

A amplitude dos movimentos está controlada peladistribuição de massa, impulso e temperatura e pelasdimensões e propriedades físicas do fluido. Essaspropriedades, junto com arotação da Terra, determinambasicamente se o clima está dominado por circulaçõesconvectivas (como as latitudes baixas) ou porperturbações baroclínicas transientes (como as latitudesmédias e altas). Dentro desse contexto, pode-seconsiderar que a combinação das propriedadesatmosféricas de grande escala, com as distribuições dosoceanos, fontes áe água doce, gelo marinho econtinental, topografia e vegetação, determinam o climaem 'escalas especificamente continentais e regionais(Sellers, 1974).

Os processos que atuam em vários componentesdo Sistema Climático podem ser considerados tambémcomo processos físicos responsáveis pela manutençãodo clima. Entre esses processos interativos ou deacoplamento, têm especial importância os que atuamentre a atmosfera e os oceanos. As camadas superioresdos oceanos absorvem a maior parte da radiação solarque chega à superfície da Terra e transferem à atmosferauma soma considerável dessa energia. O maiorintercâmbio entre a atmosfera e o oceano se manifesta

com a evaporação, que representa uma transferênciade calor latente dos oceanos para o ar (que é liberadoquando se produz a condensação). Uma transferênciasimilar de calor e umidade manifesta-se entre aatmosfera e as superfícies dos continentes, como umafunção das características do solo, da rugosidade e dacobertura vegetal. Existe também uma transferênciaentre a atmosfera e as superfícies cobertas de gelo eneve (Manabe & Hahn, 1981).

Outra transferência é a de impulso entre oscomponentes do Sistema devido às tensões turbulentasdo ar para o solo subjacente. No caso das superfíciescontinentais e das cobertas por gelo, o mecanismoassinalado é o mais importante para a dissipação deenergia cinética da atmosfera. No caso dos oceanos, oarraste devido à fricção é o verdadeiro motor queimpulsiona as correntes oceânicas de grande escala.

3.2. Clima ObservadoUma descrição do clima recente da Terra requer

dados provenientes de observações, tomados noscomponentes mais variáveis do Sistema Climático: aatmosfera e os oceanos. Atualmente, têm-se registrosde dados meteorológicos em que, para algumas regiõesdo planeta, superam 100 anos para as mediçõesrealizadas sobre a superfície da Terra (medições dechuvas, pressão, temperatura e ventos). Em relação aessas medições realizadas na atmosfera, as informaçõesdisponíveis são bem recentes.

37

Quaternário do Brasil

Com o fim da Segunda Guerra Mundial, iniciou-se no inundo a obtenção sistemática de dadosmeteorológicos de altura. Os principais aeroportos domundo lançaram radiossondas para aquisição deinformações meteorológicas e previsão do tempo. Nocomeço da década de 1950, o número de estações deradiossondagem distribuídas no mundo era de algumascentenas; no começo da década de 1980, esse númeroaumentou para até aproximadamente 2.000 estações deobservações. Entretanto, ainda existem extensas áreasoceânicas e continentais onde a informação éinsuficiente. Afortunadamente, nos dias atuais os dadosde radiossondagem são complementados porinformações obtidas através de satélites meteorológicos.

No começo da década de 1960, o rol de satélitesem meteorologia esteve limitado à obtenção defotografias da cobertura nebulosa da Terra. Esse tipode informação é sumamente valioso não só para aprevisão do tempo como para obtenção de informaçõessobre hidrologia, agricultura etc. Como exemplo, aFigura 2.5 mostra uma imagem fotográfica da metadedo globo terrestre, com seu estado do tempo, tal comofoi captada por um satélite meteorológico.

Na atualidade, a informação que provém dossatélites meteorológicos são muito mais do que fotosde nuvens. Obtêm-se dados sobre radiação, água na

Figura 2.5. Imagem infravermelha de Satélite do dia 16/0112003, satélite GÓES (Fonte: http://wmv.noaa.gov).

atmosfera e tensão do vento marinho e continental;determina-se a natureza e a concentração de aerossóis,tais como ácido sulfíirico proveniente de erupçõesvulcânicas e poeira atmosférica. Mediante técnicas deinversão nas diferentes bandas de absorção do dióxido

As díreções são mllibares-> DIreção dos ventos médios na superfície terrestre

Figura 2.6. Distribuição global da pressão atmosférica reduzida ao nível do mar (Fonte: Sellers, 1974).

38

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

de carbono e do vapor de água, obtêm-se perfis verticaisde temperatura e umidade do ar (Troup & Streten,1972).

As condições climáticas atuais, em váriosaspectos, são bem conhecidas e as configurações devariáveis meteorológicas, como precipitação,temperatura e pressão atmosférica para todo o planeta,têm sido convenientemente difundidas. Mapas (Figura2.6) relativos à distribuição de pressão atmosféricamédia do nível do mar, ou mesmo a precipitação,temperatura, evaporação e vento, são comuns nos textosdidáticos da escola de ensino médio. Ainda que muitasvezes não sejam tão conhecidos, os extremos climáticosformam parte dó nosso clima e merecem atençãoespecial nas pesquisas relativas ao clima. Figura 2.7.

Outros aspectos importantes do clima do nossoplaneta são as flutuações e variabilidades. Já foi ditoque as mudanças e flutuações do clima ocorremconstantemente. As variações manifestam-se atravésdas variações dos elementos climáticos, tais como luzdo sol, temperatura, nebulosidade, precipitação,evaporação, estado do solo e da superfície do mar, ventode superfície, observações atmosféricas de altura etc.As variações desses elementos são temporais e espaciaise a escala é determinada por fatores astronómicos,geográficos e dinâmicos. Hoje sabe-se que os elementosclimáticos apresentam uma instabilidade que écaracterística de uma dessas variações, observando-se, por exemplo, as mudanças diurnas, odesenvolvimento das tormentas, as variações sazonaisetc. Também existem variações especiais, associadascom a superfície continental e os oceanos e com ascadeias de montanhas.

