Crise Climática.

A crise climática hoje faz-se sentir em todo o planeta. O desequilíbrio energético na atmosfera, agravado pela presença de gases de efeito de estufa, tem aumentado a temperatura média da superfície terrestre, causando alterações significativas às taxas de evaporação e precipitação1. A fragmentação das florestas, com a redução da sua área e extensão contígua, tem causado alterações disruptivas à biodiversidade e as populações de seres vivos, algumas a caminho de extinção, outras em crescimento descontrolado2. Estes sistemas florestais atuam como sumidouros essenciais de CO2 atmosférico. Com a sua fragmentação e o decréscimo da biodiversidade, estes estabilizadores climáticos enfraquecem, deixando o planeta mais suscetível a flutuações climáticas2, 3. Muitos subsistemas terrestres são dotados de pontos críticos, para além dos quais é desencadeada uma transição abrupta para um novo estado de regime climático4. O recuo e fusão da camada de gelo da Gronelândia é um exemplo de um subsistema com grande risco de atingir o ponto crítico e passar para um novo estado4, 5. Alcançado este ponto, um mecanismo de retroação positiva é acionado, criando um expectável aumento de temperatura local que desencadeará o desaparecimento da sua extensa camada de gelo4, 5. A generalização de processos desta natureza fará com que a Terra passe a ser um planeta criogenicamente unipolar, causando alterações irreversíveis nos mecanismos de regulação de temperatura, devido à diminuição do albedo terrestre, entre outros fatores5. Fatores que caracterizam a perda de resiliência ou robustez de um sistema face a pressões externasa, manifestam-se, por exemplo, na forma de secas intensas ou de incêndios florestais, que implicam uma perda assinalável de resiliência vegetal e dos mecanismos de retroação a partir dos anos 20006, 7. Assim, estes sistemas estarão mais suscetíveis à fragmentação e à perda da sua qualidade de absorção de gases de efeito de estufa, o que pode agravar, ou até desencadear, os fenómenos acima descritos: o planeta suscetível a acentuadas flutuações climáticas; aumento da temperatura média global, etc.2, 3, 4 Todos estes subsistemas demonstram uma dinâmica complexa e importantes mecanismos de retroação7.

De facto, considerando o Sistema Terrestre (ST) como o conjunto da Atmosfera, Biosfera, Criosfera, Hidrosfera, Litosfera superior e todas as relações estabelecidas entre estes subsistemas7, é assinalável que, desde os anos 50 do século XX, a atividade humana é a força dominante deste sistema8 e tem deixado vestígios observáveis nas camadas estratigráficas tais como a presença de radionuclídeos ou depósitos crescentes de resíduos da atividade humana8, 9, 10.

Na verdade, este impacto tem sido tão significativo que a emergência e proliferação de fenómenos extremos se tem agravado e complexificado11, 12. Verifica-se que estes interagem entre si, agravando-se e exibindo um comportamento coletivo. Este comportamento é consequência do aumento do número e do grau de conexões que se têm estabelecido no ST em função da atividade humana. Qualquer destes fenómenos, no contexto de um sistema complexo, pode propagar uma crise local para a totalidade do sistema, tornando-a num fenómeno em cadeia, através da conectividade intra-sistémica e inter-sistémica entre os subsistemas12. Estas distinguem- se pela escala da sua ação. Por exemplo, na FIGURA 1, a conectividade inter-sistémica refere-se às interações entre os subsistemas, que constituem as componentes diretamente relacionadas com a atividade humana no ST, tais como a Economia, Ambiente, etc. Por sua vez, a conectividade intra-sistémica estabelece-se dentro de cada um destes subsistemas, por exemplo, dentro do sistema “Energia”, caracterizando a sua estrutura e assegurando que pode ser considerado como uma entidade autónoma.


FIGURA 1. Representação da hiper-conectividade dos sistemas que constituem o ST, tornando-o num sistema complexo, segundo a referência12.

O estado do ST é caracterizado por um conjunto de parâmetros que refletem o impacto da atividade humana no ST. Estes parâmetros são designados por Fronteiras Planetárias (FP). Foram enumerados os 9 parâmetros essenciais para caracterizar o estado do ST: integridade da Biosfera; alterações climáticas; novos materiais; Ozono estratosférico; carga de aerossóis atmosféricos; acidificação dos oceanos; alterações dos fluxos biogeoquímicos de azoto e fósforo; reservas de água doce; ocupação humana das superfícies continentais13, 14. Na FIGURA 2, é indicada a evolução das FP desde a região central associada ao período de estabilidade climática, o Holocénico, que se iniciou há 11700 anos.


FIGURA 2. Diagrama das fronteiras planetárias com as suas quantificações relativas em 2024. A circunferência central indicada a verde corresponde aos valores estimados das FP no Holocénico, antes de atividade antropogénica se tornar significativa. A zona preenchida que se irradia da região central corresponde aos valores das FP atualmente15. As quantificações das FP Novos materiais e Integridade da Biosfera estão para além da escala.

