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Conteúdo principal

Clima

Fatores globais, regionais e locais que influenciam o clima. Como o clima afeta onde as espécies são encontradas.

Pontos Principais:

  • Cada espécie tem uma distribuição única, o conjunto de locais onde os membros dessa espécie são encontrados na Terra.
  • A distribuição de uma espécie depende das condições bióticas (vivas) e abióticas (não vivas) que ela precisa para sobreviver e da geografia.
  • As distribuições das espécies e a distribuição dos biomas (tipos de ecossistemas) são moldadas pelo clima.
  • O clima de um lugar depende de padrões globais de entrada de energia solar e do fluxo de ar, bem como de aspectos como montanhas e corpos de água.

Introdução

Vamos começar com uma pergunta: onde você pode encontrar um urso polar?
Como eu, você pode esquecer se os ursos polares vivem no polo Norte ou no polo Sul (eu pesquisei: a resposta é Norte!). Mesmo assim, você provavelmente não procuraria por um, digamos, no deserto ou na floresta tropical.
Urso polar andando em uma paisagem de neve no Ártico.
Crédito da imagem: Urso polar, por Patrick Kelley, Guarda Costeira dos EUA, Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS), domínio público
Vamos pensar o porquê disso. Os ursos polares precisam de certas condições para viver, em virtude de como seus corpos são construídos e funcionam. Estas condições são encontradas apenas em alguns lugares. Por exemplo, sua cobertura de pele grossa que ajuda um urso polar a sobreviver no frio não teria utilidade (e até seria prejudicial) em um dia quente no deserto.
Esta é uma regra geral em ecologia: cada espécie é encontrada apenas em um determinado conjunto de habitats dos muitos existentes na Terra. Esta região ocupada é chamada de distribuição da espécie. Alguns organismos têm distribuições mais amplas do que outros, mas nenhuma espécie é encontrada em todos os lugares. Isso porque espécies diferentes têm necessidades diferentes, bem como diferentes histórias de dispersão, ou como elas têm se espalhado de um lugar para o outro.
Um dos fatores mais importantes que determina onde diferentes espécies são encontradas é o clima ou as condições climáticas típicas de longo prazo. Nesse artigo, daremos uma olhada na biogeografia (o estudo do porquê diferentes organismos são encontrados em determinados lugares e em determinados números) e como as espécies são afetadas pelo clima.

Cada espécie tem uma distribuição

A distribuição de uma espécie é o conjunto de locais onde ela é encontrada na Terra. Por exemplo, o diagrama abaixo mostra a distribuição dos ursos polares (olhando para a Terra de cima do Polo Norte):
As regiões destacadas em verde mostram onde os ursos polares são encontrados. Esse mapa é uma visão do globo de baixo para cima do Polo Norte. Crédito de imagem: Polar bear range map por Fabio B., domínio público
O que determina a distribuição de uma espécie? Oportunidade histórica e barreiras geográficas podem desempenhar papéis importantes. Por exemplo, talvez os ursos polares poderiam sobreviver no Polo Sul, bem como no Polo Norte. Mas eles nunca foram introduzidos no Polo Sul e não tiveram como dispersar, ou se espalhar, através dos oceanos entre os polos.
Uma vez que uma espécie foi introduzida em uma área, ela só pode sobreviver nessa área se as condições forem adequadas. Algumas condições que devem ser "adequadas" são bióticas, ou seja, são diretamente relacionadas a organismos vivos. Por exemplo, uma espécie pode não ser capaz de obter uma posição em determinada área porque uma espécie competidora, pedradora ou patógena já está lá ou porque não há fontes de alimentos disponíveis.
Muitos fatores que determinam se uma espécie pode ou não viver em uma área são abióticos ou não vivos. Exemplos de fatores abióticos importantes incluem temperatura, luz solar e nível de umidade. Esses fatores às vezes determinam se uma espécie pode viver em dado lugar de uma forma bem direta. Por exemplo, uma espécia de plantas só formará raízes e se espalhar em um local que esteja recebendo luz solar e água suficientes.
Por outro lado, fatores abióticos também podem afetar o local em que as espécies são encontradas de forma menos direta. Por exemplo, a qualidade do clima e do solo afetam diretamente o tipo e número de plantas que podem crescer em uma área em particular. Como a energia entra nos ecossistemas através das plantas e outros produtores primários, a qualidade do clima e do solo indiretamente determina quais outros níveis trópicos, ou "ligações de cadeia alimentar" o ecossistema pode suportar.

