Paleoclimatologia é o estudo das variações climáticas ao longo da história da Terra. Para isso, são estudados vestígios naturais que podem ajudar a determinar o clima em épocas passadas.
As observações meteorológicas com a ajuda de instrumentos paleoclimáticos, tal como as conhecemos hoje em dia, datam de há 100 ou 200 anos, dependendo do lugar. Este, porém, é um período muito curto relativamente às alterações sofridas pelo clima ao longo dos tempos, durante milhares ou até milhões de anos.
A história do clima pode ser deduzida através de evidências naturais, Salgado-Labouriau, M. L.. História Ecológica da Terra. 2. ed. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 1994. tais como a composição do gelo, a estrutura de árvores petrificadas e outros fósseis e das rochas sedimentares.
Nos últimos dois bilhões de anos, o clima na Terra tem se comportado de forma mais ou menos cíclica, com períodos frios, chamados períodos glaciais, e períodos quentes, chamados períodos interglaciais. Estas mudanças na temperatura são causadas por diferentes aspectos, tais como perturbações na órbita da Terra, a atividade solar, impactos de meteoros, erupções vulcânicas e a ação humana.
A variabilidade do clima da Terra O planeta já sofreu, ao longo de sua existência de 4,5 bilhões de anos, processos de resfriamentos e aquecimentos extremos. Está comprovado que houve alternância de climas quentes e frios (Terra estufa - "hothouse" - e Terra geladeira - "icehouse", na linguagem dos paleoclimatologistas), sendo este um fenômeno corrente na história do planeta. Atualmente o planeta está na situação de geladeira.
O último episódio de resfriamento ou glaciação, iniciado no Pleistoceno (1,8 milhões de anos antes do presente) teve seu ápice há cerca de 18 000 anos, quando, começou o processo de aquecimento, que continua nos dias de hoje. No entanto, o aquecimento não se dá sobre uma curva contínua. Neste espaço de tempo de 18 000 anos houve épocas de aquecimento e resfriamento, causando variações às vezes bruscas de temperaturas em períodos variáveis, mas que podiam ser de décadas ou menos, de vários graus Celsius. A comprovação destes fatos é fornecida pela análise de testemunhos de sondagens, de centenas de metros, obtidos no Ártico e na Antártida, através da análise da composição isotópica do oxigênio encontrado nas bolhas de ar presas no gelo.
Durante os últimos 500 milhões de anos, a Terra passou por quatro episódios extremamente quentes ("hothouse episodes"), sem gelo e com níveis elevados dos oceanos, e quatro episódios extremamente frios ("icehouse episodes"), como o que vivemos actualmente, com camadas de gelo, glaciares e níveis de água relativamente baixos nos oceanos. Pensa-se que esta variação de mais longo termo se deve a variações no influxo de radiação recebida devidas à viagem do nosso sistema solar através da galáxia, correspondendo os episódios mais frios a encontros com os braços espirais mais brilhantes, onde a radiação é mais intensa. Os episódios frios mais frequentes, cada 34 milhões de anos, mais ou menos, ocorrem provavelmente quando o sistema solar passa através do plano médio da galáxia. Os episódios extremamente frios de há 700 e 2300 milhões de anos, em que até no equador havia gelo, correspondem a períodos em que havia uma taxa de nascimentos de estrelas na nossa galáxia anormalmente alta, implicando um grande número de explosões de estrelas e uma radiação cósmica muito intensa.
O carbono-14 radioactivo e outros átomos raros produzidos na atmosfera pelas partículas cósmicas fornecem um registro de como as suas intensidades variaram no passado e explicam a alternância entre períodos frios e quentes durante os últimos 12 000 anos. Sempre que o Sol era fraco e a radiação cósmica forte, seguiram-se condições frias, como a mais recente, na Pequena Idade do Gelo de há 300 anos. Considerando escalas de tempo mais longas, encontra-se uma explicação credível para as variações de maior amplitude do clima da Terra.Cosmoclimatologia
Indicador paleoclimático Na área da paleoclimatologia, utiliza-se o termo indicador paleoclimáticoAEMET «Indicadores paleoclimáticos». Agencia Española de Meteorología. Meteoglosario Visual. ou proxy climático para designar registros naturais que conservam evidências físicas ou biológicas de condições ambientais do passado. Esses vestígios oferecem aos cientistas ferramentas para estimar variáveis meteorológicas de épocas anteriores à documentação escrita. Como os registros instrumentais confiáveis sobre o clima global só passaram a ser sistematicamente coletados a partir da década de 1880, os proxies são fundamentais para compreender o comportamento climático em períodos remotos.
Entre os métodos utilizados, destacam-se as análises da largura dos anéis de crescimento das árvores e das camadas de gelo em núcleos extraídos de regiões polares. Esses dados permitem reconstruções de séries temporais de temperatura em períodos pré-históricos e históricos, contribuindo para o entendimento da evolução climática da Terra.
Diversos tipos de registros proxy têm sido examinados em distintos contextos geológicos. Alguns exemplos incluem a análise de isótopos estáveis em gelo, a taxa de crescimento dos anéis de árvores, a composição de pólen preservado em sedimentos de lagos, e a presença de foraminíferos em depósitos marinhos. Também são empregados dados extraídos de perfis térmicos de poços, bem como de corais e espeleotemas (formações minerais em cavernas), que conservam informações isotópicas e minerais. Cada um desses registros é sensível a fatores climáticos específicos — como temperatura durante o verão ou intensidade das monções — que influenciaram seu desenvolvimento no momento da formação.
A análise adequada dos proxies requer estudos complementares, como a calibração de sua resposta às variáveis climáticas e a comparação entre diferentes tipos de registros para assegurar a consistência dos dados.
