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As secas de verão de 2015-2018 foram excepcionais em grande parte da Europa Ocidental e Central nos últimos 400 anos, em termos de magnitude das condições de seca. Isso indica uma influência do aquecimento global causado pelo homem. No entanto, secas plurianuais ocorreram com frequência nos séculos XVII e XVIII, embora não tão severas. Este é o resultado de um novo estudo na revista Natureza Comunicações Terra e Meio Ambiente. Foi conduzido por uma equipe de pesquisa liderada por Mandy Freund, da Universidade de Melbourne, e Gerhard Helle, do GFZ German Research Center for Geosciences. Eles reconstruíram o hidroclima do verão europeu analisando as proporções isotópicas de carbono (13C/12C) e oxigênio (18O/16O) em anéis de árvores de uma rede europeia de sítios florestais. É a primeira reconstrução de campo espacial baseada em isótopos de anéis de árvores altamente sensíveis ao clima. Isso fornece aos pesquisadores uma ferramenta única para investigar os desenvolvimentos climáticos ao longo dos últimos séculos, tanto em uma visão global quanto regionalmente diferenciada.
Antecedentes: Desenvolvimento hidroclimático europeu
Recentemente, a Europa tem visto um aumento de inundações e secas. Estes eventos extremos fazem parte da complexa dinâmica do hidroclima europeu. A obtenção de uma imagem precisa espacialmente resolvida da dinâmica em frequência e intensidade de extremos em escala regional a local é um desafio, especialmente no contexto da variabilidade climática de longo prazo. Pouco se sabe sobre a variabilidade hidroclimática espaço-temporal de longo prazo em toda a Europa devido à disponibilidade bastante esparsa de séries de dados espacialmente explícitos que refletem adequadamente as diferenças regionais.
A seca do verão europeu de 2015 a 2018 causou discussões sobre se ela se enquadra na faixa normal de flutuações climáticas ou é resultado do aquecimento antropogênico.
Nova abordagem para reconstruir o hidroclima dos últimos 400 anos
Para resolver este problema, uma reconstrução espacialmente resolvida do hidroclima europeu nos últimos 400 anos foi desenvolvida e publicada na revista científica Natureza Comunicação Terra e Meio Ambiente. Baseia-se na análise de isótopos estáveis de carbono e oxigênio, ou seja, variantes desses elementos com diferentes massas, em árvores antigas de 26 locais florestais em toda a Europa. As razões isotópicas do carbono 13C a 12C e oxigênio 18O para 16O são indicadores de seca e umidade, respectivamente, na época do crescimento das árvores.
Em comparação com outros arquivos ambientais ou climáticos naturais, como sedimentos em lagos ou gelo glacial, as árvores são amplamente distribuídas e seus anéis fornecem informações resolvidas anualmente e absolutamente datadas sobre mudanças hidroclimáticas durante longos períodos de tempo e em frequências temporais relevantes de anual a multicentenário.
O estudo foi amplamente projetado e liderado por Mandy Freund, ex-cientista do clima do GFZ German Research Center for Geosciences e agora no CSIRO em Melbourne, Austrália. Origina-se de uma iniciativa do GFZ seção 3.4 Climate Dynamics and Landscape Evolution, especialmente de Gerhard Helle, chefe do Tree Ring Laboratory, e de Ulrich Cubasch, professor (em.) no Institute for Meteorology, Freie Universität Berlin, como parte de a Rede de Pesquisa GEO.X para Geociências em Berlim e Potsdam. Outras contribuições vêm de colegas de outros Helmholtz-Centers (AWI, FZJ) e da Universidade de Melbourne.
Resultados: Seca excepcionalmente severa 2015-2018 e fases climáticas passadas
“Nosso estudo indica que o evento de seca de verão plurianual de 2015-2018 foi – em sua intensidade – altamente incomum no contexto de vários séculos e sem precedentes em grandes partes da Europa central e ocidental. Isso sugere que as secas de verão europeias durante últimos anos estão sendo potencialmente influenciados pelo aquecimento antropogênico”, resume Mandy Freund.
No entanto, a reconstrução fornece evidências de que secas plurianuais também ocorreram no passado, particularmente durante o chamado Mínimo de Maunder entre 1645 e 1715, período durante a chamada Pequena Idade do Gelo, quando a irradiância solar era menor do que hoje e manchas solares eram raras. Esta observação surpreendente de secas plurianuais durante baixa irradiância solar permanece assunto de pesquisas futuras.