Os fatores físicos que governam o clima são osmesmos que governam o tempo: luz, calor e umidade.A influência desses fatores físicos sobre o clima émedida em termos dos elementos climáticosanteriormente citados. Os dados relativos às flutuações

climáticas são obtidos de 9.000 estações sinóticas desuperfície, além dos dados de altura referidosanteriormente. A essas estações terrestres, somam-seoutros dados obtidos junto a 7.000 barcos mercantesque efetuam observações de superfície e 1.500 aviõescomerciais que enviam diariamente suas constatações.A utilidade imediata de todas essas observações é geraruma base para os estudos do clima e sua variabilidade.A pesquisa sobre os climas do passado necessitatambém de outro tipo de informação, como a análisedas circunferências dos troncos das árvores, dadistribuição das diversas variedades de pólens nossedimentos lacustres e da história dos glaciais.

4. SISTEMA CLIMÁTICO BRASILEIROPela posição geográfica que o território brasileiro

ocupa nas terras emersas do globo, estendendo-se desdea latitude de 5° Norte até cerca de 34° Sul e de 35° delongitude Leste até aproximadamente 72° Oeste, umavariada gama de climas regionais distribui-seespacialmente, de forma a caracterizar diferentesregimes termopluviométricos, predominantementetropicais.

Os climas do Brasil são, por zonas, mais oumenos uniformes; regionalmente, porém, multiplicam-se em variedades, em função do traçado litorâneo, dascotas de altitude, das linhas gerais do relevo e dosgrandes biomas. Do ponto de vista da climatologiadinâmica, o território brasileiro é controlado tanto pormassas de ar tropicais e equatoriais quanto por massaspolares. As massas de ar originam-se nos centros deação e desenvolvem-se adquirindo as características detemperatura e umidade das regiões por onde sedeslocam. A configuração do relevo (altimetria edisposição das vertentes) e a proximidade (ou distância)do mar influenciam nas propriedades das massas de ar,particularizando e definindo suas características (PBEG,1980). Cinco massas de ar e dois grandes sistemas

0

21

A(

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1967

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1968

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1870

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1971

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1972

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1973

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10

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70

Figura 2.7. Variações da área total de gelo e neve no Hemisfério Norte, desde abril de 1967 até agosto de 1973, obtidasa partir de imagens de satélites, segundo Van der Haar & Cart, 1973. Na abscissa estão os valores, em milhões de km2 decobertura de gelo e neve, representados para cada ano (os anos estão representados no eixo X) (Fonte: Sellers, 1974).

39

Quaternário do Brasil

Tabela 2.5. Características dos sistemas atmosféricos atuantes no Brasil (Fontes: Monteiro, 1976, adaptado; Conti &Furlan, 1996).

Massas de arMassa Equatorial Atlântica

Massa Equatorial ContinentalMassa Tropical AtlfmticaMassa Tropical ContinentalMassa Polar AtISntica

Sigla Arca/OrigemEa Anticiclone de S. Helena Oceano

Atlântico NorteEc AmazóniaTa Anticiclone subtropicalTc Depressão do ChacoPa Anticiclone Migratório Subpolar

CaracterísticasQuente e úmida

Quente e instávelQuente e úmídaQuente e seca

Fria e seca

Arca tle n t uac.noNorte e litoral do Nordeste

Norte e Centro-OesteNordeste, Sudeste e SulCentro-Oeste e Sudeste

Sul e Sudeste

Sistemas perturbados Sigla Area/Origcm Características Arca cio nluaçãoFrente Polnr Atlfintica FPA Atlântico Sul Úmida e instável Sul, Sudeste e Centro-OesteConvergência Intertropical ZCIT Zona equatorial da convergência Quente, úmida e instável Norte e litoral do Nordeste

dos alísios

perturbados atuam no território brasileiro, configurandoos climas regionais, conforme mostra a Tabela 2.5.

As áreas de domínio e as trajetórias mais habituaisdos sistemas atmosféricos atuantes no Brasil (e naAmérica do Sul) podem ser observadas na Figura 2.8.Na figura A, está representada a posição média anual,em que prevalecem as correntes de ar do quadranteleste (Ea e Ta) em toda a fachada atlântica do país. Afigura B representa a situação típica de verão, quandoas massas continentais (Ec e To) avançam sobre asregiões Nordeste, Centro-Oeste, Sudeste e Sul. Asfrentes polares restringem-se à porção sul e a CIT(Convergência Intertropical) aproxima-se do litoral norte.Na figura C, que representa uma situação de inverno,observa-se o desaparecimento da Tc, o encolhimentoda Ec, a expansão da Ta sobre o Sudeste e Nordeste, eo avanço da Pa sobre o Sul, chegando até o Sudeste eCentro-Oeste. Essa disposição geral dos sistemas decirculação secundária (massas de ar e sistemasperturbados) é a mais frequente, porém as trajetórias eas intensidades da atuação desses sistemas variam

significativamente. O que prevalece é o ritmo dasucessão dos sistemas (Monteiro, 1976; Boin, 2000).

O território brasileiro é marcado profundamentepelas características de tropicalidade, excetuando-se aporção sul, tipicamente subtropical. De acordo comConti & Furlan (1996), as cinco principaiscaracterísticas que determinam os ambientes tropicaisocorrem de forma significativa no território brasileiro,como está demonstrado na Tabela 2.6.

Essas características geográficas, associadas àgénese e à dinâmica dos sistemas atmosféricos atuantesno Brasil, resultam em regimes de chuvas abundantes,excetuando-se a região semi-árida do sertão nordestino.Segundo Nimer (1989), os totais anuais são superioresa 1.200 mm, concentrados principalmente no períodode primavera e verão. Apesar dos elevados totais dechuvas na maior parte do país, a concentração pluvialem poucos meses e as altas temperaturas queprevalecem namaiorparte do ano provocam deficiênciashídricas significativas nas regiões Nordeste, Centro-Oeste e Sudeste, O outono e o inverno são os períodos

Figura 2.8. Áreas fontes e principais trajetórias dos sistemas atmosféricos (Fontes: Monteiro, 1976; Boin, 2000).

