Os ciclos de Milankovitch são a força motriz por trás das eras glaciais, mudanças climáticas e habitabilidade dos planetas

Mudanças periódicas nos parâmetros orbitais da Terra, chamadas de ciclos de Milankovitch, causam grandes mudanças no clima do planeta. Crédito da imagem: NASA

Os ciclos de Milankovitch são mudanças periódicas nas características orbitais de um planeta que controlam a quantidade de luz solar que ele recebe, afetando seu clima e habitabilidade ao longo de centenas de milhares de anos.

Embora os ciclos de Milankovitch não tenham nada a ver com as mudanças climáticas atuais, acredita-se que tenham ditado o clima da Terra por milhões de anos, fazendo o planeta oscilar periodicamente entre dezenas a centenas de milhares de anos de eras glaciais e períodos mais quentes chamados interglaciais, como aquele em que vivemos.

Hoje, os cientistas podem modelar os ciclos de Milankovitch da Terra milhões de anos no passado e no futuro e comparar seus cálculos com evidências encontradas em sedimentos geológicos em todo o mundo. Alguns acreditam que os ciclos de Milankovitch desempenham um papel fundamental na habitabilidade dos planetas.

O QUE IMPULSIONA OS CICLOS MILANKOVITCH?

A quantidade de luz solar que atinge a atmosfera externa do nosso planeta depende de três parâmetros: A inclinação do eixo da Terra em direção ao plano em que o planeta orbita, a excentricidade de sua órbita (quão elíptica é a órbita) e a chamada precessão do eixo do planeta (à medida que a Terra gira, seu eixo oscila ligeiramente, apontando em diferentes direções ao longo do tempo, como um pião de brinquedo).

Esses parâmetros são influenciados pelas forças gravitacionais de outros planetas do sistema solar, a atração do sol e da lua da Terra. Cada um desses parâmetros muda com uma frequência diferente, mas como os astrônomos conhecem a órbita de nosso planeta e seus vizinhos com grande precisão, eles podem calcular os ciclos de Milankovitch centenas de milhões de anos no passado e no futuro. 

Excentricidade orbital

A forma da órbita da Terra é conhecida como excentricidade. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech

Entre os planetas do sistema solar, a órbita da Terra está entre as mais circulares. No entanto, nem sempre foi assim e mudará novamente no futuro. Essas mudanças são principalmente impulsionadas pela atração gravitacional de Júpiter e Saturno, de acordo com a NASA, e afetam a duração de nossas estações. 

Com uma órbita quase circular, a duração das estações é aproximadamente igual, mas à medida que a órbita se torna mais elíptica, a duração das estações começará a variar. Durante longos períodos de tempo, isso pode desencadear mudanças climáticas profundas. 

“A mudança total na insolação anual global devido ao ciclo de excentricidade é muito pequena”, disse Alberto Maliverno, professor de geofísica da Universidade de Columbia em Nova York. "É um fator muito menor nas variações climáticas sazonais anuais. Mas começa a fazer a diferença em longas escalas de tempo".

Atualmente, a Terra atinge seu ponto mais próximo do Sol, o chamado periélio, no início de janeiro, durante o verão do Hemisfério Sul, e o afélio, o ponto mais distante do Sol, no início de julho. A diferença na distância do planeta à estrela nesses dois pontos é de cerca de 5,1 milhões de quilômetros, segundo a NASA, o que representa apenas cerca de 3,5% da distância média sol-terra. Como resultado, 6,8% mais luz solar atinge a atmosfera da Terra em janeiro do que em julho. Mas o efeito de curto prazo sobre o clima é insignificante. 

No entanto, quando a órbita do planeta atingir seu estágio mais elíptico, daqui a cerca de 100.000 anos, essa diferença resultará em 23% mais luz solar atingindo a atmosfera da Terra em torno do periélio, disse a NASA. Com o tempo, essa diferença pode desencadear mudanças profundas no clima da Terra. 

Alterações na inclinação do eixo da Terra (obliquidade)

Obliquidade é o ângulo de inclinação da Terra em relação ao plano orbital da Terra. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech

Nosso planeta gira em um eixo que está inclinado em direção ao plano orbital. Atualmente, essa inclinação (também chamada de obliquidade) desvia 23,4 graus do que seria um ângulo de 90 graus em direção ao plano orbital. Mas essa obliquidade oscila ao longo do tempo. Ao longo do último milhão de anos, tem oscilado de 22,1 graus para 24,5 graus, de acordo com a NASA. 

