CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos

Transcrição

CLIMA: Processos, Mudanças e Impactos
Engenharia Ambiental – POLI 2007
CLIMA DA TERRA:
Processos, Mudanças e Impactos
Prof. OSWALDO MASSAMBANI, Ph.D.
Professor Titular
[email protected]
Departamento de Ciências Atmosféricas
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas
Universidade de São Paulo
Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP
Referência Bibliográfica
CLIMATE PROCESSES & CHANGE
Edward Bryant
Cambridge University Press
1997
INTRODUÇÃO
História climática da Terra
Conceitos
PROCESSOS FÍSICOS
Processos climáticos
Transferência de calor e massa na atmosfera
O papel dos oceanos
MUDANÇAS CLIMÁTICAS
As mudanças climáticas desde o Pleistoceno
Causas das mudanças climáticas
Os efeitos do homem sobre o clima
IMPACTOS CLIMÁTICOS
Nos ecossistemas e na saúde
IMPACTOS CLIMÁTICOS

Impactos climáticos sobre os ecossistemas e na saúde
Demografia mundial e projeções futuras
Distribuição atual dos diferentes tipos de biomas
Modelando os efeitos do clima sobre os ecossistemas
Saúde e as mudanças climáticas
Capítulo 4
• IMPACTOS CLIMÁTICOS
Nos ecossistemas
Água, Doenças e ... Política
O sistema climático experimenta agora um estado sem
precedência sobre os últimos 400 a 800.000 anos.
Mais quente do que nos último 2000 anos
Cenários de risco do IPCC versus Temperatura
16-2-2005 Entrada em ação do Protocolo de Kyoto – Ficam fora os EUA e a
Austrália (juntos produzem > 25% das emissões mundiais
População Mundial
World population: 6.512.956.507
At morning of April 30, 2006
Source: United Nations, World Population Prospects, The 1998 Revision; and
estimates by the Population Reference Bureau.
Monthly World population figures:
07/01/05
08/01/05
09/01/05
10/01/05
11/01/05
12/01/05
01/01/06
02/01/06
03/01/06
04/01/06
05/01/06
06/01/06
07/01/06
6,451,058,790
6,457,380,056
6,463,701,322
6,469,818,677
6,476,139,943
6,482,257,297
6,488,578,564
6,494,899,830
6,500,609,361
6,506,930,627
6,513,047,982
6,519,369,248
6,525,486,603
Crescimento da população por região
Modelo de transição demográfica
População e Urbanização
Causas:
Aumento na
expectativa de vida
Redução das terras
aráveis +
industrialização
urbana
400
6
)
)
Velocidade das viagens globais em relação ao crescimento
Populacional do mundo
5
300
4
250
200
3
150
2
100
50
1
0
0
1850
1900
Year
1950
2000
World Population in billions (
Days to Circumnavigate (
the Globe
350
Rápido aumento da Urbanização
•
•
2000
- 47% da população
do mundo vivendo
em áreas urbanas
2030
- 60% da população
do mundo vivendo
em áreas urbanas
As 10 maiores cidades do mundo (em milhões) 1999 - incluindo suas
vizinhanças
Tokyo
Mexico City
Sao Paulo
Bombay
New York
Shanghai
Los Angeles
Lagos
Calcutta
Buenos Aires
28.8
17.8
17.5
17.4
16.5
14.0
13.0
12.8
12.7
12.3
Exemplo de um país periférico: Kenya
72% rural
75-80% emprego agrícola
80% da agricultura para o consumo
regional
Estrutura populacional do Kenia
Um exemplo de um país central: Italia
90% urbana
12% emprego agrícola –
orientado para o consumo
interno e para exportação
Estrutura populacional da Itália
População Global
•
6,526 bilhões
•
Ainda cresce cerca de 70 milhões/ano
•
Estima-se para 2050 entre 9 e 12 bilhões
Top 10 Countries
China
India
US
Indonesia
Brazil
Russia
Pakistan
Bangladesh
Japan
Nigeria
1,270,000,000
1,030,000,000
281,421,906
224,784,210
172,860,370
146,001,176
141,553,775
129,194,224
126,549,976
123,337,822
Los Angeles Times 2001
•
Maior crescimento previsto no mundo em desenvolvimento
•
Taxa Total de Fertilidade (TFR) - taxa usualmente definida a
partir do número de nascimentos que ocorrem durante um
ano - 1.2 a 8 / mulher
•
Países ricos terão as menores taxas de crescimento
•
Países pobres terão as maiores taxas de crescimento
Nearly Half of Earth's Land Has Been Transformed by Humans.
