Conceitos e fenômenos que questionam as mudanças climáticas antropogênicas e a impossibilidade Física do efeito estufa.

Por: Dr. Thiago Maia

O CO₂ apresenta uma geometria molecular linear na qual o Carbono está localizado entre dois átomos de Oxigênio e como esses átomos estão opostos com a mesma eletronegatividade a molécula se torna apolar e toda molécula apolar não absorve a radiação infravermelha.

Mas como o CO₂ consegue absorver umas bandas?

Na atmosfera há uma repulsão das eletrosferas através das colisões moleculares com os constituintes, gerando uma dispersão dos elétrons das extremidades fazendo com que a molécula adquira um dipolo induzido ou força de dispersão de London, tornando-a capaz de absorver poucas bandas na radiação infravermelha, por esse motivo as colisões e a pressão provocam um alargamento na banda de absorção da radiação infravermelha (IV).

Na teoria clássica do eletromagnetismo as radiações são tratadas como ondas, mas umas séries de fenômenos Físicos, não eram explicados e só através da Física Quântica que passaram a ser entendidos.

Na teoria da Física Quântica, Max Planck propôs que a energia era absorvida por átomos e moléculas através de pacotes discretos de energia chamados quantum, mas foi com os estudos de Albert Einstein que esses pacotes discretos passaram a se chamar de fóton.

Cada elétron só pode absorver um fóton por vez, nas condições naturais de temperatura e pressão na Terra.

Agora como eu costumo desmistificar a Física do impossível dos gases do falacioso ‘efeito estufa”, eles absorvem radiação IV (CO₂ absorve e o próprio Tyndall disse que se a atmosfera fosse seca ela seria fria, mas ele errou ao falar que a culpa disso é a radiação IV), os gases para absorver a radiação IV tem que ser de moléculas polares (água) o CO₂ é apolar, mas ele por influência da pressão das outras moléculas, colisões e efeito Doppler, ele adquire um dipolo induzido e assim ele passa a absorver 4 bandas da radiação IV e as mais eficiente é no pico de 15 μm (microns) de comprimento de onda, que equivale a uma radiação emitida por um corpo de –80 ^oC (lei de Wien) e a segunda mais absorvente equivale a uma superfície é no pico de 400 ^oC (4,3 μm). Assim, além de absorver em poucas bandas, diferentemente da água que possuí um espectro contínuo, quando uma molécula em um estado energético vibracional de menor intensidade absorve um certo fóton de comprimento de onda dentro da radiação IV, o mesmo irá aumentar a energia vibracional da molécula e quando a molécula emitir um novo fóton, esse será menos energético ao que foi inicialmente absorvido, pois parte da energia fotônica foi gasta aumentando a energia da molécula, certo?

Assim, quando esses fótons forem emitidos pelos gases de “efeito estufa” por terem uma energia menor, será associado a um fluxo de radiação no seu máximo de emissão de menor temperatura que a superfície que emitiu, seria como um corpo frio fosse aquecer a um corpo quente, ou seja impossível.

A Lei de Kirchhoff diz que todo corpo que é bom absorvedor num dado comprimento de onda também é bom emissor naquele comprimento de onda. A condição básica é que o corpo esteja em equilíbrio térmico. Portanto, se o CO₂ absorve bem em 15 μm, ele também emite bem em 15 μm.

Lei de deslocamento de Wien

A lei de Wien diz que a energia emitida cresce com a temperatura, com ela pode-se estimar a temperara de uma fonte de energia que esteja a milhões, bilhões de quilômetros de distância, somente analisando o espectro da radiação eletromagnética emitida que chega até nós.

É pela Lei de Wien que conhecemos que a maior parte da radiação solar, encontra-se na região do visível principalmente e do infravermelho próximo.

Ao relacionar a temperatura com a energia que um corpo emite, podemos relacionar também ao comprimento de onda na relação matemática.

Onde:

λ é o comprimento de onda.