Durante períodos mais inclinados, as estações na Terra ficam mais extremas, pois cada hemisfério recebe mais luz solar no verão, quando está inclinado em direção ao sol, e menos no inverno, quando está inclinado. 

Com o tempo, os invernos mais longos levarão à expansão das calotas polares e das camadas de gelo continentais. No auge das eras glaciais, a maior parte da terra da Terra poderia estar coberta de gelo, o planeta se transformando em uma inóspita bola de neve. Essas oscilações da inclinação do eixo da Terra acontecem a cada 40.000 anos, disse Maliverno. 

Precessão 

A precessão é a direção em que o eixo de rotação da Terra é apontado. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech

À medida que a Terra gira, seu eixo oscila em um círculo. Este efeito é chamado de precessão axial. Como resultado, em nossa era, o eixo aponta para o norte em direção à estrela Polaris, conhecida como a Estrela do Norte. Mas em alguns milhares de anos, ele apontará para a estrela Kochab na constelação da Ursa Menor, segundo a NASA. Leva 25.772 anos para o eixo completar um círculo completo. 

A precessão axial torna os contrastes sazonais mais extremos em um hemisfério e menos extremos no outro, disse a NASA. Este efeito combina com a precessão da órbita do planeta. Essencialmente, não apenas o eixo de rotação da Terra oscila, mas também todo o plano, no qual o planeta viaja ao redor do sol. Como resultado, os pontos mais próximos e mais distantes da órbita do planeta em relação à estrela não são fixos, mas se movem ao longo do tempo. Neste momento, o periélio acontece durante o verão do Sul, mas em cerca de 13.000 anos, será o Hemisfério Norte que estará mais próximo da estrela nos meses de verão.

QUEM DESCOBRIU OS CICLOS DE MILANKOVITCH?

Depósitos de sedimentos antigos parecem corresponder aos ciclos de Milankovitch anteriores. Crédito da imagem: Verisimilus/Wikimedia Commons

Os ciclos de Milankovitch são nomeados em homenagem ao matemático e astrônomo sérvio Milutin Milankovitch, que surgiu com a teoria de que as flutuações passadas no clima da Terra, cuja evidência os cientistas podem ver em sedimentos geológicos, foram causadas por mudanças na quantidade de luz solar que atinge o planeta. 

Milankovitch calculou esses ciclos até 600.000 anos, incluindo a quantidade de luz solar que atinge a atmosfera superior da Terra, argumentando que essas mudanças foram responsáveis pelas oscilações periódicas entre as eras glaciais e as interglaciais quentes.

“Os cálculos da história da Terra dos ciclos de Milankovitch ficaram cada vez melhores e mais precisos”, disse Russell Deitrick, pesquisador de pós-doutorado em habitabilidade de planetas na Universidade de Berna, na Suíça. "Ainda há um debate sobre qual é exatamente a resposta do clima aos ciclos de Milankovitch e se eles são os únicos responsáveis pelas eras glaciais".

CICLOS DE MILANKOVITCH E ERAS GLACIAIS DA TERRA

Durante as eras glaciais, a Terra pode se transformar em uma inóspita bola de neve. Crédito da imagem: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY

A prova mais significativa de que os ciclos de Milankovitch ditam o clima da Terra é o fato de que os cálculos astronômicos, coincidem com o que os geólogos veem quando datam camadas de sedimentos encontrados em áreas que no passado formaram o leito do oceano.

"Sabemos que os ciclos de Milankovitch afetaram a glaciação porque podemos ver isso claramente nos registros geológicos", disse Maliverno. "No fundo dos oceanos, sempre há algum sedimento que se deposita lentamente. Quando você tem um período em que chove mais, por exemplo, por causa de mudanças na circulação global, haverá mais erosão e mais sedimento de um determinado tipo. Quando o clima fica mais seco, você obtém um tipo diferente de sedimento. É assim que esses sedimentos registram as mudanças climáticas".

Graças a essas escavações, os cientistas sabem que nos últimos 2,4 bilhões de anos a Terra experimentou pelo menos cinco grandes eras glaciais, de acordo com o Utah Geological Survey. A última era glacial atingiu o pico há cerca de 20.000 anos, durante a época do Pleistoceno, um período que durou de 2,6 milhões a 11.700 anos atrás. No auge da última era glacial, enquanto mamutes lanudos percorriam vastas camadas de gelo cobrindo a América do Norte e a Eurásia, as temperaturas globais eram cerca de 5 graus Celsius (10 graus Fahrenheit) mais frias do que hoje. 