40

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

Tabela 2.6. Características dos ambientes tropicais (Fonte: Conti £ Furlan, 1996).

Característicos1. Temperaturas médias superiores a 18°C e diferençassazonais marcadas pelo regime das chuvas.

2. Amplitude térmica anual inferior a 6°C (isotermia).

3. Circulação atmosférica controlada pelaZCIT, baixaspressões equatoriais (doldrums), alíseos e altas pressõessubtropicais.

4. Cobertura vegetal que vai do deserto quente à florestaombrófila, passando pela savana.

5. Regimes fluviais controlados peio comportamento daprecipitação.

Papel no espaço brasileiroOcorre em 95% do território.

Registra-se desde o extremo norte até o paralelo de 20°Cde latitude sul.

Afeta quase todo o Brasil, exceto ao sul do trópico deCapricórnio e onde a ação da frente polar é maisrelevante.

Bmbora os desertos quentes estejam ausentes, a florestaombrófila e as savanas cobriam, originalmente, 94% doterritório.

É o que se verifica em todas as bacias hidrográficas, comexceção da Amazônica, onde alguns afluentes dependemda fusão das neves andinas.

de estiagem para a maior parte do Brasil. As chuvasescasseiam significativamente, exceto no litoralnordestino e extremo norte do país, como se observana Figura 2.9.

O regime térmico é predominantemente tropical,com temperaturas medias anuais elevadas e comvariações sazonais significativas no centro-sul. Os verõessão bastante quentes em todo o território brasileiro, masas temperaturas mais elevadas ocorrem na primavera,principalmente nas regiões Norte e Nordeste, quandoas chuvas diminuem. No inverno, entretanto, as regiõesSul (pela latitude) e Sudeste (pela altitude) apresentamtemperaturas relativamente baixas, pelas incursões damassa Polar Atlântica (mPA) sobre essas áreas (Figura2.10).

4.1. Climas RegionaisO complexo mosaico representado pelo relevo

brasileiro (e sul-americano) e as característicasdinâmicas da atmosfera sobre esse território produzemuma variada gama de climas regionais, que mais oumenos se adequara às grandes regiões geográficas do

PRECIPITAÇÃO ANUAL mm PRECIPITAÇÃO JANEIRO

• 3300

país. Na Amazónia, ocorre o clima Equatorial Úmido,quente e chuvoso. Na porção mais meridional do país,tem-se um clima mesotérmico, frequentementedenominado Subtropical Úmido, e nas demais regiõesdo Brasil prevalecem os climas tropicais com nuancesregionais, como o Semi-Arido no sertão nordestino, oTropical típico (ou monçônico) no Centro-Oeste, oTropical de Altitude no Sudeste e o Tropical Úmido dazona costeira oriental (Nimer, 1989; Conti &. Furlan,1996) (Figura 2.11).

• Clima Equatorial ÚmidoEsse clima é basicamente controlado pelas

oscilações da Zona de Convergência Intertropical(ZCIT), pelas ações dos alísios e pelos doldrums (baixaspressões equatoriais). É controlado pela massaEquatorial continental (Ec), muito instável, quente (25°Cde temperatura média anual) e chuvosa (mais de 3.000mm de chuvas) o ano todo. A região da Amazóniaocidental é a mais típica e apresenta tais características.Na região mais central (Manaus) e no norte de MatoGrosso, as chuvas diminuem (cerca de 2.000 mm

PRECIPITAÇÃO JULHO

FontelNMET 1931/1990

Figura 2.9. Pluviosidade estacionai (Fonte: 1NMET, 2002).

Fonle: INMET 1931/1090

Figura2.10.Temperataramédiaanual,minimasemáximas (Fonte: INMET, 2002).

anuais) e há uma pequena estação menos úmida entrejulho e setembro. Nesse período, as temperaturaselevam-se e a média anual ultrapassa os 26°C. Na porçãomais oriental, do baixo Amazonas até o litoral atlânticono Pará (Belém), as ondulações da ZCIT e as influênciasoceânicas, representadas pelas aç5es da massaEquatorial atlântica (Ea), provocam diminuição datemperatura e ligeiro aumento da pluviosidade. Essascaracterísticas podem ser observadas nos gráficosombrotérmicos da Figura 2.12, representando as trêsfeições principais do clima Equatorial: o superumido,na Amazónia ocidental (lauaretê, AM), o Subequatorial,da Amazónia central (Manaus, AM) e o Litorâneo, dogolfão paraense (Belém, PA).

• Clima TropicalO clima tropical "típico" das baixas latitudes (de

5 a 20° sul) encontra-se no Brasil central: na porção

l J Equatotlal ÚmWo

[ l StnWiMo

[~"Z1 Tioplcal

P§£H Tropical Útnlda lllotaiwo

^H Tropical Oa altitude

•l Subtropical

Figura 2,11. Classificação climática para o Brasil (Fonte:PBEC.19SO).

42

ocidental da região Nordeste, no Centro-Oeste e nointerior da região Sudeste. Esse tipo climático, tambémconhecido como monçônico, apresenta duas estaçõesbem definidas, menos pelas temperaturas, masprincipalmente pelo regime das chuvas.

O verão quente e chuvoso estende-se de outubroou novembro até março ou abril, conforme a latitude, eé controlado pelas massas tropicais, bastante instáveisnessa época do ano (primavera/verão). Nas latitudesmais baixas, como Teresina (PI), a alternância dasestações seca e chuvosa é bastante evidente, uma vezque cerca de 80% das chuvas caem em apenas quatromeses (janeiro a abril). Após o período úmido, astemperaturas sobem significativamente, tornando oclima bastante quente (superior a 28°C, em média) eseco. No Brasil central, como em Porto Nacional (TO),80% das chuvas ocorrem entre outubro e março (seismeses), também demonstrando forte variação sazonal,típica dos climas continentais tropicais. À medida quea latitude e a distância do mar aumentam, entretanto, asprecipitações diminuem fortemente, de 1.600 mm emPorto Nacional (cerca de 10° sul), para 1.000 mm, emCorumbá, que se localiza a 18° de latitude e a mais de1.500 km do litoral. No inverno, a massa Tropicalcontinental (Tc) praticamente desaparece, a Tropicalatlântica (Ta) estabiliza-se e a estiagem prolonga-se atéo final da primavera. O ar seco e quente provoca quedasabruptas da umidade relativa a valores menores que 10a 15%. AFigura2.13 mostra os gráficos ombrotérmicosdessas três localidades tropicais (Conti &Furlan, 1996).