T é a temperatura em Kelvin (K).

b é a constante de Wien (b ≅ 𝟐,𝟖𝟗𝟕𝟕𝟔𝟖𝟓 𝒙𝟏𝟎^−𝟑  𝒎𝑲)

Quando se é falado que a absortividade máxima de uma molécula ocorre a um determinado comprimento de onda, aplicamos a Lei de Wien para relacionar a temperatura do emissor, para descobrir se a essa temperatura, o comprimento de onda e a frequência devem estar na mesma frequência do espectro monocromático ao qual essa molécula irá interagir na forma de absorção de radiação eletromagnética.

No caso do CO₂:

A banda V2 é a mais energética, mas não é a que predomina na natureza, pois após a aplicação da Lei de Wien, ela está associada a uma temperatura no máximo de absorção na ordem de 400,9ºC e a banda V3 apesar de não ser a mais energética, é a banda a qual as temperaturas são mais encontradas na atmosfera terrestre, que é aproximado dos -80ºC.

No gráfico abaixo, se encontra as bandas de absorção do CO₂ dentro do espectro do infravermelho.

A Lei de Wien, resultante da derivada da Lei de Planck, diz que diz que o comprimento de onda (λ max) no qual a emissão de radiação é máxima é inversamente proporcional a temperatura absoluta do corpo (T), ou seja:

O fluxo resultante, pela Lei de Stefan-Boltzmann:

P = ε σ T⁴

P é a potência total irradiada termicamente por um corpo ε: a emissividade do corpo; σ = 5,67 x 10^-8 W m^-2 K^-4 (constante de Stefan-Boltzmann), T: temperatura absoluta do corpo em Kelvin (K).

Admitindo a emissividade máxima do CO₂  como a de um corpo negro, onde ε = 1 (Sabemos que não é, pois a emissividade não é 100% ou seja, menor que 1), e a plicando a temperatura do pico de emissão no espectro terrestre temos:

P = 1 x 5,67 x 10^-8 x (193)⁴ :. P ≅ 78,67 W/m²

Portanto, em qualquer outro comprimento de onda no espectro terrestre (4 a 50 microns), o fluxo emitido pelo CO₂ em qualquer temperatura é inferior a 78,67 W/m².

O ponto crucial é que, ao absorver em 15 μm, que é o comprimento de onda que faz com que a estrutura da molécula de CO₂ entre em ressonância, a molécula vibra e roda, gerando energia cinética. Para voltar ao estado de repouso, a molécula teria que ou emitir um quantum (fóton) IV (infravermelha) ou transferir a IV absorvida por meio de choques elásticos.

A Mecânica Quântica diz que a perda por choques elásticos é 10 mil vezes mais eficiente que a emissão de IV para fazer a molécula voltar ao estado básico. Ou seja, se a molécula de CO₂ perde energia por meio de choques elásticos, ela não pode emitir, já que não tem mais a mesma energia absorvida.

Não se contesta que que o CO₂ absorva radiação IV em 15 μm ou qualquer outro espectro apresentado acima e sim o fato de ele não emitir IV com um fluxo mensurável. Como existem cerca de 2.600 moléculas de ar atmosférico (N₂, O₂ e Ar) em volta do CO₂, sua perda por choques com essas moléculas produz um aumento de temperatura insignificante, impossível de se medir com a instrumentação atual.

Lembrando que as temperaturas mais elevadas do ar estão próximas à superfície e que a 10 km de altitude a temperatura do ar é -45 °C (abaixo de zero), uma diferença de 70 °C entre a superfície e 10 km de altura. Por que?

Porque o processo físico do aquecimento do ar atmosférico mais importante é a condução de calor (ar em contato com a superfície aquecida pelo Sol) e, posteriormente, o processo de convecção (transporte de calor por transporte de massa), pois o ar ao se aquecer se torna menos denso que suas vizinhanças e sobe. O processo de aquecimento do ar por absorção de radiação é pouco eficiente, ou seja, dá muito pouca contribuição ao aquecimento atmosférico.

Como a concentração de CO₂ é ínfima (0,04% por volume), mesmo que absorvesse mais radiação IV, seu efeito seria impossível de ser mensurado. Portanto, a definição de efeito-estufa que se encontra na literatura (ou IPCC) é altamente questionável, já que a atmosfera apenas retarda a perda de radiação IV emitida pela superfície. A atmosfera não “cria” calor.

