Pesquisa geoquímica aprimora modelos climáticos

Por José Tadeu Arantes
Agência FAPESP – Qual o impacto das oscilações naturais de longa e média durações na configuração climática? Como evoluiu, nos últimos 50 mil anos, aquela que é atualmente a maior floresta do mundo? Em que medida os dados do passado validam as projeções para o futuro?
Perguntas como essas compuseram o pano de fundo do projeto de pesquisa “Variabilidade do sistema de monção da América do Sul dos últimos três milênios integrando registros lacustres, espeleotemas e marinhos”, coordenado por Francisco William da Cruz Junior, do Instituto de Geociências da Universidade de São Paulo (IG-USP), e por Renato Campello Cordeiro, do Instituto de Química da Universidade Federal Fluminense (IQ-UFF). O projeto foi apoiado por acordo de cooperação entre a FAPESP e a Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj).
A pesquisa fez reconstituições do clima e do ambiente de milhares de anos atrás, no território que hoje é o Brasil, investigando o fundo de lagos e cavernas. Segundo Cruz, da USP, esse tipo de pesquisa, que investiga o chamado “paleoclima”, poderá ajudar os climatologistas atuais. “Hoje em dia, são bem conhecidos os ciclos de alta frequência, como os do El Niño e La Niña, que se repetem em intervalos de dois a sete anos. Mas existem ciclos naturais mais longos, que duram várias décadas, séculos ou até mesmo milênios, e há uma limitação estatística para detectá-los, pois nossas séries temporais não são extensas o suficiente, uma vez que dependem da idade das estações de coleta”, disse.
Conforme os autores, a pesquisa abrangeu um intervalo de tempo muito maior do que os 3 mil anos referidos no título do projeto. O trabalho realizado por Cruz foi analisar amostras de cavernas (espeleotemas), mais especificamente de estalagmites, que foram datadas pelo método de decaimento radioativo do urânio para o tório e depois submetidas a análises geoquímicas. Já a pesquisa de Cordeiro utilizou perfis sedimentares lacustres – o lodo parcialmente endurecido dos fundos dos lagos – e fez a datação das diversas seções dessas colunas mediante o método do carbono 14.
Uma das constatações foi a de que a Floresta Amazônica adquiriu a exuberância que a caracteriza hoje em época extremamente recente, nos últimos 4 mil anos.
Amostras de cavernas
No caso dos espeleotemas, como se trata de material inorgânico – carbonatos infiltrados pelas águas das chuvas e depositados nas cavernas –, não pôde ser aplicada a técnica mais conhecida do carbono 14, que é efetiva apenas para amostras orgânicas.
“Medindo-se as concentrações de urânio e de tório, por meio do espectrômetro de massa, é possível estimar, pela relação entre os dois valores, a idade da amostra, com uma margem de erro de apenas 1%”, disse Cruz.
Uma vez datadas, as amostras foram submetidas a análises geoquímicas. A composição química de cada secção do material correlaciona-se com as condições ambientais prevalentes no período de formação da camada.
“É difícil traduzir composição química em milímetros de chuva por ano. Mas é possível detectar oscilações de precipitações, caracterizando períodos mais ou menos chuvosos, e, com base nisso, construir um mapa de distribuição de chuvas em escala continental”, detalhou Cruz.
Segundo o cientista, o indicador mais seguro, no caso de suas amostras, é a razão dos diferentes isótopos do oxigênio – como a razão entre o oxigênio 18, que é raro, e o oxigênio 16, o mais abundante. Essa relação possibilitou determinar, inclusive, a procedência das precipitações, se foram geradas pela umidade proveniente da Amazônia ou do Atlântico, por exemplo.
Sedimentos de lagos
“O estudo do paleoclima me fez rever alguns conceitos da Ecologia”, lembrou Cordeiro. “A Ecologia opera com a ideia de clímax, de que o ecossistema atinge um apogeu de complexidade, a partir do qual começa a declinar. No entanto, a ciência paleoclimática mostra que os sistemas mudam em estrutura e funcionamento em função do clima, estando sempre em equilíbrio com as mudanças climáticas.”
“Os sistemas florestais amazônicos, tais como os conhecemos hoje em relação às suas biomassas, são um produto da relativa estabilidade climática dos últimos 4 mil anos. Nesse período, a biomassa aumentou de forma significativa e com crescente acumulação de carbono até os dias atuais, compondo hoje o mais importante bioma em estoques e captura de carbono da biosfera terrestre. Esse patrimônio encontra-se, agora, fortemente ameaçado pela ação humana”, disse o professor da UFF.
De acordo com Cordeiro, o nível dos lagos existentes na Amazônia apresentou um movimento descendente no período que vai de 50 mil a 18 mil anos atrás. E muitos lagos secaram entre 25 mil e 18 mil anos, em função da última era glacial, quando o regime hidrológico global diminuiu com a retenção de água nas geleiras.
Depois, entre 15 mil e 8 mil anos atrás, o clima voltou a ficar mais úmido. E, entre 8 mil e 4 mil anos, ocorreu novamente um período de diminuição da umidade, chamado de “fase seca do Holoceno Médio”.
“Nessa fase, o clima foi extremamente variável, com épocas nas quais a floresta cresceu e outras em que sofreu intensos distúrbios, com a ocorrência de muitos incêndios. A partir de 4 mil anos – com períodos secos intercalados menos intensos que o do Holoceno Médio –, o clima tornou-se consistentemente mais úmido. Em especial nos últimos 400 anos, a floresta registrou um aumento expressivo em sua biomassa. Nas amostras mais recentes, percebemos o impacto da presença humana pelo grande aumento de partículas carbonizadas”, disse Cordeiro à Agência FAPESP.