“Ao todo, encontramos três fases distintas da variabilidade do hidroclima europeu coincidindo com o Mínimo de Maunder e o fim da Pequena Idade do Gelo por volta de 1860”, disse Daniel Balting do AWI, Bremerhaven. De 1600 a cerca de 1650, uma fase de clima bastante úmido, principalmente no centro-oeste e noroeste da Europa, depois por cerca de duzentos anos um período bastante seco com as secas prolongadas descritas principalmente no Mediterrâneo, leste e norte da Europa, e de cerca de 1875 uma fase com clima de verão mais ameno que durou até meados do século XX. A partir de então, os pesquisadores observam uma tendência a condições mais secas, possivelmente relacionadas ao aquecimento antropogênico.
Método-chave: Investigação de razões isotópicas em anéis de árvores
“Os registros de isótopos estáveis dos anéis das árvores são impressões digitais muito sensíveis ao clima das condições de umidade do verão. Eles são amplamente independentes das espécies de árvores, idade das árvores e localização do local. Como tais, os isótopos estáveis dos anéis das árvores diferem dos parâmetros dendrocronológicos mais clássicos da largura dos anéis das árvores e densidade da madeira”, explica Freund, investigador principal do estudo.
Em cada um dos 26 locais, a celulose foi obtida de anéis anuais de velhas árvores vivas e examinada usando métodos padrão de análise de isótopos. Ao mesmo tempo, as amostras puderam ser datadas com precisão usando métodos dendrocronológicos.
Os sinais climáticos contidos nos anéis das árvores com proporções de isótopos de carbono e oxigênio se originam de processos ligeiramente diferentes.
As razões de isótopos de carbono 13C a 12O C nos anéis das árvores vem da maneira como as plantas funcionam durante a fotossíntese. Esse processo é controlado por pequenas aberturas nas folhas chamadas estômatos. As plantas usam os estômatos para regular a quantidade de CO2 absorvem e a quantidade de vapor de água que transpiram para a atmosfera. Durante a fotossíntese em folhas e agulhas, o CO2A enzima fixadora preferencialmente absorve CO2 com o isqueiro 12C. Quando está seco, as árvores fecham seus estômatos para economizar água, o que também limita a quantidade de CO2 eles absorvem e fazem com que absorvam CO2 com o mais pesado 13C para conversão em açúcar e, finalmente, celulose de anéis de árvore.
As proporções de isótopos de oxigênio 18O para 16O em anéis de árvores são afetados por processos físicos que envolvem a necessidade de umidade da atmosfera, com base em fatores como temperatura e umidade do ar, bem como a quantidade, fonte e histórico de chuvas. Além disso, durante a transpiração da planta isotopicamente mais leve (menos 18O) vapor de água transferido para a atmosfera enquanto água isotopicamente mais pesada (mais 18O) permanece nas folhas e agulhas imprimindo a assinatura do isótopo de oxigênio da celulose dos anéis das árvores. A seca geralmente aumenta a transpiração das plantas, levando a mais 18O nos anéis das árvores.
Vantagens das árvores como arquivos climáticos: importante método complementar para a pesquisa climática no passado
“Reconstruções de alta qualidade da variabilidade hidroclimática com base em isótopos estáveis de anéis de árvores não são novas, no entanto, esta é a primeira abordagem de rede para estabelecer uma reconstrução de campo climático abrangendo todo o continente europeu”, diz o coautor Gerhard Schleser do Forschungszentrum Jülich ( FZJ).
Para entender a complexidade espacial do hidroclima europeu em larga escala, são necessários conjuntos de dados de longo prazo mais explícitos espacialmente de todos os tipos de arquivos climáticos. Dados climáticos de vários séculos são essenciais para a validação de modelos climáticos, incluindo comparações com outros conjuntos de dados paleoclimáticos, históricos e arqueológicos.
Gerhard Helle, chefe do Laboratório de Anéis de Árvores na seção GFZ 4.3 e especialista em análise de isótopos estáveis de anéis de árvores, diz: “Os esforços contínuos para consolidar a rede de dados isotópicos de anéis de árvores fornecerão dimensões históricas para outras observações, por exemplo, de estações climáticas ou satélites. Esses métodos são únicos em termos de cobertura espacial, mas carecem do que a análise de anéis de árvores pode fornecer: informações de longo prazo que são cruciais para melhorar nossa compreensão sobre a mudança climática e os impactos locais a regionais correspondentes no habitat humano.”
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