Em outras palavras, a definição de efeito estufa, que se baseia na absorção/emissão de radiação IV por GEE (gases de efeito estufa), é fisicamente inadequada ou não existe da forma que é definida. O ar emite radiação IV em direção a superfície e ao espaço exterior porque ar é “massa” e toda massa com temperatura absoluta diferente de zero Kelvin (0 K) emite IV. Ou seja, não é “o gás de efeito-estufa GEE” (H₂O, CO₂, CH₄, etc..) que emite é a massa da mistura gasosa ar (N₂, O₂, Ar, H₂O, CO₂, etc..) que emite por estar numa temperatura diferente de 0 K.

 As camadas mais próximas a superfície estão mais quentes, emitem mais, para cima e para baixo em todas as direções, as mais afastadas estão mais frias e emitem menos em todas as direções , portanto, o efeito que a camada de ar atmosférico faz é apenas retardar a perda para o espaço exterior do fluxo de radiação IV emitido pela superfície, pois tem que ir transferindo o calor absorvido na superfície para as camadas atmosféricas superiores por meio dos processos de convecção e condução, que agitam as moléculas de ar dessas camadas para que sua temperatura aumente e isso leva um certo tempo, pois o ar é mau condutor de calor e depende muito da convecção.

Uma vez o ar aquecido, ele tem sua densidade diminuída, fica submetido a força do empuxo e é forçado a subir gerando convecção (transporte de calor por meio de transporte de massa).

Outro processo físico importante no aquecimento do ar é a evaporação (71% de oceanos cobrem a superfície terrestre). O vapor d’água, ao subir na atmosfera, se condensa e o calor utilizado na evaporação (calor latente) é liberado para a atmosfera. Ocorre que os movimentos ascendentes de ar se processam com velocidades verticais relativamente altas e ocupam pequenas áreas do planeta, enquanto os movimentos descendentes de ar se processam com velocidades 2 ordens de magnitude menor e ocupam grandes áreas no planeta para que haja conservação de massa.

Esse ajuste de massa contribui para o resfriamento do ar com altitude (ajuste adiabático). Em adição o ar, como um fluido, é um mau condutor de calor o que contribui, com a predominância em área de movimentos descendentes de ar, para manter frias as camadas mais altas.

É dito que o CO₂ é bem misturado verticalmente (Será?), a massa molar do ar seco, é de aproximadamente 29 g/mol e a massa molar da molécula de CO₂ é de aproximadamente 44 g/mol, ou seja, sua concentração não varia significativamente com a altitude, particularmente nos trópicos, pois possuindo uma massa molar maior do que a massa molar do ar seco (Não se usa a água para esse cálculo, pois é um componente variável e mesmo se usasse, iria diminuir a massa molar do ar, pois a massa molar da água é de aproximadamente 18 g/mol).

E a pergunta que fica é por que a superfície esfria em noites sem cobertura de nuvens?

Teoricamente, se existe vapor (H₂O) e CO₂ e se o “efeito-estufa” é eficiente, a superfície deveria permanecer aquecida. Não é? Porque os desertos possuem uma amplitude térmica altíssima durante as 24h?

A energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperatura no espaço é denominada transferência de calor.

Três são os modos de transferência de calor condução, convecção e radiação. Em todos os modos, a transferência de energia ocorre do sistema de maior temperatura para o de menor temperatura.

A transferência de energia de partículas mais energéticas de uma substância para as partículas adjacentes menos energéticas como resultado das interações entre as partículas é chamada de condução.

Nos gases e líquidos, a condução é devida às colisões e a difusão das moléculas durante seus movimentos aleatórios.

Nos sólidos, a condução é devida à combinação das vibrações das moléculas em uma rede e do transporte de energia pelos elétrons livres.

A Lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente da sua fase (sólido, líquido ou gás) descreve que o fluxo de calor é proporcional ao gradiente de temperatura (dT/dx).

Contudo, a proporcionalidade pode ser convertida em uma igualdade pela inserção de um coeficiente, denominado condutividade térmica, que é uma propriedade intrínseca termofísica do meio.

O fluxo de calor equivale à taxa de transferência de calor.

A condutividade térmica é uma propriedade de transporte que fornece uma indicação da taxa na qual a energia é transferida pelo processo de difusão. Ela depende da estrutura física da matéria atômica e molecular, que está relacionada à fase da matéria.