As FP indicam também o crescimento simultâneo do impacto da atividade humana e do risco das crises13, 14. A emergência climática está associada, entre outros fatores, com o desequilíbrio radiativo terrestre ou disrupção dos ciclos globais de azoto, fósforo e outras substâncias13, 15. A complexidade do ST sugere que as FP interagem entre si e dentro de si através das suas componentes16. Assim, compreende-se que a perda de biodiversidade afete a captura de CO2 atmosférico3 numa interação inter-sistémica entre a “Integridade da Biosfera” e a “Alteração Climática”. Outro exemplo relevante refere-se ao já mencionado desaparecimento da calote de gelo da Gronelândia que afeta a captura de CO2 atmosférico, o que caracteriza uma interação intrassistémica dentro da FP “Alterações Climáticas”4, 5.

A FIGURA 2 caracteriza o estado atual do ST. Observa-se que 7 das 9 FP já ultrapassaram os valores típicos do Holocénico. O crescimento das FP tem acelerado descontroladamente, que é o comportamento típico de uma crise12, 15. Considerando as inúmeras interações que estas crises têm demonstrado e o quão conectados estão os subsistemas afetados1, 2, 3, 4, 5, 6, temos um novo epifenómeno que descreve este comportamento coletivo, a policrise12.


Policrise.

Uma caracteristica do aumento da atividade humana é o desencadear de várias crises simultâneas, quer a nível local, quer a nível global. As crises têm origem num evento ou série de eventos repentinos que causam danos a um elevado número de indivíduos12. De uma perspetiva mais física, a crise é uma trajetória do ST, onde ocorre a disrupção dos mecanismos de estabilização dos subsistemas (retroação negativa), causando uma transição de regime (retroação positiva)11. Quando o sistema se encontra em crise, o seu comportamento torna-se imprevisível e disruptivo, podendo até admitir um comportamento caótico. Tal ocorre se a atividade humana for muito intensa e comportar-se segundo uma equação logística discreta17, 18. Nestas condições as trajetórias do ST apresentam bifurcações e deixam de ser previsíveis17.

De facto, as trajetórias do ST estão a tornar-se mais rápidas e difíceis de contrariar. Um sistema de armadilhas antropocénicas têm mantido o ST na direção de novos pontos de equilíbrio19, com condições amplamente distintas das do Holocénico, anterior à grande aceleração da atividade humana15, 20. Estas armadilhas caracterizam-se por: ser consequência de um processo decorrente da atividade humana; ter, ou vir a ter, impactos indesejáveis no ST, em particular no bem-estar das populações; aprisionarem o ST numa trajetória que levará a um novo ponto estável indesejável. Foram identificadas pelo menos 14 armadilhas antropocénicas: padronização e especialização excessiva dos sistemas de produção; crescer como um fim em si mesmo; sobre-exploração de recursos; decréscimo da colaboração; proliferação de pandemias; inércia infraestrutural; poluição química; tecnologias que representam riscos existenciais; tecnologias dotadas de inteligência artificial sem controlo; desinformação; favorecimento do curto prazo em detrimento de estratégias sustentáveis; ultraconsumismo; desconexão da Biosfera; redução de capital social19. Invariavelmente, estas armadilhas iniciaram-se através de alguma inovação social que desencadeou uma trajetória, da qual se seguiu uma subsequente globalização graças à conectividade do ST, cimentando a dependência nesta inovação, acabando por não resolver qualquer problema humano a longo prazo. Após a globalização, observa-se uma fase de “dissimulação”, na qual, dada a escala global das interações, deixa de haver a noção da direção da trajetória. De outro modo, o desfasamento espacial e temporal entre ação e consequência torna impercetível a conexão causa-efeito. A última fase é de ativação, onde o mecanismo está plenamente estabelecido, agravando o poder disruptivo da crise e a incapacidade do sistema se opor à evolução da trajetória que se desenvolver. Estima-se que, com exceção das “tecnologias autónomas” e “redução de capital social”, as armadilhas possam estar numa fase avançada de evolução19.

Não obstante, estas armadilhas podem ser agrupadas em três grandes grupos relativamente à natureza da interação: globais, tecnológicas e estruturais. Destes, dois estão dotados de um ciclo de reação positiva que se amplifica sistematicamente. Associado às armadilhas globais, o ciclo de seleção a muitos níveis atua principalmente através do processo de seleção cultural e cooperação mundial. Emerge daqui uma ordem social mais rígida, por sua vez menos apta a lidar com crises e com um grau maior de conflito. A organização social resultante leva a um crescimento mais acentuado, associado a uma excessiva extração de recursos. No caso das armadilhas tecnológicas, o ciclo vicioso exprime-se através de uma necessidade de resolver problemas sociais ou ecológicos através duma inovação tecnológica, que, por sua vez, leva a um novo problema ainda mais complexo. A inteligência artificial, novos compostos sintéticos nocivos e a ameaça nuclear são exemplos deste tipo de ciclo. As armadilhas estruturais referem- se à dissimulação das interações e a sua natureza. Caraterizam-se pelo desfasamento espaço-temporal e envolvem a hiper-conectividade do ST19.