Humans have gravely altered the chemistry, biology and physical structure of the Earth's
land and water, according to the latest findings on the "human footprint on Earth."
Half of the mangrove forests, which serve as estuaries in the tropics, have been lost to a
combination of coastal development and conversion to aquaculture.
Global aquaculture now accounts for more than one-quarter of all fish consumed by
humans. In the case of shrimp and salmon -- the fastest growing segment of aquaculture -two to three pounds of fish are needed to grow one pound of the raised seafood. Thus this
practice is depleting the oceans of food for wild fish, birds, and marine mammals.
About 3000 species of marine life are in transit in ballast water of ships around the world,
resulting in a serious invasion of non-native species in our waterways. A minor but
increasing contributor to the problem is escape of non-native fish and plants from
aquariums.
There are now some 50 'dead zones' in the world's coastal areas is reported. The largest
in the Western Hemisphere is in the Gulf of Mexico, caused by excess nitrogen and
phosphorus flowing down the Mississippi River
http://www.overpopulation.org/
Barreiras para o crescimento futuro
• Saúde dos Ecossistemas
• Produção de Alimentos
• Pico na Produção de Petróleo
• Mudança Climática
Saúde dos Ecossistemas
•
Nos últimos 50 anos, os humanos têm alterado os
ecossistemas mais rapidamente e de forma
extensiva, mais que em qualquer outro período.
•
As alterações dos ecossistemas têm contribuído
substancialmente para o bem estar e para o
desenvolvimento econômico a um alto custo na
forma de degradação de outros serviços.
•
O desafio de reverter essa degradação, enquanto
aumentando a demanda, somente pode ser
alcançada através de significativas políticas
públicas e mudanças institucionais.
Produção de Alimentos
•
800 milhões subnutridos (com fome) sem dinheiro para
comprar comida
•
3 bilhões mal nutridos
•
Muitos países sem suficiência em alimentos
•
A produção total de calorias tem se mantido em fase com o
crescimento populacional graças à produção de óleos
vegetais, mas…
•
A produção per capita de grãos tem caído nas duas últimas
décadas (380 a 330 kgs/pessoa)
Pico da Produção de Petróleo
•
O suprimento global alcançará um pico a curto prazo
•
Se extinguirá em cerca de 40 anos
•
Produção atual é de cerca de 85 mbd e 75 mbd em 2015
•
A superprodução leva ao colápso da produção
•
Novos campos em geral tem qualidade pobre
População
•
Aumenta a demanda por alimento e água com o
crescimento da população
•
Hoje há cerca de 1.1 bilhões sem água adequada e
2.4 bilhões sem saneamento adequado
•
Necessidade da redução da demanda per capita
nos países ricos e tirar o pobre da miséria
Efeitos na Saúde Humana
• A variabilidade climática causa profundos
efeitos nos organismos vivos da Terra
• Mudanças na incidência, duração, surgimento
e intensidade de tempestades, furacões,
enchentes e secas, podem impactar de forma
significativa no ciclo de vida das doenças em
humanos, animais e plantas.
Os padrões de grande escala das
mudanças climáticas são bem entendidos,
mas as projeções das mudanças em
escala regional e em menores escalas
permanecem incertas
Atividades Humanas
Mudanças Climáticas Regionais / Variabilidade
Precipitation
Temperature
River Discharge
Sea Level
Rise
Bay
salinity
sedimentation
coastal erosion,
wetland loss
Nutrients
Algal Blooms
Land Use/Cover
Sediment
Transport
dissolved
oxygen
turbidity
water quality
habitat
RECURSOS BIOLÓGICOS EM ECOSSISTEMAS AQUÁTICOS
Não há uma regra
única
O fato de que a
trajetória para a
sustentabilidade não
pode ser identificada
antecipadamente, ela
terá que ser navegada
através da tentativa e
erro, bem como,
através da
experimentação
consciente.
National Research Council, 2000 Our
Common Journey
Impactos Climáticos
Impactos social, econômico e ambiental estão associados
diretamente com eventos severos e extremos.
O conceito mais importante no estudo dos impactos é a
vulnerabilidade:
Social
Econômica
Ambiental
Os impactos sociais são proporcionais à vulnerabilidade
social.
A vulnerabilidade social depende das condições de acesso das
pessoas à educação, saúde, habitação, alimentação e ...