• Clima Tropical Semi-ÂridoUma derivação do clima tropical ocorre no sertão

nordestino, onde as precipitações anuais mal atingem600 mm, provocando a existência de uma vasta áreasemidesértica de quase l milhão de km2. Vários são osprocessos que explicam essa mancha seca sobre onordeste brasileiro. De um lado, as chapadas e planaltos

Figura 2.12. Climogramas das normais climatológicas (l 931-1990). Chuvas (colunas); temperatura (linha) (Fonte: INMET,2002).

do agreste nordestino, dispostos paralelamente ao litoraloriental, interceptam a umidade e as chuvas quepoderiam chegar através das correntes de leste (Ta eEa). No litoral setentrional, a temperatura da superfíciedo mar é mais fria (ao sul do Equador), diminuindo apossibilidade de aumento da umidade do ar. Além disso,em termos da dinâmica da atmosfera, os deslocamentose oscilações da ZCIT provocam a formação de umagrande célula de alta pressão, bastante estável duranteo inverno e a primavera, período mais seco da região.

Essa região, com cerca de l milhão de km2, temcomo característica básica a concentração e escassezpluvial, ou seja, quase a totalidade das chuvas ocorreem apenas 3 ou 4 meses, o que, em função das altastemperaturas, é insuficiente como recurso hídrico.Assim, a estiagem é bastante prolongada (entre 8 e 10meses) e agravada pela forte irregularidadepluviométrica, que em alguns períodos (como aquelesafetados pelo ENOS - El Mno-Oscilação Sul) podedurar de 3 a 4 anos. Os gráficos representados na Figura2.14 demonstram o curso anual das condiçõestermopluviométricas (normais climatológicas) de duaslocalidades: Quixeramobim, no sertão cearense, a cercade 5° de latitude e a menos de 300 km do mar, comchuvas de outono e forte aquecimento no período secode primavera e verão; e Remanso, cidade baianalocalizada no médio vale do São Francisco, a 10° delatitude e a quase 1.000 km de distância do mar, comchuvas de verão (total anual inferior a 500 mm) e secade'inverno, período em que as temperaturas caemligeiramente (Nimer, 1989; Conti & Furlan, 1996).

• Clima Tropical Úmido LitorâneoA fachada atlântica, estreita faixa parai ela à zona

costeira do litoral oriental do Brasil, estende-se desde oRio Grande do Norte até São Paulo. Apresenta larguravariável de l a 100 km, onde as massas Tropicaismarítimas (Ta), potencializadas pelos alísios,instabilizam-se pela presença de elevadas altitudes doPlanalto Atlântico, que se encontra paralelo à linha dêcosta. A umidade proveniente do oceano é capturadapelas encostas íngremes das vertentes, produzindochuvas orográficas em abundância (PBEG, 1980).

Pode-se identificar pelo menos três setoresdistintos: ao norte, no litoral nordestino, como emSalvador (BA), as chuvas são constantes o ano todo(quase 2.000 mm), um pouco mais concentradas nooutono e no inverno devido à presença de instabilidadestropicais e à ocorrência de frontólise; no litoralfluminense, as baixas temperaturas da superfície do mare a localização da área em relação à direção dos sistemasprodutores de chuvas, comb' a FPA (frente Polaratlântica), provocam forte diminuição pluvial (em tornode 1.000 mm); mais ao sul, na cidade de Santos, nolitoral paulista, a 24° de latitude sul, as chuvasaumentam novamente (2.200 mm anuais), com maiorconcentração no verão e sem período seco. Porlocalizar-se nas proximidades do trópico de Capricórnio,o efeito da latitude já se faz sentir e as temperaturasdecrescem significativamente (a despeito de sualocalização ao nível do mar), principalmente no inverno,quando as médias mensais ficam em torno dos 18°C,como se observa na Figura 2.15 (Nimer, 1989;

Porto Nacional Corurrbá

Figura 2.13. Climogramas das normais climatológicas (1931-1990). Chuvas (colunas); temperatura (linha) (Fonte: INMET, 2002).

43

Quaternário do Brasil

Quixeramobim

1300!250200-1160 J100-|

50ÍO l PI PI BI ISo JQitU^^^^icaicsH—t—i—(c

Jan Fev Mar Abr Mal Jun Jul Ago Sei Out NovDez

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28

26

241

+ 22

20|

Figura 2.14. Climogramas dasnormais elimatológicas (1931-1990). Chuvas (colunas); temperatura (linha) (Fonte: INMET,2002).

Monteiro, 1976).

• Clima Tropical de AltitudeOutra área marcante inseridano domínio tropical

é a região serrana do sudeste brasileiro, onde as altitudes,em média, ultrapassam os 1.000 m e, não raras vezes,atingem mais de 2.000 m. Não fosse a altitude, suascaracterísticas seriam semelhantes àquelas áreas sob ainfluência do clima tropical típico. O fato é que ascaracterísticas do relevo (a disposição das vertentes ea altitude) provocam sensível diminuição da temperaturaao longo do ano, principalmente no outono e no inverno,dada a faixa zonal de latitude (Conti & Furlan, 1996).Quanto mais próxima da zona costeira, maior aprecipitação, como no caso das áreas localizadas nasvertentes da Serra do Mar. Àmedida que se interiorizam,vão gradativamente diminuindo os totais de chuvas peloefeito da continentalidade. Essa, por sua vez, acentuaas diferenças térmicas entre dias e noites e entre verãoe inverno, de tal maneira que a mais de 200 ou 300 kmdo litoral encontram-se áreas em que ocorrem estiagens,principalmente no inverno, como se pode notar nosgráficos da Figura 2.16.