Em geral, a condutividade térmica de um sólido é maior do que a de um líquido, que, por sua vez, é maior do que a de um gás

A condutividade térmica dos materiais varia com a temperatura.

As condutividades térmicas dos gases de baixa massa específica aumentam com o aumento da temperatura.

Densidade do ar: 1,2754 kg.m^-3

Densidade do CO₂: 1,977 kg.m^-3

Dados da IUPAC, a mesma temperatura e pressão.  

Quando se refere ao efeito da temperatura na condutividade térmica dos gases, a velocidade molecular média varia diretamente com a raiz quadrada da temperatura absoluta e inversamente com a raiz quadrada da massa molecular de um gás. O calor específico também aumenta com o aumento da temperatura.

O calor específico também aumenta com o aumento da temperatura. Como resultado, a condutividade térmica dos gases aumenta com o aumento da temperatura.

Como a condutividade dos gases de baixa massa específica aumenta com o aumento de temperatura, consequentemente o calor específico sensível também, e tanto a atmosfera quanto o CO₂ possuem baixa massa específica, se a atmosfera estiver aquecendo segundo o IPCC pelo efeito estufa, ela iria aumentar a condutividade térmica e iria perder calor com mais facilidade, ou seja, diminuindo a sua temperatura, mostrando que a Física aplicada do efeito estufa na atmosfera, mais uma vez fere as leis da Termodinâmica e da Mecânica Estatística.

Condutividade térmica a 20°C:

Ar: 0,024 W/mK

Vapor de água: 0,016 W/mK

CO2: 0,090 W/mK

Dados: UFRJ 

Como a condutividade térmica do CO₂ é maior do que a do ar, isso quer dizer que com o aumento das concentrações de CO₂ na natureza por uma tal contribuição antrópica, nunca poderia aquecer o planeta, pois a condutividade térmica aumentada, a atmosfera iria perder calor com mais facilidade.

Mais uma vez o “efeito estufa” torna-se impossível.

Caso a concentração de CO₂ dobrar, certamente a temperatura das camadas atmosféricas não iriam aumentar também. A concentração por volume passaria de 0,04% para 0,08%, porém, essa quantidade de massa de CO₂ adicionada ao ar atmosférico é tão pequena (só o vapor d’água varia espacial e temporalmente de 1% a 4% por volume), que seu efeito na temperatura seria insignificante, impossível de ser medido.

Além disso tudo o IPCC afirma que se dobrar a concentração de CO₂ na atmosfera, dobraria o efeito estufa, mas existe a Lei de absorção dos gases (Lei de Beer, Lambert e Bouguet) que afirma que a absorção de um gás decresce logaritmicamente com a concentração do gás. Ou seja, com concentrações pequenas, a absorção é grande. A medida que a concentração aumenta, a fração absorvida é menor até praticamente saturar. No caso do CO₂, em 15 micros, que é o pico de absorção no espectro terrestre, a banda já absorve praticamente toda IV possível com 400 ppmv. Se a concentração dobrar, não vai “dobrar” a absorção, assim o efeito radiativo de dobrar a concentração, dobraria o efeito radiativo é mais uma vez uma impossibilidade Física.

Como podem ver, realmente o efeito estufa e o aquecimento global provocado pelo homem não é uma verdade, pois após várias colocações percebemos que como é apresentada a base teórica do suposto “efeito estufa”, que é a base da hipótese do aquecimento global antropogênico, vimos que ele não pode ocorrer naturalmente na atmosfera terrestre e muito menos ser intensificado pelas atividades antrópicas, sendo provando por Leis muito bem fundamentadas e já solidamente comprovadas que nos mostram a impossibilidade Física do “efeito estufa” e consequentemente do aquecimento global antropogênico.

Mas digamos que tudo que foi citado nesse trabalho ao qual é baseado nas leis consolidadas esteja completamente errado e exista sim o efeito estufa, qual seria a contribuição antrópica?

Estimativa dos fluxos naturais (Oceanos, solos e biota):

200 bilhões de toneladas de carbono por ano (200 GTonC/ano).