“Will Not” or
“Extremely
Unlikely”
“Will” or
“Virtually
Certain”
“Very Likely” or
“Very Probable”
“Very Unlikely” or
“Little Chance”
Greater than roughly
9 chances in 10
Less than roughly
1 chance in 10
“Unlikely” or
“Some Chance”
“Likely” or
“Probable”
Greater than roughly
2 chances in 3
Less than roughly
1 chance in 3
Limited Evidence
or Speculative
“Possible” or
“May”
Roughly even odds
0%
Increasing Likelihood (or Chance of Occurrence)
Increasing Confidence in Well-Established
the Results
Um Léxico Conceitual da Confiança Relativa e da Probabilidade
100%
Cenários de Mudanças Macro-Climáticas
Impactos de Primeira Ordem:
Propriedades climáticas regionais
Impactos de Segunda Ordem:
Agricultura e Uso do solo
Impactos de Ordem Superior:
Produtividade Agropecuária, Produção Regional, Preços e etc..
Mas..., há grande
VARIABILIDADE CLIMÁTICA
Monitorando desastres e eventos extremos
0
2 0 0 0
4 0 0 0
K m
Cool summer
Climate system
monitoring
10 Sep 2003 Iwate Prefecture
Press reports
on natural disasters
Forest fire
Drought
W
Flood
Storm,wet Oct
Dry Jun
Drought Jun-Jul
Hot, dry, forest fire Jun-Sep
Forest fire Oct
Cold Jan,Feb
Dry Oct
Drought Sep-Nov
Hot Jun
Heat wave, Forest
fire Jun-Jul
Hot Jun-Jul
Wet Jul,Oct
Wet, typhoons May-Nov,Dec
Wet May-Jun
Hurricanes Aug-Sep
Cyclones Mar
Cold Jun-Jul
Cold Dec-Jan
Wet Jul,Aug
Cyclones,storm Apr-Oct
p r o je c tio n
Amagi Agricultural Office
Global extreme climate event chart (Extreme events in 2004)
Stormy snow Nov
i n k e l 's
Wet Jul
Dry Jun, Drought Jun-Jul
Wet Jan-Feb
Como em qualquer outra região, há uma grande variabilidade no clima da América Latina
EXTREMOS CLIMÁTICOS
Sêcas Janeiro a Agosto de 1983
Enchentes e Tempestades
Janeiro a Agosto de 1983
Glantz, M. 1987
•
Regiões semi-áridas marginais são
em geral mais vulneráveis aos
eventos climáticos.
•
As pessoas pobres que dependem
da agricultura nessas regiões se
constituem nos grupos mais
vulneráveis a eventos de extremos
climáticos.
A história do impacto da seca no NE brasileiro é muito relevante.
Aparentemente o número de eventos de seca têm aumentado ao longo
da história.
* Anos com eventos extremos - Magalhães - 2002
CLIMA, SOCIEDADE e POLÍTICAS PÚBLICAS
• O clima afeta a sociedade
• A sociedade e o governo respondem aos
impactos climáticos
O clima e suas variações afetam grandemente
as condições de vida em todas as localidades.
Na América Latina há uma grande variabilidade
climática: O caso do NE do Brasil
Degradação ambiental e mudança no uso do solo
Dinâmica Cíclica
Education
New skills
Societal
Outcomes
Economic
Outcomes
New social
structures
POLICY
New industries
New institutions
S&T
Outcomes
Knowledge
Networks
Conduct
of Science
Knowledge transfer
Tech transfer
VULNERABILIDADE
Variabilidade
Climática
Eventos
Climáticos:
Sêcas – Enchentes
• Biofísica
Impáctos
Climáticos
Respostas
Políticas
• Políticas emergenciais
Vulnerabilidade
• Social
Populações com acesso à:
educação, saúde, saneamento, habitação…
• Políticas de
desenvolvimento de longo
prazo
Políticas emergenciais de curta duração
Desenvolvimento de políticas de longo termo
IMPACTOS DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS
O primeiro Furacão no Atlântico Sul: Uma possível amplificação dos eventos extremos!
Riscos: Malária, Fome, Redução de água potável e enchentes
NDVI - Ìndice de Vegetação Normalizado – Fevereiro de 1992
AVHRR 8-km
Modelos
Climáticos já
estão sendo
acoplados com
processos da
biota e seus
ciclos.