Distribuição global de biomas

Fatores abióticos moldam as distribuições de cada uma das espécies, como nosso amigo, o urso polar. Em um nível mais amplo, porém, eles também determinam onde os diferentes tipos de biomas são encontrados na Terra.
O que exatamente é um bioma? Basicamente, é um tipo de categoria do ecossistema. Um exemplo familiar é o bioma do deserto. Cada deserto fica em um lugar diferente e tem seu próprio conjunto de plantas e animais. Mesmo assim, os desertos da Terra são todos distintamente desertos e possuem características em comum. Eles tendem a ter pouca chuva, altas temperaturas durante o dia e plantas esparsas adaptadas a duras condições.
Clima é o fator abiótico chave que determina onde os biomas terrestres (terra) são encontrados. Cada bioma tem níveis de temperatura e precipitação (chuva e/ ou neve) característicos. Se sabemos como é a temperatura e a precipitação de um lugar, podemos prever que tipo de bioma encontraremos lá.
Esse diagrama representa os oito principais biomas terrestres, bem como montanhas e geleiras (que não são formalmente considerados biomas). Image credit: Biomas: Figura 2 por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0
Certos tipos de biomas se distribuem em faixas irregulares ao longo do eixo norte-sul da Terra. Por exemplo, há uma grande faixa de floresta tropical (verde no diagrama acima) que circunda a linha central da Terra, ou Equador, incluindo partes das Américas Central e Sul, África e sudeste da Ásia. Contudo, os biomas da Terra também não formam um padrão rigoroso de "listras", como você pode ver as formas irregulares no mapa.
Podemos explicar tanto o padrão geral destas faixas e as variações deste padrão examinando os diferentes fatores que afetam o clima.

O que é clima?

Clima é apenas o tempo, certo? Bem... mais ou menos... Em ecologia (diferentemente da vida cotidiana), esses termos têm significados ligeiramente diferentes:
  • Clima refere-se a condições atmosféricas típicas e de longo prazo em uma área, como a temperatura e precipitações. "Geralmente é quente em Dallas durante o verão" é uma descrição do clima.
  • Tempo refere-se aos mesmos tipos de condições, mas em uma escala de tempo menor. Por exemplo, "A máxima foi de 38 oC em Dallas ontem" descreve o tempo, não o clima.
Basicamente, você pode pensar no clima como a média do tempo em um lugar.