Incerteza da medida:  ± 40 GTonC/ano

Estimativa de fluxos antropogênicos:

Carbono: 7 bilhões de toneladas de carbono por ano (7 GTonC/ano).

Somos menos de 10% do erro da estimativa da medida!

Proposição do protocolo de Kyoto: Redução de 5,2% das emissões, o que equivalem a aproximadamente 0,3 bilhões de toneladas de carbono por ano (0,3 GTonC/ano).

Será que frente as emissões dos fluxos naturais de carbono na atmosfera, a contribuição da humanidade seria algo assim tão relevante, ainda mais com uma medida de incerteza de 20%?

Será que a redução proposta pelo protocolo de Kyoto, serviria para eliminar qualquer ameaça possível de uma emissão antrópica, perto dos fluxos naturais?

Reduzir emissões é gerar menos energia elétrica, é reduzir empregos, é tolir o desenvolvimento de uma nação, ou seja, mais miséria e mais desigualdade global!

O CO₂ não é poluente, ele é um dos gases da vida! Existem outros gases que são derivados da queima incompleta dos combustíveis e particulados, que são prejudiciais à saúde humana, animal e vegetal, esses gases sim que são poluentes, devem ser combatidos e possuímos tecnologia para isso, mas o que falta é a vontade política para o tal.

Para encerrar, agradeço aos grandes mestres que foram citados nesse material, que sem as suas obras não seriam possíveis os satélites, a internet, as refinarias da Petrobras, as geladeiras, os aparelhos de ares-condicionados, aviões, tomógrafos, ressonância magnética nuclear e muitas outras invenções do mundo moderno.

Parafraseando Isaac Newton!

Eu não acredito no aquecimento global antropogênico, pois estou apoiado sob os ombros de gigantes!

 

Referências bibliográficas:

Física Quântica, Eisberg e Resnick, capítulo 1, pág 20, índice 1-2, primeiro parágrafo.

Física Quântica, Eisberg e Resnick, capítulo 1, pág 20, índice 1-2, segundo parágrafo, três primeiras linhas.

Calendar, G.S., The artificial production of Carbon Dioxide and its influence on climate. Quart. Jour.

Roy. Met. Soc. 64, p: 223-240, 1938

Física Quântica, Eisberg e Resnick 9ª Edição

Transferência de calor e massa – Çengel – 4ª Edição

Fundamentals of Heat and Mass Transfer – 2008

Fleagle, R.G. e J.A.Businger. An Introduction to Atmospheric Physics. Academic Press, p.432, New

York, NY, 1980

Thirumaleshwar, 2006

http://www.if.ufrj.br/~bertu/fis2/teoria_cinetica/teoria_cinetica.html

Georgia Tech – Earth and Atmospheric Sciences

Física para Cientistas e Engenheiros – Volume 1 – Paul A. Tipler, Gene Mosca

http://www.ufrgs.br/leo/site_espec/conceito.html

Curso de Física Básica: Fluidos, Oscilações e Ondas Calor – Volume 5 – Herch Moysés Nussenzveig

Curso de Física Básica: Ótica, Relatividade e Física Quântica – Volume 5 – Herch Moysés Nussenzveig

Callendar, G. S. Can Carbon Dioxide Influence Climate? Weather 4, 310–314, 1949.

Wood, R.W. Note on the theory of the greenhouse effect, Philosophical Magazine, vol 17, p.319-

320, ou em http://sci.tech-archive.net/pdf/Archive/sci.physics/2008-04/msg00498.pdf, 1909

Clique para acessar o REFLEX%C3%95ES_EFEITO-ESTUFA_V2.pdf

Clique para acessar o molion_desmist.pdf

Heinz Hug, Chemische Rundschau, 20. Febr., p. 9 (1998) and: Klima 2000 (Heuseler), 2, 23-26 (1998) 1/2 and: http://www.wuerzburg.de/mm-physik/klima/artefact.htm

Climate Change 1990. The IPCC Scientific Assessment, p. 49

Murry L. Salby, Fundamentals of Atmospheric Physics, Academic Press, 198-257

K.Ya. Kondratyev,N.I. Moskalenko in J.T.Houghton, The Global Climate”, Cambridge Universitiy Press, 225-233