O controle climático dessas regiões é o mesmoque controla os climas tropicais, com verões quentes echuvosos, associados às baixas pressões tropicais (Tc),às ZCAS (Zonas de Convergência do Atlântico Sul) eàs penetrações frontais da FPA. No inverno, astemperaturas abaixam para menos de 18°C, chegando

a atingir menos de 10°C, tanto pelo efeito da alta altitude,quanto pela presença das massas polares (Pa). Doisexemplos típicos desse clima podem ser citados:Petrópolis, cidade serrana fluminense, a cerca de 50km do litoral e a mais de 900 m de altitude, cujascaracterísticas térmicas se assemelham àquelas dosclimas subtropicais; e Belo Horizonte, capital mineira,localizada a quase 1.000 m e a mais de 400 km dolitoral, apresenta temperaturas mais elevadas e chuvasmenos abundantes pelo efeito da continentalidade.

• Clima SubtropicalA região Sul do Brasil é caracterizada pela

existência de três grandes xmidades do relevo: as planíciescosteiras, a leste, o Pampa gaúcho, ao sul e um imensoplanalto, que se estende do nordeste do Rio Grande doSul ao norte do Paraná, com altitudes que variam entre500 e 1.000 m. Essa topografia é responsável pelagrande diversidade térmica da região, cujas médiasmensais podem variar de 20°C em Paranaguá (PR), aonível do mar, baixando para cerca de 10 a 12°C no altodas serras catarinenses, como em São Joaquim (Nimer,19S9). Apesar dessa enorme variação térmica, muitocaracterística dos climas de médias latitudes, comsucessão sazonal bem definida, o clima Subtropical daregião Sul do Brasil é extremamente homogéneo no quese refere tio ritmo estacionai da pluviosidade. À exceçãodo norte do Paraná e parte do litoral sudeste gaúcho, amaior parte da região recebe chuvas anuais superiores

in Fav Mar Abr MatJun Jul Ago Set Out Nov Dez

Rio da Janeiro

jan Fev Mar Abr Mal Jun Jul Ago Sal QutNovDaz Jan FevMarAbr Mal Jun JuT Ago Set Ou[ HovDez

Figura 2,15. Climogramas das normais climatológicas (l 931-1990). Chuvas (colunas); temperatura (linha) (Fonte: INMET,

2002).

44

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

Petrópolis

Jan Fev Mar Abr Mal Jun Jul Ago Set Out NovDez

Belo Horizonte

Jan Fev Mar Abr Mal Jun Jul Ago Sei Out NovDez

Figura 2.16. Climogramas das normais climatológicas (1931-1990). Chuvas (colunas); temperatura (linha) (Fonte: INMET,2002).

a 1.500 mm, bem distribuídas ao longo do ano (Figura2.17).

Considera-se que essa homogeneidadepluviométrica está associada mais a aspectos hídricose de umidade elevada na maior parte do ano do que emrelação à época mais chuvosa. Enquanto no Paraná elitoral catarinense, o período mais chuvoso ocorre naprimavera e verão (de novembro a março), no interiorde Santa Catarina e no Rio Grande do Sul, as chuvasdistribuem-se mais uniformemente ao longo do ano,mas com ligeiro aumento de precipitação no período deoutono e inverno (de abril a setembro). O ritmo pluvialé explicado pelo controle climático exercido pelossistemas perturbados (frente Polar atlântica) e pelaorientação do relevo, que produz chuvas orográficasna zona costeira e nas vertentes interiores. Esse mesmosistema, associado à penetração da massaPolar Atlântica(mPA), também é responsável pelas baixas temperaturasde inverno (Monteiro, 1976).

4.2. Aspectos Dinâmicos e ImpactosRegionais

O território brasileiro é palco de vários processosdinâmicos que ocasionam anomalias de forte impactoregional. Entre eles, os mais marcantes e renitentes sãoos eventos El Nino e La Nina, fenómenos que ocorremno- Oceano Pacífico Equatorial, ocasionando impactosprincipalmente nas regiões Sul e Nordeste do Brasil

(Kousky £ Cavalcanti, 1984). El Nino é o aumentoanómalo da temperatura na superfície do mar (TSM)no Pacífico Equatorial Leste. Na verdade, adenominação correia para este fenómeno é El Nifio-Oscilação Sul (ENOS), pois se trata de uma teleconexãoentre oceano (El Nino) e a atmosfera (Oscilação Sul),ou seja, são fenómenos inter-relacionados que ocorrema intervalos irregulares de 2 a 7 anos, podendo durar del a 2 anos.

Em 1928, SirWalker sugeriu que a precipitaçãoanómala no nordeste do Brasil era relacionada àOscilação Sul. Kousky & Cavalcanti (1984)observaram uma forte tendência para o El Ninoocorrer simultaneamente com a seca no nordeste doBrasil ou com a defasagem de até um ano. Secasintensas, tais como as de 1983 e 1998, parecem estarassociadas aos eventos El Mino. Essa associaçãoprovavelmente é explicada, ao menos parcialmente,pela ocorrência de forte convecção sobre o PacíficoCentral Leste na região de águas extraordinariamentequentes. Essa convecção assegura movimentosascendentes sobre o Pacífico Central Leste e omovimento subsidente sobre as outras regiões,incluindo o nordeste do Brasil. O movimento subsidenteinibe a convecção e causa seca. Tendo ern vista que aestação chuvosa da região Nordeste se restringe aosprimeiros 4 ou 5 meses do ano (verão e outono), osefeitos do El Nino são fortemente sentidos nesse

Guarapuava

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Porto Alegre

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Figura 2.17. Climogramas dasnormais climatológicas (1931-1990)..Chuvas (colunas); temperatura (linha) (Fonte: INMET,2002).

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f Quaternário do Brasil

periodo. A grande seca de 1983 no Nordeste e naAmazónia central e oriental esteve relacionada àsanomalias da circulação de Walker.