Quando combinados, esses registros naturais possibilitam reconstruções de temperatura que ultrapassam em duração os dados instrumentais modernos, oferecendo subsídios valiosos para debates sobre as mudanças climáticas e a história do clima no planeta. No entanto, assim como ocorre com os registros meteorológicos convencionais, a distribuição espacial dos proxies também é desigual, sendo mais abundante nas regiões do hemisfério norte.
Proxys Em diversas áreas da ciência, pode ser necessário analisar fenômenos ou variáveis que não são diretamente observáveis. Para contornar essa limitação, recorre-se frequentemente ao uso de proxies, ou indicadores indiretos, que apresentam correlação conhecida com a variável desejada — como é o caso da temperatura em períodos passados. Ao medir essas variáveis associadas, é possível estimar o comportamento da variável original.
Esses métodos são especialmente valiosos na pesquisa sobre o clima antigo, anterior ao surgimento de instrumentos confiáveis de medição. Por exemplo:
Mudanças nos isótopos encontrados em camadas de gelo ou na extensão das calotas polares podem fornecer pistas sobre oscilações de temperatura no passado; A concentração do isótopo berílio-10 (Be-10) permite inferir variações históricas da atividade solar; A largura dos anéis de crescimento das árvores reflete alterações na temperatura e na quantidade de chuvas ao longo do tempo.
Em geral, os dados obtidos por proxies precisam ser ajustados por meio de calibração, o que é feito comparando-os com medições diretas de temperatura (ou com outro proxy já validado) durante um período em que ambos os registros estejam disponíveis. Isso possibilita definir uma relação confiável entre o indicador e a variável climática de interesse. A partir dessa relação, os registros mais antigos do proxy são utilizados para estimar as condições climáticas de épocas sem dados diretos.
Por exemplo, o crescimento anual de árvores pode ser fortemente influenciado tanto pela temperatura quanto pela precipitação, variando inclusive de acordo com a estação do ano. Já os dados extraídos de núcleos de gelo, por sua vez, são frequentemente utilizados sem a necessidade de calibragens adicionais, pois são considerados altamente representativos.
Técnicas Utilizadas Para se determinar o clima em eras passadas, pela não existência de observações meteorológicas que cobrissem um intervalo de tempo satisfatório, os paleoclimatólogos utilizam algumas técnicas e diversos estudos para se determinar o clima passado. As técnicas mais utilizadas são: alt=pessoas segurando bastões cilíndricos de gelo que possuem quase o dobro do tamanho das pessoas.|miniaturadaimagem|Equipe da base Vostok segurando núcleos de gelo não processados. As amostras possuem entre 4m e 6m, porem futuramente serão cortados em sessões de 1m.
Estudo de geleiras
É uma das técnicas mais empregadas. A avaliação de geleiras é possível, pois estas vão se depositando em camadas, de acordo com a era em que foi formada (as mais recentes vão cobrindo as mais antigas). Estima-se que as calotas polares possuem mais de 100 000 camadas. Nestas camadas, estudiosos encontraram pólen, o que é útil para estimar a cobertura vegetal em determinada época. A espessura da camada pode ajudar a determinar a quantidade de chuvas que aquela região recebeu, pois quanto maior a camada, maior a quantidade de chuvas.
A técnica consiste em coletar amostras (núcleos de gelo) de uma camada de gelo ou geleira através do uso de ferramentas específicas como um trado ou broca motorizada que são capazes de atingir profundidades de até 3,2 km.
Além disso, a relação entre diferentes isótopos de oxigênio e hidrogênio podem ser um indicador da temperatura média daquela região. Dependendo da camada em que forem encontrados, os cientistas podem avaliar a temperatura média daquele período. Destes estudos é que vieram as teorias sobre os ciclos sofridos pelo clima ao longo das eras.
Estudo de árvores petrificadas
Fósseis de árvores são úteis para a determinação da temperatura e da umidade. Através de datação radiométrica, que utiliza o tempo de vida média dos átomos que constituem o material, determina-se, embora com uma margem de erro de cerca de 200 anos, em média, o período em que esta árvore viveu. Os anéis encontrados nas árvores (ver figura) também são pistas sobre a idade e o clima em que esta árvore viveu. A largura destes anéis variam de acordo com o clima de uma forma geral, a espécie, a idade da árvore e a quantidade de água e alimento disponível naquele solo.
Estudo de sedimentos e rochas A análise de sedimentos permite verificar características do solo em uma determinada Era. Esta possibilita o estudo das características da vegetação, da vida existente (ou a ausência de) e temperatura através do tipo de rocha.
Existem, basicamente, três tipos de rochas. As magmáticas, que são formadas pela condensação do magma, indicam a existência de vulcões na vizinhança. As sedimentares são formadas pelo acúmulo de sedimentos. Indicam, também, que esta é uma região de formação antiga, que sofreu diversas alterações no clima. As metamórficas são formadas por alterações na composição das duas anteriores devido a variações de pressão e/ou temperatura em eventos extremos, podendo indicar períodos quentes ou frios. Também são indicadoras de atividade erosiva, pois a erosão também forma rochas Metamórficas, sem necessariamente variar temperatura ou pressão local.
As rochas formam camadas também, sendo que estas camadas demoram de milhares a milhões de anos para se sobreporem, formando, assim, uma fonte de dados de períodos muito distantes, já que as rochas sedimentadas se preservam ao longo do tempo.
Estudo de corais A análise de recifes de corais permite avaliar as alterações nos oceanos. De acordo com as características dos corais permite-se avaliar temperatura da água, bem como sua evolução, pois os corais têm indicadores naturais, como a perda de sua coloração natural.