OS CICLOS DE MILANKOVITCH TÊM ALGO A VER COM AS ATUAIS MUDANÇAS CLIMÁTICAS?

O degelo de icebergs na Antártida é uma marca registrada da mudança climática. Crédito da imagem: David Merron Photography/Getty Images

Os negadores das mudanças climáticas gostam de argumentar que nosso planeta se aqueceria não importa o que aconteça, mesmo sem as emissões de gases de efeito estufa que a humanidade está liberando na atmosfera da Terra. 

Maliverno, no entanto, diz que o registro geológico não sugere que esse seja o caso. 

"Houve várias campanhas no passado, quando os pesquisadores perfuraram as camadas de gelo da Antártida e coletaram amostras das profundezas da superfície, atingindo camadas de até 800.000 anos", disse Maliverno. "Eles analisaram as concentrações de dióxido de carbono presas nessas camadas. Existem pequenas bolhas de ar no gelo, essencialmente amostras da atmosfera como era naquela época, e descobriram que, mesmo durante os interglaciais, a quantidade máxima de dióxido de carbono não estava nem perto da quantidade que vemos hoje".

Além disso, acrescentou Maliverno, estudos de modelagem de computador que tentaram reproduzir a mudança climática atual usando apenas variáveis naturais, como os ciclos de Milankovitch, não conseguiram igualar a taxa de aquecimento que vemos hoje.

QUANDO SERÁ A PRÓXIMA ERA GLACIAL?

Ainda assim, mesmo sem a atual mudança climática causada pelo homem, o planeta estaria preparado para algum sério estrago climático em algum momento no futuro. Esse ponto no tempo, no entanto, não chegaria por dezenas de milhares de anos. A próxima era glacial, disse Maliverno, pode ser esperada daqui a cerca de 50.000 anos. Mas o que acontece com o clima nas próximas décadas pode nos preparar para um caos climático muito anterior.

"Nos últimos 10.000 anos, tivemos um clima surpreendentemente constante", disse Maliverno. "A agricultura só poderia começar durante o período interglacial. Foi quando a civilização humana floresceu. Mas estamos mexendo com o clima e realmente mudando esse platô muito uniforme que desfrutamos nos últimos milênios", disse Maliverno. 

O QUE OS CICLOS DE MILANKOVITCH TÊM A VER COM A HABITABILIDADE DOS PLANETAS?

Os pesquisadores acreditam que a habitabilidade de planetas semelhantes à Terra depende da natureza de seus ciclos de Milankovitch. Crédito da imagem: NASA

Os cientistas consideram que a vida na Terra como a conhecemos só poderia surgir graças à natureza bastante suave dos ciclos de Milankovitch do planeta. 

Russell Deitrick modela a habitabilidade de exoplanetas com base em seus ciclos de Milankovitch. Ele acredita que estar na chamada zona habitável, uma região ao redor da estrela central onde pode existir água líquida, não é suficiente para um planeta como a Terra abrigar vida. No entanto, como exatamente os ciclos de Milankovitch afetam a habitabilidade não está claro.

“Alguns estudos descobriram que ter fortes ciclos de Milankovitch, particularmente com grandes mudanças de obliquidade, pode realmente ser uma coisa boa para a habitabilidade”, disse Deitrick. "Isso pode impedir que o planeta entre no estado de bola de neve. No meu estudo [de 2018], encontrei, no entanto, exatamente o contrário. Descobri que, com grandes mudanças de obliquidade, você pode ter camadas de gelo supergrandes se acumulando em terra, que são basicamente permanentes e muito difíceis de se livrar, pois introduzem inércia térmica".

Deitrick cogita que quanto mais pronunciados os ciclos de Milankovitch, menos habitável um planeta pode ser. Os modelos, disse ele, são, no entanto, ainda bastante grosseiros. 

“Para entender os ciclos de Milankovitch de um exoplaneta, precisamos ter medições realmente boas dos parâmetros orbitais do planeta que estamos observando, mas também todos os parâmetros orbitais de todos os outros planetas do sistema”, disse Deitrick. "Os ciclos de Milankovitch são uma coisa complexa causada por perturbações de todos os outros planetas do sistema e perturbações da estrela hospedeira e de quaisquer luas que o planeta possa ter".