Além das secas do sertão nordestino, outraanomalia muito recorrente no Brasil é a das precipitaçõesna região Sul, que também se relacionam com os eventosENOS, particularmente durante a primavera/verão.Análises de precipitação para eventos ENOS recentesmostram que a área sul do país experimentou condiçSesanormalmente chuvosas.

Em períodos de El Nino, o Jato Subtropical(ventos em altos níveis troposféricos) é mais intensodo que o normal, fazendo com que as frentes friasfiquem estacionárias no sul do Brasil. Esse fenómenoocasiona um inverno menos rigoroso em SantaCatarina e o aumento das chuvas entre o inicio daprimavera do ano em que se estabelece ao final doinverno do ano seguinte. As maiores enchentes deSanta Catarina ocorreram em 1911 e 1983, anos deEl Nino de maior intensidade. Os efeitos do El NiTwno Brasil causam prejuízos consideráveis,principalmente na agricultura, afetando maisintensamente a região Sul.

Em cada episódio do El Nino, é observado nessaregião do país um grande aumento de chuvas naprimavera, fim do outono e começo do inverno, podendoocorrer um acréscimo de até 150% da precipitaçãonormal. Isso faz com que nos meses de safra agrícolaa chuva atrapalhe a colheita, causando grandes prejuízosaos produtores, principalmente na produção de grãos.As temperaturas também se modificam, resultando maisamenas na região Sul e mais elevadas no Sudeste,comparadas aos seus valores normais.

Outro sistema de escala sinótica que atua nasregiões Sul e Sudeste é o vórtice cielônico, que atuanos altos níveis, oriundo do Oceano Pacífico. Quandoesse sistema penetra no continente normalmente ocorreinstabilidade e precipitação nos setores leste e nordestedo vórtice. Antes de sua penetração no continente, ondecostuma apresentar mais nebulosidade, o vórtice éfacilmente detectado em uma Imagem de satélitegeoestacionário GÓES, no canal de vapor de água. Ascaracterísticas físicas desse vórtice são semelhantesàs dos vórtices que penetram no nordeste do Brasil(Kousky & Gan, 1981; Gan, 1983), porém possuemalgumas diferenças. Estes se deslocam de oeste paraleste e formam-se durante todo o ano; muitas vezes, háocorrência de ciclogênese associada à passagem dosvórtices em altos níveis.

Outros tipos de vórtices ciclônicos que atuamno Hemisfério Sul foram estudados por Troup & Streten(1972) e Carleton (1979). Os vórtices ciclônicos dos

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altos níveis troposféricos que penetram no nordestebrasileiro formam-se no Oceano Atlântico Sul entre osmeses de setembro e abril, ocorrendo em maior númerono verão, especialmente em janeiro. Sua vida média variaconsideravelmente, sendo que alguns duram apenasalgumas horas e outros chegam a ocorrer por mais deduas semanas. Sua trajetória é irregular, porém quasesempre se deslocam de leste para oeste. Geralmenteestão confinados na média e alta troposfera. Quandoum vórtice penetra no Brasil, na maioria das vezes ofaz próximo a Salvador (BA), causando tempo bom naregião sul e central do Nordeste e provocando chuvasno setor norte e nordeste dessa região.

5. SIMULAÇÃO MATEMÁTICADO CLIMA

5.1. Princípios Básicos do Modelo do ClimaO clima é a síntese sobre um periodo

suficientemente longo para estabelecer suascaracterísticas estatísticas (valores médios, variância,probabilidade de eventos extremos etc.), visto que aprevisão climática se relaciona com as mudanças queas estatísticas poderiam "experimentar" no futuro.Ainda que os mecanismos que têm a responsabilidadede manter o clima presente sejam conhecidos, não épossível afirmar o mesmo em relação aos mecanismosresponsáveis pela flutuação do clima.

Os primeiros modelos numéricos desenvolvidosforam destinados ao estudo, compreensão e previsãodo movimento atmosférico. Entretanto, ao estudar oclima, é necessário incluir nos modelos as interaçõesda camada limite planetária e, também, uma vasta área(não atmosférica) no estudo. Isso tem dado lugar aodesenvolvimento de uma nova geração de modelosnuméricos (modelos climáticos acoplados) queincorporam processos físicos. Nas escalas temporaissazonais, anuais e decenais, os novos modelos levamem conta as interações da camada superior dos oceanose do gelo do mar com a atmosfera, assim como asmudanças na composição atmosférica, incluindo aconcentração de aerossóis e as mudanças na naturezada superfície continental terrestre devido a processosbiológicos. Na escala de tempo mais longa (da ordemde milhões de anos), os novos modelos deveriam incluiras mudanças nas profundidades dos oceanos, comotambém as variações na extensão dos gelos continentais(Manabe & Hahn, 1981).

5.2. O Problema do Modelo ClimáticoO processo do Sistema Climático pode ser

representado em relação ao conjunto de equaçõesdinâmicas e termodinâmicas para a atmosfera, os

2. Variabilidade e Mudanças Climáticas

oceanos e o gelo, junto com as equações apropriadasde estado e as leis de conservação para constituintes,tais como a água, o C02 e o ozônio do ar, além do saldos oceanos. Essas equações eontêm os diferentesprocessos que determinam as mudanças na temperatura,na velocidade, na densidade e na pressão. Outrosprocessos relevantes ao clima são levados emconsideração, tais como evaporação, condensação,precipitação, radiação e transferência de calor, equantidade de movimento por advecção, convecção eturbulência. Também são relevantes os processosquímicos e biológicos (Manabe, 1983).

O modelo matemático do clima leva emconsideração os mesmos princípios físicos discutidosno parágrafo anterior, introduzindo um número deaproximações físicas e numéricas que são necessáriaspela capacidade limitada do homem para observar osistema climático e computar seu comportamento.Pode-se, portanto, dizer que os modelos climáticosconsideram a atmosfera como um fluido turbulento emrotação, aquecido pelo Sol e trocando calor, umidade eimpulso com os continentes e oceanos subjacentes.Também são simuladas as mudanças na radiaçãorecebida, as temperaturas da superfície oceânica, dogelo, das nuvens e da camada da vegetação.

