Eras glaciais do Quaternário: estudo relaciona ciclos de Milankovitch à precessão e obliquidade

A história da Terra é marcada por uma sucessão de altos e baixos climáticos: fases relativamente quentes dão lugar a períodos congelantes de glaciação e, mais tarde, voltam a ceder espaço a condições mais amenas, como as que vivemos hoje.

O enigma das eras glaciais do Quaternário

Entender o que dispara esses episódios de glaciação - também chamados de eras glaciais do Quaternário, que pontuam a muito mais longa glaciação do Quaternário - não é simples. Ainda assim, há bastante tempo muitos investigadores suspeitam fortemente de que as particularidades da órbita da Terra em torno do Sol tenham um papel central.

Um novo trabalho científico agora descreve com precisão como as eras glaciais do passado se alinham a cada oscilação, inclinação e orientação do trajeto do planeta. Com isso, abre-se uma nova forma de antecipar futuras flutuações do clima global.

"A ligação entre pequenas mudanças na inclinação do eixo e na geometria orbital e o avanço e recuo das mantas de gelo continentais representa um dos mistérios mais antigos da ciência do clima", afirmou à ScienceAlert o cientista da Terra Stephen Barker, da Cardiff University, no Reino Unido.

"Por isso, trata-se de uma lacuna fundamental no nosso entendimento do sistema climático. Aumentar a nossa compreensão sobre como o sistema climático dinâmico da Terra funciona é crucial se quisermos prever como o clima pode mudar no futuro."

Ciclos de Milankovitch: excentricidade, precessão e obliquidade

A órbita da Terra em torno do Sol não é perfeitamente simétrica. Ela tem um formato ligeiramente oval, conhecido como excentricidade orbital, com o Sol fora do centro dessa oval - o que faz com que a distância entre a Terra e o Sol varie ao longo do ano.

Além disso, a orientação dessa oval no espaço muda um pouco a cada volta; esse movimento recebe o nome de precessão orbital.

Por fim, a inclinação do eixo de rotação do planeta - a chamada obliquidade - também se modifica à medida que a Terra orbita o Sol.

Já se sabe há algum tempo que essas diferentes características da relação entre a Terra e o Sol geram ciclos de aquecimento e arrefecimento. Alterações periódicas em aspetos distintos da órbita modulam como a luz solar se distribui sazonalmente e de forma geográfica pelo planeta.

Conhecidas em conjunto como ciclos de Milankovitch, essas variações repetem-se aproximadamente a cada 20,000, 40,000, 100,000 e 400,000 anos. No entanto, separar exatamente quais componentes orbitais estão por trás das oscilações climáticas continua a ser uma tarefa difícil.

"O clima da Terra é um sistema interligado de processos complexos, que atuam em conjunto para produzir as mudanças que observamos", disse Barker. "Modelar essas mudanças nas escalas de tempo relevantes para os ciclos glaciais exige muita capacidade de processamento, além de os próprios processos serem difíceis de quantificar e modelar de modo independente."

Um exemplo dessa dificuldade é a existência de dois ciclos com periodicidades muito próximas: a precessão, com 21,000 anos, e o segundo harmónico da obliquidade, com 20,500 anos. Até hoje, ninguém tinha conseguido demonstrar uma ligação inequívoca entre qualquer um desses ciclos e o fim de uma era glacial.

Para complicar ainda mais, nos últimos 800,000 anos as eras glaciais terminaram a cada 100,000 anos, e os cientistas não tinham encontrado a causa desse ritmo.

Nova ligação orbital entre precessão e obliquidade - e o que isso indica para o futuro

Barker e os colegas começaram por analisar as variações nas razões de isótopos de oxigénio no fundo do oceano ao longo dos últimos 800,000 anos, registadas nos exoesqueletos fossilizados de organismos marinhos minúsculos chamados foraminíferos. Essas mudanças permitem reconstruir a variação do volume de gelo continental - isto é, das mantas de gelo - uma medida essencial para estudar a glaciação no passado da Terra.

Com esses dados, o grupo montou um gráfico detalhado dos ciclos de glaciação e comparou esse registo com duas particularidades orbitais: precessão e obliquidade. Foi então que surgiu um padrão notável. As fases críticas das transições entre períodos glaciais e interglaciais coincidiram com uma relação específica entre precessão e obliquidade.

O estudo sugere que a deglaciação - o encerramento de uma era glacial - está fortemente associada a essa relação entre precessão e obliquidade. Já o início de uma era glacial, por sua vez, parece depender apenas da obliquidade.

Segundo os investigadores, esse mecanismo resolve o enigma do ciclo de 100,000 anos - e a resposta estava ali o tempo todo, praticamente à vista.

"Fiquei muito entusiasmado quando vi a relação entre o faseamento orbital e a forma da curva climática ao longo dessas transições tão conhecidas", contou Barker.

"As curvas que estamos a analisar existem há décadas e já foram examinadas milhares de vezes (inclusive por mim) e, ainda assim, a relação que descobrimos (que é fácil de perceber quando apontada) permaneceu praticamente escondida até agora."

Ele acrescentou que trabalhos anteriores tinham defendido que o momento em que as eras glaciais começam seria mais aleatório. O que a equipa observou, porém, é que o processo é determinístico - ou seja, passamos a ter uma ferramenta que permite prever quando as eras glaciais deverão ocorrer no futuro.

Atualmente, a obliquidade da Terra está a diminuir em direção a um mínimo, que deve ser atingido em cerca de 11,000 anos; pelas contas do grupo, a próxima era glacial começará antes disso.

Para Barker, essa informação é crucial para avaliar os efeitos de longo prazo da atividade humana atual.

"De acordo com os relatórios mais recentes do IPCC, os seres humanos já começaram a desviar o clima do seu curso natural por meio da emissão de gases de efeito estufa", explicou.

"Isso significa que as decisões que tomamos agora terão consequências num futuro distante. No momento, as projeções de mudança climática futura são avaliadas em relação a condições modernas (ou pré-industriais).

"Mas acreditamos que, para compreender plenamente a verdadeira magnitude das mudanças futuras, é preciso compará-las com o que poderia ter acontecido num futuro hipotético, livre da influência da humanidade. Portanto, esperamos criar previsões melhores da variabilidade climática natural futura para quantificar a possível influência humana ao longo dos próximos milénios."

A pesquisa da equipa foi publicada na Science.