Uma questão fundamental foi a origem da escala logarítmica do efeito estufa — o aumento de temperatura de 2 a 5 graus que os modelos preveem que acontecerá para cada duplicação de CO2. Uma teoria sustentava que a escala vem da rapidez com que a temperatura cai com a altitude. Mas em 2022, uma equipe de pesquisadores usou um modelo simples para provar que a escala logarítmica vem do formato do “espectro” de absorção do dióxido de carbono — como sua capacidade de absorver luz varia com o comprimento de onda da luz.
Isso remonta àqueles comprimentos de onda que são ligeiramente maiores ou menores que 15 mícrons. Um detalhe crítico é que o dióxido de carbono é pior — mas não muito pior — em absorver luz com esses comprimentos de onda. A absorção cai em ambos os lados do pico na taxa exata para dar origem à escala logarítmica.
“A forma desse espectro é essencial”, disse David Rompsum físico climático da Universidade da Califórnia, Berkeley, que foi coautor do artigo de 2022. “Se você mudar, não obterá a escala logarítmica.”
O formato do espectro de carbono é incomum — a maioria dos gases absorve uma faixa muito mais estreita de comprimentos de onda. “A pergunta que eu tinha no fundo da minha mente era: por que ele tem esse formato?”, disse Romps. “Mas eu não conseguia entender.”
Consequências de Wiggles
Wordsworth e seus coautores Jacob Seeley e Keith Shine recorreram à mecânica quântica para encontrar a resposta.
A luz é feita de pacotes de energia chamados fótons. Moléculas como CO2 pode absorvê-los somente quando os pacotes têm exatamente a quantidade certa de energia para levar a molécula a um estado mecânico quântico diferente.
O dióxido de carbono geralmente fica em seu “estado fundamental”, onde seus três átomos formam uma linha com o átomo de carbono no centro, equidistante dos outros. A molécula também tem estados “excitados”, nos quais seus átomos ondulam ou balançam.
Um fóton de luz de 15 mícrons contém a energia exata necessária para fazer o átomo de carbono girar em torno do ponto central em uma espécie de movimento de bambolê. Os cientistas do clima há muito culpam esse estado de bambolê pelo efeito estufa, mas — como Ångström antecipou — o efeito requer uma quantidade muito precisa de energia, Wordsworth e sua equipe descobriram. O estado de bambolê não pode explicar o declínio relativamente lento na taxa de absorção de fótons mais distantes de 15 mícrons, então não pode explicar a mudança climática por si só.
A chave, eles descobriram, é outro tipo de movimento, onde os dois átomos de oxigênio repetidamente se movem em direção e para longe do centro de carbono, como se esticassem e comprimissem uma mola que os conecta. Esse movimento consome muita energia para ser induzido pelos fótons infravermelhos da Terra por conta própria.
Mas os autores descobriram que a energia do movimento de alongamento é tão próxima do dobro daquela do movimento do bambolê que os dois estados de movimento se misturam. Existem combinações especiais dos dois movimentos, exigindo um pouco mais ou menos do que a energia exata do movimento do bambolê.
Este fenômeno único é chamado de ressonância de Fermi, em homenagem ao famoso físico Enrico Fermi, que o derivou em um artigo de 1931. Mas sua conexão com o clima da Terra só foi feita pela primeira vez em um papel no ano passado por Shine e seu aluno, e o artigo desta primavera é o primeiro a expor isso completamente.