5.3. Utilidade dos Modelos ClimáticosA comprovação e avaliação desses modelos

toma-se difícil, requerendo grandes recursos científicose computacionais. Mesmo assim, já tem logradoimportantes progressos na simulação dos camposglobais observados 'de pressão, vento, temperatura echuvas, juntamente com mudanças sazonais regionaisimportantes, tais como as monções.

Os modelos também podem ser usados, comcerta confiança, para pesquisar a reação do clima diantedas imagináveis perturbações naturais ou provocadaspelo homem. Por exemplo, é possível realizarexperimentos para avaliar os prováveis efeitos demudanças naturais n.si radiação solar, na umidade dosolo e na vegetação, na temperatura da superfície domar e nas mudanças nos gelos polares. Também épossível realizar experimentos para avaliar os prováveisefeitos díis mudanças provocadas pelo homem, comoo conteúdo de C02, ozônio, poeira e calor na atmosfera,e saber se essas mudanças podem ser diferenciadasdas flutuações climáticas naturais (Weiner, 1992;Manabe, 1983).

Geralmente, cálculos de modelos sugerem queum aumento de 1% na constante solar faria aumentar atemperatura média global da superfície da Terra em l a2°C e aprecipitação pluviométrica em aproximadamente

5%. Como as mudanças na constante solar são menoresdo que 1%, mesmo durante as erupções solares, não ésurpresa que as flutuações do tempo ou mesmoflutuações climáticas indiquem correlações poucosignificativas com o ciclo das manchas solares. Porenquanto, tudo indica que o método mais eficaz paraconhecer as bases físicas do clima atual e suas variaçõesé construir complexos modelos físicos matemáticos.

5.4. Classificação dos Modelos ClimáticosO modelo climático tem sido um instrumento

extraordinário, desenvolvido nos últimos 20 anos,principalmente porque têm aumentado as preocupaçõescom os impactos socioeconômicos, devido àsperturbações climáticas, sejam essas de origem naturalou antropogênica. A necessidade e a urgência deprevisões climáticas, junto à proliferação de modelos,conduziram a uma bibliografia abundante, que nemsempre é coerente. Os modelos climáticos variam emresolução e grau de sofisticação. Alguns tipos sãodesenhados para resolver certa classe de experimentos,e suas conclusões nem sempre são coincidentes emrelação a outros modelos. As razões para essasdiferenças em relação aos resultados dos diferentesmodelos não são fáceis de ser encontradas,principalmente porque as pessoas não estãofamiliarizadas com os modelos climáticos. É adotadaaqui uma classificação que considera quatro tiposbásicos de modelos (Manabe, 1983), conforme se segue:

(1) Modelos de Circulação Geral (MCG): anatureza tridimensional da atmosfera do oceano resolve-se de forma tal que os processos, de escala sinótica,são modelados explicitamente. Representam-se, alémdisso, todos os processos físicos consideradosimportantes para o problema que se deseja estudar.

(2) Modelos de Balanço de Energia: essesmodelos, na sua forma mais elementar, sãounidimensionais e computara a temperatura da superfíciedo mar como uma função de latitude. Usam relaçõesou expressões simplificadas para o cálculo de cada umdos termos que contribuem para o balanço de energiade cada latitude.

(3) Modelos Radiativos-ConvectivosUnidimensionais: esses modelos computara a estruturavertical da temperatura na atmosfera a partir do balançoentre o aquecimento ou resfriamento radiativo e o fluxovertical de calor. Geralmente, esses tipos de modelosrecorrem a avançados modelos de transferênciaradiativa.

(4) Modelos Dinâmicos Bidimensionais UtilizandoMédias Zonalmente: nesses modelos da atmosfera,representa-se um sistema latitude versus altura. Os

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Quaternário do Brasil

processos físicos e dinâmicos são calculados em funçãode variáveis com médias zonais.

Em geral, todos os modelos buscam simular avariabilidade e/ou prever assintoticamente um estadoque represente o clima. Lorenz (apnd Weiner, 1992)considera dois tipos de previsão climática: a)previsibilidade de primeira classe, que é uma simulaçãoda realidade a partir de condições iniciais observadaspara produzir uma previsão climática; b) previsibilidadede segunda classe, por meio da determinação dasrespostas dos diferentes modelos ante as perturbaçõesconhecidas (na realidade é um ensaio de sensibilidade).

O ponto crucial é conhecer e entender asensibilidade de um modelo antes de tentar qualquerclasse de previsão. É por isso que se dá atenção àprevisibilidade de segunda classe, particularmente nosmodelos mais complexos, como de circulação geral.

Os modelos climáticos incluem as interaçõesentre algumas ou todas as componentes do SistemaClimático com um grau de complexidade variável,mesmo que o desenvolvimento de um modelo climáticorequeira a consideração dos seguintes processos: a)radiação; b) dinâmica; c) processos de superfície; d)resolução.

Em meteorologia, já existe uma infinidade demodelos de circulação geral. Em oceanografia, o modelode circulação geral usado é o de Bryan (1969), queinclui a topografia do fundo dos oceanos e as correntesbarotrópicas e baroclínicas. A temperatura e a salinidadesão explicitamente calculadas pelo modelo em cada nívelde coordenada vertical. Particularmente, esse modelo éapto para estudar a física que governa as mudançastérmicas nas camadas superiores do oceano.