“A taxa de sedimentação varia de lago para lago. Uma coluna de 1 metro pode ter até 40 mil anos em um caso e apenas 100 anos em outro. Se a taxa de sedimentação for elevada, a amostra apresentará alta resolução temporal. Por outro lado, se a taxa de sedimentação for baixa, um mesmo comprimento de coluna, embora com menor resolução, possibilitará mergulhar muito mais profundamente no passado. Temos registros da Lagoa da Pata, que fica na Amazônia, perto da linha do Equador, quase na fronteira com a Venezuela, nos quais uma coluna de 1,20 metro nos permitiu recuar até 50 mil anos”, disse.
O cálculo da taxa de sedimentação é simples, ao menos do ponto de vista conceitual. Basta dividir a distância entre duas seções da coluna pelo intervalo de tempo compreendido entre suas respectivas idades, estimadas por meio do carbono 14. O quociente é expresso em centímetros por ano.
Mas o objetivo da pesquisa, que continua a ser desenvolvida por Cordeiro após o fim do projeto FAPESP-Faperj, é bem mais ambicioso. Consiste em colher a coluna de sedimentos, datar as diferentes seções e investigar, em cada seção, indicadores correlacionados com as condições ambientais. “Cada coluna demanda cerca de dois anos de trabalho”, comentou.
O conjunto dos indicadores engloba a granulometria (o tamanho dos grãos encontrados informa sobre a hidrodinâmica do meio), a geoquímica inorgânica (a partir da composição mineral é possível determinar as fontes dos sedimentos) e a geoquímica orgânica (por exemplo, se a vegetação existente em torno do lago no período considerado era de tipo florestal ou de gramínea), entre outros fatores.
“Trabalhamos em cooperação com pesquisadores que estudam a composição dos grãos de pólen depositados nos sedimentos. Se há pólens de vegetação arbórea, isso informa que o clima era mais úmido naquela época. Ao passo que pólens de gramíneas e outros vegetais adaptados a condições de estresse hídrico indicam um clima mais seco. E pólens de espécies cultivadas sinalizam a intervenção humana”, explicou Cordeiro.
Outro indicador bastante utilizado pelo pesquisador é a quantificação de partículas carbonizadas. São indícios de momentos nos quais a floresta sofreu distúrbios relacionados com a ocorrência de climas mais secos ou com a intervenção humana. “Cruzando dados geoquímicos com os dados de pólens, é possível interpretar se as queimadas foram eventos espontâneos ou resultados da ação humana”, acrescentou.
O passado desvendando o futuro
Tanto no caso dos espeleotemas de Cruz como dos perfis lacustres de Cordeiro, é a integração de uma grande massa de dados que possibilita construir cenários sobre o clima do passado. E, com base nisso, fornecer aportes valiosos para os modelos atuais.
“Nossa expectativa é determinar padrões naturais, para que aqueles que trabalham com modelos possam diferenciar tais ocorrências daquelas causadas por fatores antrópicos e entender o acoplamento de uma coisa com a outra”, resumiu Cruz.
“Começamos estudando os efeitos de fenômenos de longa duração, como os Ciclos de Milankovich, já bem descritos na literatura, que resultam de diferentes processos astronômicos [como a variação da distância Terra-Sol causada pelas interações gravitacionais da Terra com outros planetas e o Sol, gerando ciclos de precessão de 23 mil e 19 mil anos ]”, afirmou o pesquisador.
“Depois, transitamos para ciclos de variação climática mais curtos, de poucos milhares de anos, de séculos e de décadas, como a Oscilação Multidecadal do Atlântico [Atlantic Multidecadal Oscillation ou AMO], gerada por mudanças na circulação oceânica. O desafio é chegar a ciclos cada vez mais curtos, com alta recorrência na atualidade”, continuou.
“Em uma série temporal muito curta, a atual seca que aflige a região Sudeste do país tende a ser considerada um evento singular. Mas, com a incorporação de dados paleoclimáticos e a composição de séries mais longas, talvez possam ser detectados outros períodos de seca severa há centenas de anos. E, a partir disso, estimar o quanto a intervenção humana está magnificando os eventuais ciclos naturais.”
Os dados fornecidos pelo estudo do paleoclima podem contribuir não apenas para o aprimoramento dos modelos climáticos, mas também para a gestão ambiental. Isso fica claro, por exemplo, em uma linha de pesquisa desenvolvida atualmente por Cordeiro na Amazônia, que investiga a correlação entre as variações climáticas e a acumulação de carbono nos lagos de várzea.
“Hoje, sabemos razoavelmente bem quanto carbono há na floresta em pé e quanto carbono existe nos solos. Foram publicados também, por colegas, dois trabalhos importantes sobre o transporte de carbono pelos rios amazônicos rumo ao mar. Mas ainda temos poucos estudos sobre a acumulação de carbono nos lagos de várzea”, disse.
“Dos 6 milhões de quilômetros quadrados da Amazônia, cerca de 800 mil quilômetros quadrados correspondem a áreas inundáveis: é razoável supor que a acumulação de carbono nas várzeas constitua um fator muito importante em relação à dinâmica na biosfera desse elemento fundamental para o equilíbrio climático do planeta”, disse Cordeiro.
Estimar o montante dessa reserva torna-se especialmente urgente diante da perspectiva de construção de um numeroso conjunto de barragens na Amazônia.
“O impacto poderá ser muito grande, pois as barragens, caso sejam concretizadas, mudarão fortemente o regime hidrológico, praticamente extinguindo os sistemas de várzeas, que no conjunto atuam como importante compartimento acumulador de carbono”, alertou Cordeiro.