NDVI - Ìndice de Vegetação Normalizado – Setembro de 1992
AVHRR 8-km
NDVI =
IRpróximo – V
_________
IRpróximo + V
IRpróximo V-
(0.76 a 0.90 micras)
(0.63 a 0.69) micras
Desmatamento na Amazônia - 1999
O DESMATAMENTO DA AMAZONIA: Vias de transporte – densidade
populacional – severidade da estação seca
100
y = 47.58 - 19.48log(x) R= 0.5075
Auto-estradas
y = 7 0 .1 8 - 2 6 .1 6 lo g (x )
80
R = 0 .6 5 6 9
60
40
20
Deforestation (% )
Deforestation (% )
100
80
Estradas
60
40
20
0
0
1 00
2 00
3 00
4 00
5 00
0
6 00
D is ta n c e to h ig h w a y (k m )
0
50
100
150
200
250
300
Distance to road (km)
Rural Populations
100
y = -16.93 + 18.85log(x) R = 0.4928
Severidade da Estação Seca
Deforestation (% )
Deforestation (% )
100
80
60
40
20
0
80
60
40
20
0
0
100
200
300
400
500
2
Rural-population density (no./km )
1
2
3
4
5
6
7
D r y - s e a s o n d u r a tio n ( m o n t h s )
Distribuição global dos Biomas
SPOT-VEGETATION 1998/9
A Água e impactos
Lagos
1. Oligotróficos – pequena quantidade de nutrientes
2. Eutrófico – excessiva quantidade de nutrientes
• Eutrofização – fertilizantes
• Poluição – resíduos e esgoto
• Sedimentos – erosão
• Canalização
• Introdução de espécies exóticas – plantas e peixes
• Mudança na vazão – mais enchentes
Demanda global por água potável
Riscos de incidência de vetores transmissores de doenças
infecciosas
Efeitos do Aquecimento Global sobre a Malaria
Índice de Malaria - 1965
Índice de Malaria - 1994
Jeffrey D. Sachs – Harvard -1999
Aumento de doenças infecciosas Translocation
Encroachment
Introduction
“Spill over” &
“Spill back”
Agricultural
Intensification
Dasazak P. et.al.
Science 2000 287:443
Wildlife EID
Domestic
Animal EID
Human
encroachment
Ex situ contact
Ecological
manipulation
Human EID
Technology and
Industry
Global travel
Urbanization
Biomedical
manipulation
Progressos tecnológicos e possibilidades de solução de
problemas atuais e futuros com novas soluções
•
Assim como as tecnologias de 1900 não poderiam sustentar a
população de 2000, novas tecnologias serão desenvolvidas para a
população de 2100 e além.
•
Enquanto algumas tecnologias estão contribuindo para resolver os
problemas de agora, voltar para a natureza não é uma opção, tendo
em vista a população no presente e no futuro, tecnologia é essencial.
•
Custo-benefício de novas tecnologias e manufaturados estão
emergindo e nos ajudarão a ter uma energia limpa e um meio
ambiente conservado, necessitando apenas um maior
comprometimento.
•
Sendo assim, se nós estamos nos limites acima ou abaixo do impacto
de mudanças climáticas isto é irrelevante, nós podemos resolver este
problema através de mais investimento em pesquisa e
desenvolvimento.
Uma importante questão !
Como os ecossistemas marinhos, os ciclos
biogeoquímicos e suas interações respondem às
mudanças globais e como retroalimentam o
Sistema Terra ?
Balanços dos custos economicos e benefícios focados
nas estimativas dos custos esperados
•
Sociedade e progresso são dirigidos de forma mais efetiva quando se
considera todos os aspectos em termos do custo monetário.
•
Embora pareça algo sem sentimento, o valor econômico ou monetário é
freqüentemente associado com itens sem um verdadeiro valor monetário
como a vida humana, a comunidade, a pesca, a floresta e outros.
•
Os custos das mudanças na tecnologia da energia atualmente podem ser
relacionados ao acumulo de custos e/ou benefícios das mudanças no meio
ambiente usando algum tipo de desconto na conta final.
•
Incertezas na ciência e os riscos do meio ambiente podem ser ponderados, o
valor na busca do conhecimento pode ser estimado e prioridades podem ser
recomendadas.
•
Sendo assim, procure atualmente o que é o custo-efetivo, mas espere até
mais tarde para fazer os cortes necessários, pois a tecnologia está sempre
se desenvolvendo e com isso o impacto na base econômica deve ser
minimizado.
Declarações de lideres do setor econômico tem sugerido que existe
um potencial significativo do ponto de vista custo efetivo para redução
de emissões
“Estudos econômicos tem identificado que existem muitas políticas
potenciais para reduzir as emissões de gases de efeito estufa onde os
benefícios são maiores que o custo total.