Como o clima muda com a latitude

De forma geral, as temperaturas na superfície da Terra diminuem a medida que nos movemos do Equador para os pólos. Essa não é uma grande surpresa—tendemos a pensar no Ártico como mais frio que os trópicos! Mas, por que isso é assim?
A resposta básica é que o Equador pega mais insolação ou energia solar por área por tempo do que os pólos. Os raios de luz solar atingem a Terra diretamente perto do Equador, mas de forma angular perto dos pólos. Assim, a mesma quantidade de energia se espalha por uma área maior nas regiões polares, como você pode ver no diagrama abaixo:
Diagrama ilustrando que os raios de luz do sol incidem diretamente na terra (mais ou menos em frente) próximo ao equador, mas obliquamente (em ângulo) próximo aos polos. A mesma quantidade de energia solar se espalha sobre a superfície numa área maior quado atingem a terra em ângulo, próximo aos polos. Também, a luz do sol entrando nos polos precisa atravessar um longo percurso através da atmosfera antes de alcançar a superfície terrestre. Esse percurso mais longo permite que mais energia seja defletida de volta para o espaço pelas moléculas da atmosfera, reduzindo ainda mais a insolação na superfície.
Imagem modifcada de Oblique rays por Peter Halasz CC BY-SA 2.5. A imagem modificada é licenciada sob a licença CC BY-SA 2.5
Além disso, nos polos, a luz do sol viaja um caminho mais longo através da atmosfera antes de atingir a superfície. Isso significa que mais luz é desviada para o espaço por partículas existentes na atmosfera (e, portanto, nunca alcança a superfície) na região dos polos do que na região do Equador1.
A forte luz solar no Equador (e fraca luz solar nos polos) faz com que os trópicos sejam mais quentes que o Ártico. Não apenas isso, mas esta diferença na entrada de luz solar também gera grandes padrões globais de circulação de ar. Uma vez que o ar é mais fortemente aquecido pelo sol no Equador, ele tem uma maior tendência para subir naquela região. Esta ascensão de ar no Equador determina padrões de fluxo de ar e precipitação em grande escala.
Qual a aparência destes padrões em grande escala? Na atmosfera da Terra são encontradas seis células rotativas de ar (três ao norte do Equador, três ao sul do Equador). Cada uma dessas células circunda a Terra como uma "rosca de ar" gigante, como mostrado na figura abaixo.
Ilustração da dos padrões de circulação do ar e das faixas climáticas nas diferentes latitudes da Terra.
Ao redor do Equador: o ar sobe e libera água. Há muita chuva aqui. O ar vai para longe do Equador para o norte e o Sul nas altas altitudes
Em torno de 30 graus N/S: O ar que sobe no equador cai aqui. É muito seco e absorve umidade, assim, os desertos são geralmente encontrados ao redor dessas latitudes. Parte do ar retorna ao equador ao longo da superfície, enquanto parte dele move-se para os polos deslocando-se pela superfície. O ar retornando de 30 graus N e o de 30 graus S encontram-se perto do equador, numa faixa chamada de zona de convergência intertropical (esta é a mesma região onde o ar originalmente subiu e liberou água).
Em torno dos 60 graus N/S: o ar que moveu-se ao longo da superfície vindo da latitude de 30 graus sobe novamente aqui, liberando alguma chuva. O ar pode retornar em direção ao equador nas altas altitudes ou continuar a se deslocar para os polos nas altas altitudes.
Ao redor dos polos: o ar desce. Ele está seco novamente e absorve umidade, criando condições semelhantes às desérticas. O ar retorna em direção ao polo, deslocando-se ao longo da superfície.
As setas brancas mostram os principais trajetos do vento (padrões de ar fluem ao longo da superfície devido à circulação de ar nas células). Os ventos se curvam devido à rotação da Terra. Imagem modificada de Circulação global da Terra de Kaidor, CC BY-SA 3.0. A imagem modificada é licenciada sob a licença CC BY-SA 3.0
Neste padrão de seis células de fluxo de ar, o ar sobe em zonas de baixa pressão: uma no equador (sob a influência do forte sol equatorial) e duas nas latitudes 60o N e S. Assim que o ar sobe, o ar resfria e reduz muito da sua umidade como chuva ou neve. Isso gera regiões de alta precipitação (chuva ou neve) no equador e a 60o N e S.
Já tendo descartado sua umidade, o ar que subiu nas zonas de baixa pressão é seco conforme flui em direção aos polos (subindo na atmosfera). Quando ele desce novamente em zonas de alta pressão (que são encontradas a 30o N e S e nos polos), o ar seco suga a umidade da superfície, o que resulta em faixas de deserto a 30o N e S e em regiões secas dos polos norte e sul.

Montanhas, elevações e clima

Padrões de latitude no clima nos dão padrões amplos, tais como faixas de deserto e alta pluviosidade em latitudes diferentes. Mas como você deve ter adivinhado, elas são apenas parte da imagem. Afinal, nem todos os lugares na mesma latitude têm o mesmo clima ou o mesmo tipo de bioma!
A altitude acima do nível do mar é um fator chave que molda o clima. Para dar um exemplo da vida real, quando era criança, eu ia para uma escola que ficava no topo de uma colina. Meus colegas de classe e eu algumas vezes tínhamos um dia de neve (um dia sem aulas) enquanto outras crianças na região não tinham. Por quê? Era mais frio no topo da colina do que era no nível do mar, então algumas vezes nevava na nossa escola enquanto chovia nas áreas abaixo.
Para dar esta ideia de forma mais geral, lugares com altitudes elevadas tendem a ter um clima mais frio que áreas próximas de baixa altitude. Em geral, para cada 1000 metros que subimos (vamos dizer, escalando uma montanha), a temperatura do ar cairá cerca de 6 oC 3.
Como a temperatura muda com a altitude (juntamente com outras coisas como umidade e tipo de solo), uma montanha pode ter diferentes biomas em diferentes altitudes. Por exemplo, uma montanha alta pode ter pastagens em encostas mais baixas, e uma zona de tundra alpina, como o bioma de tundra ártica encontrado próximo ao Pólo Norte, em altitudes elevadas4,5.
As montanhas também afetam padrões de precipitação, tanto em suas próprias encostas como em áreas vizinhas. Imagine o caso em que uma montanha tende a ser atingida por ventos de uma certa direção—vamos dizer, do oceano. Especialmente se estes ventos forem úmidos, as encostas e áreas vizinhas barlavento (de frente para o vento) tenderão a receber muita chuva.
Diagrama ilustrando como a sombra de chuva se forma. Os ventos predominantes sopram do oceano, trazendo o ar rico em umidade para cima da terra. Quando esse ar atinge a montanha, ele é forçado a subir e perde sua capacidade de reter tanta água e parte da água cai como chuva. Descendo do outro lado da montanha, o ar está muito seco e assim absorve umidade e produz uma sombra de chuva (uma área desértica).
Imagem modificada de"Orographic effect," por Meg Stewart (CC BY-SA 2.0). A imagem modificada está licenciada sob a licença CC BY-SA 2.0.
Por que é esse o caso? O ar perde a sua capacidade de reter água à medida em que sobe e esfria enquanto está subindo as encostas, e derruba a umidade extra em forma de chuva. O ar existente sobre a montanha é seco, assim o outro lado (o sotavento) Tende a ter um clima de deserto. Esta região no lado sotavento é conhecido como uma sombra de chuva.

