Disciplina: CST 305 – Introdução a Modelagem do Sistema Terrestre Professor: Gilberto Câmara TEMPERATURE CONTROL ON DAISYWORLD CAPÍTULO 11 Alunos: Juliana Silveira dos Santos Leandro Casagrande Marcelo Pizzuti Pes

Gaia – a Terra Viva James Lovelock O planeta terra como um todo é um sistema vivo, auto- organizador. Permitiram, pela 1ª vez, olhar o nosso planeta a partir do espaço exterior e percebê-lo como um todo integrado.

Gaia – a Terra Viva NASA – James Lovelock – projetar instrumentos para a detecção de vida em marte. “Como podemos estar certos de que o modo de vida marciano, qualquer que seja ele, se revelará a testes baseados no estilo de vida da Terra?”

Gaia – a Terra Viva A vida utilizaria a atmosfera e os oceanos como meio fluido para matérias primas e produtos residuais. Detectar a existência de vida analisando a composição química de um planeta. Se houvesse vida em Marte, a atmosfera Marciana revelaria algumas combinações de gases, algumas “assinaturas” características que poderiam ser detectadas até mesmo aqui da Terra.

Gaia – a Terra Viva TERRA X MARTE Composição química semelhante. MARTE - Pouco O 2, uma porção de CO 2 e nenhum metano. TERRA - Grande quantidade de O 2, quase nenhum CO 2 e uma porção de metano. Por que?

Gaia – a Terra Viva MARTE Planeta sem vida; Todas as reações químicas possíveis entre os gases na atmosfera já foram completadas; Não há mais reações químicas possíveis; Há um TOTAL EQUILÍBRIO QUÍMICO na atmosfera marciana.

Gaia – a Terra Viva TERRA Sistema aberto; Afastado do equilíbrio; Caracterizado por um fluxo constante de energia e matéria. Sua análise química detectava a própria “marca registrada” da vida.

Gaia – a Terra Viva Como a Terra poderia regular sua temperatura e atmosfera? Processos auto-reguladores tinham que envolver organismos da biosfera. Lynn Margulis Estava estudando a produção e remoção de gases por vários organismos. O 2 e outros gases que provém da vida. O encontro de James Lovelok e Lynn Margulis resultou na hipótese de Gaia plenamente científica.

Gaia – a Terra Viva Estes laços de realimentação ligam conjuntamente sistemas vivos e não – vivos. A teoria de Gaia mostra que há um estreito entrosamento entre as partes vivas do planeta – plantas, microrganismos e animais – e suas partes não vivas – rocha, oceanos e a atmosfera.

Gaia – a Terra Viva Muitos cientistas rejeitaram a hipótese de Gaia, expressando essa rejeição alegando que a hipótese era não- cientifica porque era teleológica (implicava a idéia de processos naturais sendo modelados por um propósito). Lovelock respondeu com um engenhoso modelo matemático batizado de: “MUNDO DAS MARGARIDAS”

Gaia – a Terra Viva Neste modelo fica claro que a regulação da Temperatura é uma propriedade emergente do sistema, que surge automaticamente sem nenhuma ação propositada; Como uma conseqüência de laços de realimentação entre organismos do planeta e o meio ambiente destes organismos. Como era o “mundo das margaridas”?

Modelo computacional Um planeta aquecido por um sol – cuja radiação térmica aumenta de maneira uniforme. Só existem duas espécies vivas crescendo nele: Sementes dessas margaridas estão espalhadas por todo o planeta; O planeta é úmido e fértil por toda parte; Mas, as margaridas crescerão somente dentro de certa faixa de temperaturas.

Gaia – a Terra Viva O Mundo das Margaridas

Gaia – a Terra Viva Propriedade fundamental do modelo que produz auto- regulação: As margaridas negras, absorvendo o calor, aquecem não apenas a si mesmas mas também o planeta. As margaridas brancas refletem o calor e se esfriam, resfriando também o planeta. O calor é absorvido e refletido ao longo de toda a evolução do Mundo das Margaridas, dependendo da espécie que está presente.

Gaia – a Terra Viva aumento da temperatura sem vida presente _____ como a vida mantém um temperatura constante. Quando o sol está relativamente mais frio, o mundo das margaridas aumenta sua temperatura pela absorção térmica das margaridas negras, à medida que o sol fica mais quente, a temperatura é gradualmente abaixada devido á predominância progressiva das margaridas brancas refletoras de calor.

EQUAÇÕES Temperatura Daisyworld – Lei de Stefan Boltzmann F = εσAT 4 F é a taxa do fluxo de energia em Joules/segundo (ou Watts); ε é a emissividade do objeto; σ é a constante de Stefan-Boltzmann com o valor de 5,67x10 -8 W/ m 2 K 4 ; A é a área do objeto; T 4 é a temperatura do objeto em graus Kelvin.

EQUAÇÕES Temperatura de um objeto - Energia emitida Energia emitida = Energia absorvida Em que: a Energia Absorvida > Energia Emitida (há aumento de temperatura); a Energia Absorvida < Energia Emitida (há esfriamento). Energia Recebida Fator de Luminosidade Solar * Constante de Fluxo Solar Constante de Fluxo Solar = 917 W/m 2 Energia Refletida Energia Refletida = Energia Recebida * Albedo Energia Absorvida Energia Absorvida = Energia Recebida – Energia Refletida

EQUAÇÕES Albedo Planetário A planet = f un A un + f w A w + f b A b Em que: A é o albedo e F é a fração da área total do planeta coberto ou descoberto. Crescimento das margaridas (modelo fator de crescimento de 0 a 1) Fator cresc write = 1 – (22.5 – T write ) 2 Pico crescimento Temp. do crescimento Ótimo: 22,5ºC – Função: β = (max(0, m(1-((Topt - Tl)/17.5) 2 )) Em que: m = 1 o pico da taxa de crescimento e Topt = 22,5ºC, a temperatura de crescimento ótimo e T l é a temperatura local.

EQUAÇÕES Temperatura local – Margaridas brancas e pretas. T white = F HA * (A planet -A white ) + T planet Em que: A é o albedo; F HA é o fator de absorção de calor (inicial = 20). Equação da taxa de crescimento, é incluída a taxa de mortalidade. T white = f w A w * (f un A un * GrowthFactor - death_rate) white_growth = White_Area*(Uncovered_Area*White_Growth_fact-death_rate)+.001

Resultados

Resultados

Gaia – a Terra Viva O Mundo das Margaridas, sem nenhuma previsão ou planejamento, “regula sua própria temperatura ao longo de um grande intervalo de tempo por meio da dança das margaridas”.