Resiliência.

Resiliência é a capacidade de um sistema complexo amortecer as perturbações a que está sujeito ao longo da sua evolução21. Deparamo-nos já com este fenómeno ao analisar a capacidade dos sistemas vegetais resistirem às perturbações de origem externa6. Teoricamente, o conceito pode ser incorporado no formalismo de interação das FP para melhor descrever os pontos críticos dos sistemas ambientais4, 5 e os seus mecanismos de retroação21. De uma perspetiva física, a resiliência está associada à capacidade do ST dissipar as perturbações de origem externa. Esta propriedade pode ser útil para construir novas trajetórias do ST através da dissipação dos efeitos da atividade humana e evitar cenários de “Terra-quente”21. Outra caracteristica da resiliência no ST é permitir a existência de estados meta-estáveis, pontos de equilíbrio instáveis, devido às propriedades dissipativas do sistema, necessárias para evitar que o ST siga a trajetória atual na direção de uma “Terra-quente”. Por exemplo, a FIGURA 3 descreve esta evolução em termos de órbitas no espaço de fase do ST resultantes do incremento da atividade humana, dando origem a estados de equilíbrio de crescente temperatura.

As propriedades de resiliência podem ser exemplificadas através de um modelo termodinâmico do ST que permite identificar através da equação de movimento do ST, a equação do Antropocénico22, as trajetórias no espaço de fase do ST16.

Um passo relevante para fomentar a resiliência do ST é a mitigação dos efeitos da atividade humana a nível global. No campo da transição para energias renováveis, a redução do consumo de combustíveis fósseis decresce a emissão de gases de efeito de estufa e outros poluentes. Paralelamente, o custo das políticas de mitigação tende a decrescer com o aumento da resiliência e os retornos monetários na forma de saúde, por exemplo, poderem suportar estas políticas23, 24, 25. Contudo, há certos efeitos adversos que devem ser considerados. Certas tecnologias verdes emitem menos gases de efeito de estufa, mas podem ter uma pegada ecológica não negligenciável devido, por exemplo, aos subprodutos indesejáveis do seu fabrico, tal como o SO223.

Numa abordagem genérica e numa dimensão mais local ou individual, deve-se procurar estimular a adaptação e a versatilidade. Uma perspetiva de estruturas modulares é vantajosa na adaptação face às crises, considerando, por exemplo, infraestruturas autónomas19. Além disso, este processo de adaptação muitas vezes vai de encontro às políticas de desenvolvimento sustentável necessárias para aumentar a resiliência do ST19, 26. Dentro do conjunto de estratégias possíveis de adaptação há que considerar propostas puramente financeiras27 ou de geoengenharia28, 29, que permitem contrariar os efeitos da crise climática.


FIGURA 3. Trajetórias do ST no espaço de fase (ψ,p), onde se define a variável ψ como o desvio relativo de temperatura terrestre atual em relação ao valor médio no Holocénico, ψ=(T−⟨TH⟩)/⟨TH⟩, e p o seu momento conjugado, p∝˙ψ, em função do impacto da atividade humana nas FP, coletivamente designado por H. Observa-se que o aumento da atividade humana, conduz o ST para um novo ponto de equilíbrio, uma Terra-quente16.

Na verdade, mesmo que os custos e resultados das ações de mitigação e adaptação tenham escalas diferentes, muitas vezes beneficiam-se mutuamente26. Basta pensar que a transição para energias renováveis, um processo claramente positivo de mitigação, engloba inúmeros processos locais de adaptação, tais como a construção de geradores hídricos e eólicos a nível regional, aumentando a resiliência global do ST.

Posto isto, um dos objetivos do nosso trabalho é construir um modelo matemático que permita avaliar o impacto das ações humanas diretamente nas FP e na evolução das crises30. O grau de conectividade e o grande número de interações no contexto do ST são caraterísticos de um sistema físico complexo, que, se dotado de propriedades dissipativas, pode também descrever a resiliência do ST face à atividade humana. Através de um modelo análogo ao da interação de spins em sistemas de matéria condensada, pensamos ser possível descrever o comportamento das crises do ST.

Claramente, a atividade humana tem sido a força motriz da crise climática, eclipsando as restantes forças telúricas (geológicas e astronómicas) que regem o ST. Os subsistemas que o constituem estão a atingir pontos críticos associados a mudanças de regime. As observações demonstram que estes subsistemas em transição de regime, que se afetam mutuamente, dão origem a uma policrise. A caracterização das FP permite quantificar a evolução da crise do ST, podendo ser um instrumento útil para evitar ou prever uma, ou um conjunto, de armadilhas antropocénicas. Pode permitir também a conceção de estratégias específicas de adaptação e mitigação para as crises que invariavelmente teremos de enfrentar no futuro.


Notas

a Assume-se o Teorema da Flutuação-Dissipação, onde se estima a resposta do sistema a forças externas através da resposta às suas flutuações naturais em torno de um ponto de equilíbrio.