Efeito antiestufa - 2 - Balanço energético

 Tradução de: en.wikipedia.org - Anti-greenhouse_effect 

Teoria do balanço energético

Balanço de energia

Para entender como o efeito anti-estufa impacta um planeta ou uma grande lua com sua estrela hospedeira como uma fonte externa de energia, um balanço de energia pode ser calculado, semelhante a como é feito para a Terra. Para cada componente no sistema, a energia de entrada precisa ser igual à energia de saída para manter a conservação de energia e permanecer a uma temperatura constante.[NASA, 2009] Se um contribuinte de energia for maior que o outro, há um desequilíbrio energético e a temperatura de um objeto mudará para restabelecer o equilíbrio. Fontes de energia em todo o espectro eletromagnético precisam ser contabilizadas ao calcular o balanço energético. No caso da Terra, por exemplo, um equilíbrio é alcançado entre a radiação de ondas curtas de entrada do Sol e a radiação de ondas longas de saída da superfície e da atmosfera. Depois de estabelecer o balanço energético de um componente, uma temperatura pode ser derivada.

 

Os fluxos de energia em Titã causam tanto um efeito estufa quanto um antiefeito estufa.

Efeito anti-estufa ideal 

No caso mais extremo, suponha que a atmosfera superior de um planeta contivesse uma névoa que absorvesse toda a luz solar não refletida de volta para o espaço, mas que, ao mesmo tempo, fosse quase transparente à radiação infravermelha de ondas longas. Pela lei de Kirchhoff, como a névoa não absorve bem a radiação infravermelha, ela também não será uma boa emissora de radiação infravermelha e emitirá uma pequena quantidade dessa parte do espectro, tanto para o espaço quanto em direção à superfície do planeta. Pela lei de Stefan-Boltzmann, o planeta emite energia diretamente proporcional à quarta potência da temperatura da superfície. Na superfície, o balanço de energia é o seguinte:

onde é a constante de Stefan-Boltzmann, é a temperatura da superfície e é a radiação de onda longa emitida pela neblina na atmosfera superior. Como a neblina não absorve bem essa radiação de onda longa, pode-se presumir que ela passa toda para o espaço. A energia solar incidente deve ser reduzida para levar em conta a quantidade de energia perdida ao ser refletida para o espaço, uma vez que não está dentro do sistema planeta-atmosfera. Na atmosfera superior, o balanço energético é o seguinte:

onde é o fluxo de energia solar incidente, é o albedo planetário (ou seja, refletividade) e é a temperatura média efetiva de radiação. O fluxo solar incidente é dividido por quatro para levar em conta a média temporal e espacial em todo o planeta e o fator é a fração da energia solar que é absorvida pela neblina. Substituindo com na segunda equação, temos:

e a proporção iguala-se a ou 0,84. Isso significa que a temperatura da superfície é reduzida em 16% em relação à temperatura média efetiva de radiação, o que é um efeito de resfriamento potencialmente significativo.[Covey, 2013] Este é um caso ideal e representa o impacto máximo que o efeito antiestufa pode ter e não será o impacto para um planeta real ou uma grande lua.

Balanço energético ideal antiefeito estufa, assumindo uma camada superior da atmosfera e um albedo planetário de 0. Veja o texto para uma explicação de símbolos e abreviações.

Conceito desatualizado de efeito estufa

Discussões anteriores na comunidade científica, anteriores à definição atual estabelecida pelo Dr. Christopher McKay em 1991, referiam-se ao efeito estufa como um precursor da glaciação pré-cambriana tardia, descrevendo-o mais como um processo de sequestro de carbono.[Roberts, 1971] Este não é mais o uso atual do termo, que enfatiza o resfriamento da superfície devido à absorção de radiação solar em altas altitudes.

Comparação com o efeito estufa negativo

O efeito estufa negativo é um fenômeno que pode produzir resfriamento localizado, em vez de planetário.[Nota 1] Enquanto o antiefeito estufa envolve uma inversão geral da temperatura na estratosfera, o efeito estufa negativo envolve uma inversão localizada da temperatura na troposfera. Ambos os efeitos aumentam as emissões térmicas — localmente no caso de um efeito estufa negativo e globalmente no caso do antiefeito estufa.[Schmithüsen, 2015; Sejas, 2018] 