O único planeta além da Terra sobre o qual os cientistas têm informações suficientes para analisar seus ciclos de Milankovitch e seus efeitos no clima é Marte. 

"Marte sofre ciclos de Milankovitch que são muito mais extremos [do que os da Terra]", disse Deitrick. "Sua obliquidade muda em quantidades muito maiores do que a da Terra e sua excentricidade muda em quantidades maiores do que a da Terra".

Medições de depósitos polares realizadas por sondas que examinam o planeta vermelho mostram camadas alternadas de gelo e poeira que testemunham as mudanças periódicas de temperatura nas regiões polares de Marte ao longo das eras, disse Deitrick. 

O QUE A LUA TEM A VER COM OS CICLOS DE MILANKOVITCH DA TERRA?

A lua da Terra estabiliza a órbita do planeta, evitando oscilações que podem desencadear flutuações climáticas extremas, acreditam alguns cientistas. Crédito da imagem: photovideostock/Getty Images

O clima da Terra provavelmente seria muito menos favorável à vida se não fosse pela grande lua do planeta. Alguns cientistas consideram que sem a lua, a vida na Terra pode não ser possível.

Esta teoria foi apresentada pelo astrobiólogo Peter Ward e pelo biólogo evolucionário Donald Brownle em seu livro Terra Rara, publicado em 2000. 

Os dois postulam que a lua grande e massiva cria um torque no bojo equatorial da Terra, o alargamento do planeta ao redor do equador, que estabiliza a precessão do eixo do planeta. Ward e Brownle afirmam que, sem a lua, o eixo da Terra oscilaria até 30 graus, causando flutuações climáticas muito mais pronunciadas.

Deitrick, no entanto, adverte que essa teoria não foi comprovada.

PERGUNTAS NÃO RESPONDIDAS SOBRE OS CICLOS DE MILANKOVITCH

Apesar dos avanços na modelagem computacional, ainda existem algumas questões intrigantes sobre as mudanças climáticas da Terra e os ciclos de Milankovitch. Registros geológicos mostram que até um milhão e meio de anos atrás, o clima da Terra estava mudando com a periodicidade de cerca de 100.000 anos, disse Maliverno. Tais flutuações corresponderiam às mudanças na excentricidade da órbita da Terra. 

Sedimentos mais antigos, no entanto, revelam um ciclo muito mais curto, de cerca de 40.000 anos, o que refletiria as mudanças na obliquidade da Terra, na inclinação de seu eixo. O que causou essa mudança repentina é um completo mistério. 

“Não faz muito sentido, porque as mudanças de excentricidade são tão pequenas, e as mudanças resultantes na luz do sol são tão pequenas que não esperaríamos que isso acontecesse”, disse Deitrick. "Então, alguns cientistas do clima argumentaram que as eras glaciais talvez não tenham nada a ver com os ciclos de Milankovitch".

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RECURSOS ADICIONAIS

• Se você precisar de uma cartilha sobre as eras glaciais da Terra, consulte este artigo do Utah Geological Survey. 
• A NASA tem alguns recursos interessantes sobre os ciclos de Milankovitch da Terra e sua influência passada e presente no clima da Terra.

BIBLIOGRAFIA

• Deitrick, R. et al, Ciclos Exo-Milankovitch I: Órbitas e Estados de Rotação, o Astronomical Journal, janeiro de 2018. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aaa301
• Maliverno, A, Meyers, S., Ciclos Proterozóicos de Milankovitch e a história do sistema solar, PNAS, junho de 2018
• Buis, A, Ciclos de Milankovitch (Orbital) e seu papel no clima da Terra, NASA, fevereiro de 2020 https://climate.nasa.gov/news/2948/milankovitch-orbital-cycles-and-their-role-in-earths- clima/
• Buis, A, Por que os ciclos de Milankovitch (orbital) não podem explicar o aquecimento atual da Terra, NASA, fevereiro de 2020 https://climate.nasa.gov/ask-nasa-climate/2949/why-milankovitch-orbital-cycles-cant- explicar-terras-aquecimento-corrente/

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Referência:

PULTAROVA, Tereza. Milankovitch cycles: What are they and how do they affect Earth? Space, Nova York, 14, jun. 2022. References. Disponível em: <https://www.space.com/milankovitch-cycles>. Acesso em: 19, jun. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.