Lagos, oceanos e clima

Como o exemplo acima mostra, corpos de água (especialmente os grandes, como oceanos e lagos) podem afetar diretamente o clima de regiões vizinhas. De fato, corpos de água influenciam o clima em uma variedade de maneiras, mesmo quando as montanhas não estão na foto.
Em um nível básico, lagos, oceanos, e correntes têm um papel vital nos processos climáticos, servindo de reservas para a água que pode evaporar da superfície e cair mais tarde como chuva ou neve. Você pode aprender mais sobre isto no artigo ciclo da água.
Os corpos de água também minimizam mudanças na temperatura de áreas terrestres próximas. Ou seja, eles impedem altas temperaturas de ficarem muito altas e baixas temperaturas de ficarem muito baixas, como de outra forma aconteceria. Você pode aprender mais sobre como as propriedades únicas da água tornam isto possível no vídeo sobre capacidade térmica específica da água.
Finalmente, as correntes oceânicas (que levam a água de um lugar para outro) podem fortemente afetar o clima das terras próximas. O mapa abaixo mostra algumas das principais correntes da Terra:
Mapa mundi ilustrando as principais correntes oceânicas. A Corrente do Golfo leva a água morna para cima da costa leste dos Estados Unidos. A Corrente do Atlântico Norte leva a água então para frente, atravessando o Oceano Atlântico e passando pela costa oeste da Europa, incluindo as ilhas britânicas.
As correntes quentes estão representadas por setas vermelhas no diagrama, enquanto as correntes frias são mostradas em azul e as correntes neutras em preto. Imagem modificada de "Corrientes oceanicas," por Popadius (domínio público).
Para ver como as correntes afetam o clima, vamos comparar duas cidades que estão mais ou menos na mesma latitude: Londres na Inglaterra e Calgary no Canadá6. Londres só chega abaixo de 4 oC mais ou menos no inverno. Calgary, por outro lado, rotineiramente fica abaixo de 12 oC—frio suficiente que fez com que uma amiga minha tivesse suas pálpebras congeladas fechadas quando ela estava visitando a cidade7,8
Esta diferença entre Londres e Calgary pode ser atribuída a uma corrente chamada de Corrente do Golfo. A Corrente do Golfo leva a água aquecida no Equador acima da costa leste do Estados Unidos, alimentando outra corrente chamada Corrente do Atlântico Norte. Esta corrente leva a água morna passando pela Inglaterra e costa oeste da Europa, tornando o clima mais quente do que seria de outra forma9.

Por que a questão climática é importante?

O clima é um fator chave que determina onde as diferentes espécies podem viver. Este princípio aplica-se a muitos ramos da árvore da vida, de animais (como o nosso amigo, o urso polar) a plantas e micróbios. Cada espécie necessita de seu próprio conjunto específico de condições de sobrevivência, muitos dos quais estão direta ou indiretamente relacionados ao clima.
Se as condições climáticas mudam em uma área, as espécies que ali vivem também podem mudar. Por exemplo, uma queda na precipitação pode significar que uma região, ao tornar-se mais desértica, já não pode mais sustentar as espécies de plantas que previamente sustentava. Tais mudanças podem ter efeitos em cascata, com alterações em comunidades de plantas afetando todos os animais que dependem delas.
Este princípio é válido para qualquer mudança no clima, independente se afeta uma área pequena ou grande. Entretanto, é especialmente importante, à luz das mudanças climáticas globais que estão acontecendo agora. Como resultado das atividades humanas, os cientistas preveem um aumento nas temperaturas médias de 1-5°C até 2100 11. Para as espécies sensíveis a pequenas diferenças de temperatura, esta pode ser uma mudança devastadora.
Para aprender mais sobre mudança climática global e como afetas as espécies e a biodiversidade, veja o vídeo mudança climática e biodiversidade de California Academy of Sciences.

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