Para os Estados Unidos em particular, as análises econômicas
mostram que pode haver uma opção de política que desaceleraria as
mudanças no clima sem causar maiores problemas aos padrões de
vida americanos e que estas medidas poderiam até melhorar a
produtividade dos EUA num futuro próximo.”
(Arrow, Jorgenson, Krugman, Nordhaus, Solow, et al. January 1997)
Considerações de Igualdade e apelo a honestidade das
pessoas para considerar os interesses de outros
•
Grupos religiosos tem pedido para que as considerações morais
estejam no núcleo deste tipo de tema.
•
Qualquer coisa que se faça deve ser pesado o efeito relativo e o custo
de ricos versus pobres – pesquisas tem indicado que os pobres tem
menos capacidade para se adaptar.
•
Qualquer coisa que se faça deve ser pesado o efeito relativo e o custo
dos EUA versus os outros países – pesquisas apontam que mudanças
climáticas terão um impacto maior nas nações em desenvolvimento.
•
Qualquer coisa que seja feita deve levar em consideração os impactos
relativos dos custos desta geração versus de futuras gerações – a
justiça sugere que nós devemos fazer nossa parte e que trabalhar no
problema de forma modera e ao longo de um tempo maior é melhor do
que esperar e tentar fazer tudo de uma só vez.
ENTRETANDO, resolver este dilema de meio ambiente é
muito difícil dentro dos nossos muitos desejos
Nós queremos uma ciência com certeza mesmo que nosso futuro
seja incerto.
•
Nós queremos uma energia abundante e barata para podermos
viver livres de preocupações
•
Nós queremos um meio ambiente limpo, saudável e estável para
nós e nossos filhos
•
Nós queremos que novas tecnologias aumentem nosso conforto
e mobilidade
•
Nós queremos que os custos de nossas necessidades sejam
baixos assim nós poderemos fazer mais com o que sobrar
•
Nós queremos justiça
•
Nós queremos (e dependemos) das boas relações com o mundo
•
E, Nós queremos que nossos políticos resolvam este problema
Então, onde estamos agora?
A diversidade de perspectivas em prioridades e incertezas tem nos
levado a uma grande variedade de opiniões sobre o que devemos
fazer
¾ Não tome nenhuma
medida agora, pode ser
feito depois
¾ Expandir a pesquisa e
desenvolvimento
¾ “Sem lamentações”-faça o
¾ Esperar até que haja um conhecimento
melhor
¾ Adie decisões enquanto houver incertezas,
melhore suas opções
que é custo efetivo
¾ O risco econômico triunfa sobre o risco do
meio ambiente
¾ Investimento modesto
como uma apólice de
seguro
¾ Pondere os custos benefícios para
balancear os riscos econômicos e do meio
ambiente
¾ Busque ações agressivas
agora
¾ Riscos no meio ambiente e perdas
irreparáveis precisam ser analisados
Uma analogia entre a Terra e a nossa casa
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Começamos com a casa limpa, abastecida e com o número de pessoas ideal
para que todos possam viver com conforto.
O número de pessoas cresce, o espaço aperta, a demanda por água e
alimentos aumenta.
Um número maior de pessoas implica em aumento no consumo de energia e
na produção de lixo. Ainda por cima, alguns habitantes gostam de fumar,
enchendo o ar de poluentes.
A solução é impor regras contra o fumo em excesso, reduzir o lixo e o
consumo de energia e otimizar o uso da água. Caso contrário, a casa original
rapidamente não daria conta da demanda crescente dos seus habitantes.
A Terra é bem maior do que uma casa mas também é finita.
A atmosfera, os oceanos e o solo reciclam eficientemente a poluição e o lixo
que criamos. Mas todo sistema finito tem um limite.
Não há dúvida que, se não mudarmos o modo como usamos e abusamos do
planeta, chegaremos a esse limite.
Infelizmente, a ciência não pode prever exatamente quando isso vai ocorrer.
Mas ela, junto com o bom senso, afirma que é uma mera questão de tempo.
“A humanidade já consome 20% mais recursos naturais do
que o planeta é capaz de repor”
Relatório Planeta Vivo 2002 – WWF
É NECESSÁRIO EMPENHO INDIVIDUAL E COLETIVO
PARA PODER PRESERVAR NOSSO PLANETA PARA
AS FUTURAS GERAÇÕES !!!
O FUTURO DO PLANETA DEPENDE DE CADA
UM DE NÓS !!
OBRIGADO !!!
Votos de sucesso a cada um de vocês!
________________
Prof. Massambani