Na Terra

Passado

A presença de uma névoa orgânica na atmosfera arqueana da Terra foi sugerida pela primeira vez em 1983 e poderia ter sido responsável por um efeito antiestufa.[Kasting, 1983; Catling, 2020] Essa hipótese decorre de tentativas de resolver o paradoxo do Sol jovem e fraco, em que uma produção solar reduzida no passado deve ser conciliada com a existência de água líquida na Terra naquela época. Para explicar como a água pôde permanecer na forma líquida, foi proposto que os gases de efeito estufa ajudaram a manter a Terra aquecida o suficiente para impedir o congelamento completo da água. Enquanto uma hipótese sugere que apenas o dióxido de carbono foi responsável pelo calor adicional, outra hipótese inclui a presença de dióxido de carbono e metano. Um modelo descobriu que o metano no Arqueano pós-biótico poderia ter existido em uma proporção de mistura de 1.000 ppm ou mais, enquanto o dióxido de carbono poderia ser tão baixo quanto 5.000 ppm para ainda impedir o congelamento da Terra, cerca de 12 vezes a quantidade em 2022.[Kump, 2010; Haqq-Misra, 2008; NOAA, 2022] No entanto, nessa proporção de 0,2 de metano para dióxido de carbono, os produtos derivados da fotólise do metano podem polimerizar para formar moléculas de cadeia longa que podem se agregar em partículas, formando a névoa orgânica anti-estufa.[Catling, 2017] A névoa é formada quando a proporção de metano para dióxido de carbono excede aproximadamente 0,1.[Kasting, 1983; Catling, 2020] É postulado que a névoa orgânica permitiu a criação de um ciclo de feedback negativo para estabilizar o clima na Terra Arqueana.[Kump, 2010] Se as temperaturas aumentassem na Terra Arqueana, a produção de metano aumentaria devido à possível preferência dos metanógenos por temperaturas mais quentes (ver termófilos). [Kump, 2010] O aumento das temperaturas também aumentaria a perda de dióxido de carbono por intemperismo devido a um aumento presumido na precipitação, levando à diminuição das concentrações de dióxido de carbono. Isso levaria a uma maior proporção de metano para dióxido de carbono e estimularia a produção da névoa orgânica. Esse aumento na produção de névoa orgânica levaria ao aumento da opacidade da atmosfera à luz solar, à diminuição da quantidade de energia solar que atinge a superfície e, portanto, à diminuição da temperatura da superfície, anulando assim o aumento inicial na temperatura da superfície. Uma estimativa do efeito antiestufa na Terra Arqueana calculou o impacto em até cerca de 20 K no resfriamento da superfície.[Arney, 2016] 

Atual

No estado atual da atmosfera terrestre, existem algumas fontes de efeito antiestufa. Sugere-se que o ozônio estratosférico e a termosfera terrestre criam um efeito antiestufa parcial devido à sua baixa opacidade térmica e altas temperaturas.[McKay, 1991] Além disso, poeira ejetada, como a de vulcões, e a precipitação nuclear após uma guerra nuclear foram sugeridas como típicas de um efeito antiestufa.[McKay, 1991; Courtin, 1992] Além disso, observou-se que a formação de aerossóis de enxofre estratosférico a partir de emissões vulcânicas de dióxido de enxofre tem um efeito de resfriamento na Terra que dura aproximadamente 1 a 2 anos.[Stenchikov, 1998] Todas essas fontes atuam para criar uma estrutura de temperatura em que uma camada superior quente se encontra acima de uma superfície fria, o que caracteriza o efeito antiestufa.

 

Notas

1.Efeito estufa negativo

Cientistas observaram que, às vezes, há um efeito estufa negativo em partes da Antártida.[Schmithüsen, 2015; Sejas, 2018] Em um local onde há uma forte inversão de temperatura, de modo que o ar é mais quente que a superfície, é possível que o efeito estufa seja revertido, de modo que a presença de gases de efeito estufa aumente a taxa de resfriamento radiativo para o espaço. Nesse caso, a taxa de emissão de radiação térmica para o espaço é maior do que a taxa na qual a radiação térmica é emitida pela superfície. Portanto, o valor local do efeito estufa é negativo. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect#Negative_greenhouse_effect 

Extra

Efeito estufa descontrolado

A maioria dos cientistas acredita que um efeito estufa descontrolado é inevitável a longo prazo, à medida que o Sol se torna gradualmente mais luminoso à medida que envelhece, e significará o fim de toda a vida na Terra. À medida que o Sol se torna 10% mais brilhante daqui a cerca de um bilhão de anos, a temperatura da superfície da Terra atingirá 47 °C (117 °F) (a menos que o albedo seja aumentado o suficiente), fazendo com que a temperatura da Terra aumente rapidamente e seus oceanos fervam até que ela se torne um planeta com efeito de estufa, semelhante a Vênus hoje.[Schultz, 2014] 

Referências 

Arney, Giada; Domagal-Goldman, Shawn D.; Meadows, Victoria S.; Wolf, Eric T.; Schwieterman, Edward; Charnay, Benjamin; Claire, Mark; Hébrard, Eric; Trainer, Melissa G. (November 2016). "The Pale Orange Dot: The Spectrum and Habitability of Hazy Archean Earth". Astrobiology. 16 (11): 873–899. arXiv:1610.04515. Bibcode:2016AsBio..16..873A. doi:10.1089/ast.2015.1422. ISSN 1531-1074. PMC 5148108. PMID 27792417. 

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