Muitos modelos de circulação geral da atmosferausam os métodos de diferenças finitas para calcular oestado atmosférico. Todas as variáveis, incluindo oscomponentes do campo de ventos, a temperatura e oconteúdo de vapor de água, são armazenadas em umamatriz de pontos, em um retículo que cobre toda aatmosfera. A distância entre os pontos do retículo étipicamente de 5° de latitude por 5° de longitude, e onúmero de níveis na vertical varia entre 6 e 10 níveis.Os novos valores das variáveis armazenadas são obtidosusando-se equações de prognóstico que incluem asequações de movimento e energia. Os esquemasnuméricos que utilizam esses modelos geralmenteconservam massa, energia, impulso e água, dentro decondições apropriadas. As equações de prognósticosincluem termos que descrevem a fricção na superfície,a radiação, o calor latente e outros processosconsiderados importantes. As nuvens são introduzidasno modelo como dado ou como função de alguns dos

campos que o modelo previu, como umidade evelocidade vertical. A parametrização da interação entrea superfície e a atmosfera é de importância crucial.Geralmente, os fluxos na superfície de quantidade demovimento, calor sensível e umidade sãoparametrizados.

Os modelos acoplados simulam explicitamenteos diferentes processos que ocorrem na atmosfera enos oceanos. As equações que governam os modelosMCG formam um sistema matematicamente fechadode equações, com condições de contorno ou de fronteiraclaramente especificadas.

Um esquema geral dos componentes principaisna simulação matemática do clima é apresentado naFigura 2.18. Para melhor interpretação, deve sercomplementado com a observação da Figura 2.19. Asimulação inicia-se com um conjunto de condiçõesiniciais que não necessariamente devem ser reais ounaturais. O modelo é integrado sobre um intervalo detempo que é estendido suficientemente para permitiralcançar um estado de equilíbrio que permita obter umestado médio do ponto de vista estatístico.

Alguns outros autores têm trabalhado commodelos mais complexos que os unidimensionais,particularmente com tipos de modelos chamadoscirculação geral da atmosfera, usados para finsclimáticos, e com modelos acoplados de atmosfera eoceanos. Esses modelos foram usados para calcular asmudanças na estrutura tridimensional da atmosfera porefeito de uma duplicação na concentração de C02

atmosférico. A Tabela 2.7 apresenta alguns resultadosobtidos que indicam as magniludes dos aquecimentosesperados para diferentes modelos.

É notável a diferença existente entre os resultadosobtidos dos modelos que consideram uma interação como mar e do modelo utilizado por Gates & Tantraporn(1981), que supuseram que a temperatura do mar nãose altera quando se produzem mudanças naconcentração do C02 atmosférico, o que, por sua vez,condiciona a variação de temperatura na atmosfera.Novamente deve-se ressaltar que as mudanças detemperatura assinaladas naTabela 2.7 são valores médiosglobais, ainda que esses modelos (tridimensionais)calculem valores pontuais com os quais se obtêm osvalores médios já assinalados. A Figura 2.20 apresentaas mudanças médias de temperatura em um cortelongitudinal de pólo a pólo (norte-sul). Como se podeobservar nessa figura, uma duplicação de C02

atmosférico provocaria um aquecimento geral datroposfera que, para o ar próximo à superfície terrestre,alcançaria um valormédio de 3°C. Através dessa figura,nota-se um resfriamento estratosférico.

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2. Variabilidade e Mudanças Clímátic;

Figura 2.18. Estrutura básica de um Modelo d

_ _ _ T —. ^^ ~..v.ulwo mpiwiomaiu u» equações envolvidas nomodelo, as flechas representam os fatores externos ao Sistema Climático (radiação) e os processos físicos interaruantes(Fonte: Manabe, 1983).

Informes científicos mais recentes, baseados nosresultados de modelos unidimensionais e tridimensionais(ou de circulação geral'da atmosfera), mostram que oaquecimento do ar na superfície (valores médios globais)por uma duplicação na concentração de C02 atmosféricoresultaria em um aumento de temperatura de 3°C, comum erro de +1,5°C ou —1-,5°C. Essas variações na tempe-ratura do ar provocariam uma mudança climática que po-deria afetar de forma nolável o ciclo hidrológico, ou seja,os valores médios, (anto na precipitação como na evapo-ração, aumentariam. Esses aumentos provocariam umacréscimo nos valores médios da vazão dos rios do nossoplaneta. Também poderia ocorrer aquecimento nas zonaspolares, conduzindo a mudanças significativas no volume

de gelo e neve, particularmente na Antártíca. Esse aqueci-mento nas zonas polares aumentaria o nível relativo domar (estimado em 5 m), o que causaria inundações signi-ficativas nas regiões costeiras.

Deve-se ressaltar que as mudanças climáticascausadas principalmente pelo aumento de temperaturaainda não foram detectadas pelas observações. Issosignifica que mudanças no clima da Tetra estão aindamuito difusas, devido àpresença das variações climáticasnaturais, que são causadas por outros fatores, como:interação entre a atmosfera e o mar, variações deluminosidade e mudanças nas concentrações dosdiferentes constituintes atmosféricos. Apesar disso, comoconclusão, caberia assinalar que, se o C02 atmosférico

Tabela 2.7. Aumento da temperatura do ar na superfície (DT) quando se duplica a concentração de C02 atmosférico(resultados de modelos climáticos de circulação geral) (Fonte: Gates & Tanlrapom, 1981).

Autores Tipo de GeografiaManabe e Welherald (1981)Manabe e Stoufler (1 979/1 980)Hansen e co-autores (1979)Gates e co-autores (19811

IdealizadoRealísticoRealísticoRealístico

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DT(°C)3,02,03,50,3

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Figura 2.19. Variação temporal da concentração de CO., (medições realizadas em Mauna Loa, Hawai) Fonte: KeelingapiídWeiner, 1992).

continuar aumentando, não haverá razão para duvidarda ocorrência de mudanças climáticas globais, e essasmudanças não seriam desprezíveis. Não só o C02

chegaria a ter efeitos sobre o clima, como outros gasespresentes na atmosfera também poderiam induzirmudanças climáticas ao terem sua concentraçãomodificada, por exemplo os clorofluorcarbonetos.

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Figura 2.20. Aquecimento e resfriamento na atmosfera,indicados pelas isolinhas, devido à duplicação do conteú-do de C02. Os resultados são de uma simulação numéricacom um modelo tridimensional de circulação geral da at-mosfera CFonte: Manabe, 1983).

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