Por volta de 1820, o físico francês Joseph Fourier percebeu que deveríamos estar mortos. Congelado, para ser mais exato. De acordo com seus cálculos e levando em consideração a distância a que estamos do Sol, um objeto do tamanho da Terra teria que ser muito mais frio do que realmente é. O que estava acontecendo? Como isso foi possível? Qual mecanismo foi capaz de aquecer um planeta desse tamanho?
Ao longo dessa década, Fourier realizou inúmeras investigações para verificar todas as ideias que lhe ocorreram, por mais peregrinos que fossem. Eventualmente, ele chegou à conclusão de que a única coisa que combinava era que a atmosfera estava funcionando como a enorme tampa de uma panela de pressão chamada Terra. Fourier estava descobrindo o que hoje conhecemos como “efeito estufa” e, aliás, estava aumentando um dos quebra-cabeças científicos mais complexos da história. Aquele que acabou de ganhar o Prêmio Nobel de Física de 2021.
O furacão, a borboleta e o quebra-cabeça do tempo
E é que o clima do nosso planeta é o exemplo paradigmático dos temidos ‘sistemas complexos’. Enternos em que milhões de elementos diferentes interagem de maneiras tão complexas que descrever seu comportamento é tremendamente difícil. Como se não bastasse, o clima não é apenas complexo, também é caótico. Ou seja, pequenas mudanças iniciais podem resultar em mudanças colossais em um estágio posterior.
Você se lembra que “uma borboleta batendo as asas no Brasil acaba causando um tufão no Mar da China”? Bem, por trás dessa metáfora conhecida, está um dos desafios intelectuais mais importantes da ciência moderna. Um desafio que, afinal, nos ajudou a olhar para um fenômeno que marcará o futuro (e já está marcando o presente) da humanidade: as mudanças climáticas.
Quem é quem do Prêmio Nobel de Física de 2021?
Embora agora vá entrar em mais detalhes sobre como os cientistas conseguiram começar a entender o clima, talvez seja conveniente colocar os três protagonistas do Prêmio Nobel de Física de 2021 para ter uma ideia mais precisa do que estamos falando. cerca de:
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Obrigada manabe (Japão, 1931) foi o primeiro a demonstrar como o aumento das concentrações de dióxido de carbono na atmosfera leva ao aumento da temperatura na superfície da Terra. Durante a década de 1960, ele desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento dos primeiros modelos físicos do clima da Terra, capazes de capturar a interação entre o balanço de radiação e a dinâmica da massa de ar. É, sem dúvida, um dos pais dos modelos climáticos.
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Klaus Hasselmann (Alemanha, 1931) entrou nessa história uma década depois, respondendo a uma pergunta-chave: como podemos confiar nos modelos climáticos se, em suma, o clima provou ser um animal caótico e mutante. Para isso, não só criou os primeiros modelos capazes de ligar o tempo e o clima, mas também foi capaz de identificar as “impressões digitais” da atividade do ser humano na atmosfera.
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Giorgio Parisi (Itália, 1948) apareceu outra década depois, na década de 1980. Foi então que ele descobriu que materiais complexos confusos podem ter padrões ocultos. Quer dizer, e sem meias medidas, “suas descobertas estão entre as contribuições mais importantes para a teoria dos sistemas complexos.” Sem eles, não seríamos capazes de compreender os fenômenos aparentemente aleatórios que surgem na física, mas também na matemática, biologia, neurociência ou aprendizado de máquina.
Entenda o tempo, entenda o caos
No entanto, esses não são os únicos nobres trabalhando no impacto do dióxido de carbono na atmosfera. A primeira peça que encontramos para resolver este quebra-cabeça tem nomes e sobrenomes: o sueco Svante Arrhenius, Prêmio Nobel de Química em 1903. Foi ele quem entendeu a física por trás da descoberta de Fourier e, de fato, colocou números em sua intuição: Sem a atmosfera , a temperatura da Terra mal ultrapassaria -18 ° C. Além disso, concluiu que bastou que os níveis atmosféricos de CO2 caíssem pela metade, para causar uma nova era do gelo.
Foi só na década de 1950 que Syukuru Manabe veio para os Estados Unidos de um Japão que ainda estava se recuperando das feridas da guerra. 70 anos depois, Manabe recuperou a pesquisa de Arrhenius e a atualizou ao incorporar coisas como o calor latente do vapor de água. Ou seja, ele passou a criar modelos dinâmicos capazes de dar conta também das diferenças internas da atmosfera. Isso permitiu que ele descobrisse que enquanto o oxigênio e o nitrogênio tiveram efeitos mínimos na temperatura da superfície da Terra, variações de dióxido de carbono tiveram um grande impacto.
O problema é que naquela época nossa capacidade computacional era muito pequena. Isso exigia que o modelo Manabe fosse muito simples. Tanto que, Embora tenha encontrado os elementos corretos para entender o clima, ele não foi capaz de dar conta do comportamento caótico do clima mundial. Era como ter um esboço geral que, apesar de correto e inestimável, não conseguia captar a complexidade do mundo real. Foi aí que Klaus Hasselmann tentou lançar alguma luz.
Como poderíamos fingir o que aconteceria daqui a 200 anos se não soubéssemos se ia chover esta tarde? Hasselmann percebeu que por trás do ruído causado pela mudança do tempo havia uma melodia clara que nos permitia prever os próximos passos que o tempo tomaria. Mas mesmo com eles não foi possível criar teorias que funcionassem bem até que eles desenvolveram os primeiros modelos estocásticos de longo prazo: isto é, até eles integraram o acaso em nossa própria visão do tempo.
A partir desse momento, Hasselmann dedicou-se a encontrar metodologias que lhe permitissem identificar os vestígios da atividade humana na atmosfera. Era a única maneira de responder às perguntas mais básicas sobre as mudanças climáticas. e foi um sucesso. Hoje, podemos dizer com segurança que a atividade humana é o que impulsiona as mudanças climáticas atuais. E é graças a eles.
No entanto, esse não foi o fim do caminho. Nossa compreensão do clima (dos sistemas caóticos em geral) havia apenas dado os primeiros passos. E isso era especialmente problemático em um contexto onde o determinismo físico estava desmoronando. A obra de Giorgio Parisi e sua obsessão por compreender a complexidade de sistemas aparentemente desordenados é o melhor exemplo disso. É apenas o começo, mas um começo muito emocionante.
Imagem | Elena Mozhvilo
