Por que faz frio no inverno (e calor no verão)?, por Felipe A. P. L. Costa

Por que faz frio no inverno (e calor no verão)?

por Felipe A. P. L. Costa

Uma noção bastante difundida – inclusive entre professores de Ciências e Geografia – é a de que o inverno é a estação mais fria do ano porque a Terra, nessa época, está a percorrer o trecho mais distante de sua órbita em volta do Sol. O verão, por sua vez, seria a estação mais quente em decorrência de uma proximidade máxima entre os dois astros. Esse tipo de explicação pode até fazer sentido para alguns leitores, mas está errada.

É fato que a órbita da Terra tem a forma de uma elipse – um círculo ligeiramente comprimido, com o Sol deslocado para um dos lados –, razão pela qual a distância Terra-Sol varia ao longo do ano, mas isso nada tem a ver com as diferenças de temperatura entre inverno e verão. Basta refletir um instante: se assim fosse, inverno e verão deveriam ocorrer simultaneamente, nos dois hemisférios, e não com a diferença de seis meses que observamos. Não custa lembrar: quando é verão no hemisfério sul (dezembro a março), no norte é inverno; quando é inverno no sul (junho a setembro), no norte é verão.

Hoje, 21/12, nós, habitantes do hemisfério austral, experimentamos o solstício de verão, dia que costuma ser o mais comprido do ano. (Fenômeno exatamente oposto está sendo experimentado pelos habitantes do hemisfério norte: lá, hoje, é o solstício de inverno – o dia mais curto do ano.)

Mudanças sazonais no fotoperíodo

Para encontrarmos uma resposta satisfatória à pergunta do título, teremos de levar em conta dois fatores: a forma esférica do planeta e a inclinação do eixo de rotação em relação ao seu plano de translação.

Os ciclos dia/noite e a sucessão anual das estações (verão, outono, inverno, primavera) são consequências de dois movimentos executados simultaneamente pela Terra: a rotação diária em volta do seu próprio eixo e a translação anual em torno do Sol. Durante o movimento de rotação, é dia na face do planeta exposta ao Sol e noite na outra. E mais: embora o fotoperíodo – relação entre horas de céu claro (dia) e horas de céu escuro (noite) – esteja sempre mudando, de acordo com o calendário e a latitude do lugar, ao final de um ano, todo e qualquer ponto na superfície da Terra acumula exatamente um semestre de dias e um semestre de noites.

Diferenças sazonais no fotoperíodo se tornam gradativamente mais acentuadas à medida que nos afastamos do equador terrestre (0º de latitude) e caminhamos em direção aos polos Sul e Norte (90º S e N, respectivamente), de tal modo que dias cada vez mais longos no verão são compensados por dias cada vez mais curtos no inverno. Em Maceió (AL), por exemplo, que está a cerca de 10º S, o dia mais longo do ano – em 2017, hoje, 21/12, marcando o início do verão no hemisfério sul (e do inverno no norte) – tem cerca de 12 horas e 50 minutos de céu claro e 11 horas e 10 minutos de noite; em compensação, o dia mais curto – em 2017, foi em 21/6, marcando o início do inverno no sul (e do verão no norte) – tem 11 horas e 10 minutos de céu claro e 12 horas e 50 minutos de noite.

Já em Juiz de Fora (MG), que está a quase 22º S, o dia mais longo do ano tem 13 horas e 20 minutos de céu claro e 10 horas e 40 minutos de noite; em compensação, o dia mais curto tem as mesmas 10 horas e 40 minutos de céu claro e 13 horas e 20 minutos de noite.

Diferenças na insolação

Além do contraste no fotoperíodo, outra diferença notável entre verão e inverno está na intensidade da insolação, a qual varia ciclicamente ao longo do  ano, acompanhando a gradativa mudança que ocorre na inclinação dos raios solares em relação à superfície do planeta.

A inclinação dos raios que incidem em cada hemisfério é mínima no primeiro dia do verão, mas aumenta gradativamente até alcançar seu valor máximo no primeiro dia do inverno, quando então volta a diminuir até alcançar novamente um valor mínimo no primeiro dia do verão seguinte, e assim sucessivamente. Esse comportamento cíclico é uma consequência direta da forma esférica do planeta e do fato de que o seu eixo de rotação está inclinado (23º 30’) em relação ao plano de translação – a rigor, se a Terra girasse perpendicularmente em relação ao plano de translação, nós não teríamos as estações do ano.

Nas latitudes superiores a 23º 30’, tanto no sul como no norte (i.e., nas latitudes que ficam além dos trópicos de Capricórnio e Câncer, respectivamente), a incidência dos raios solares nunca é perpendicular à superfície terrestre. Para os habitantes que moram na parte da região Sul que está além do Trópico de Capricórnio (Rio Grande do Sul, Santa Catarina e, com exceção de sua porção noroeste, também o Paraná), isso significa dizer que eles nunca experimentam “o sol sobre a cabeça”, nem mesmo no verão.

A intensidade da insolação – quantidade de radiação incidente por unidade de área – que atinge uma determinada região é inversamente proporcional ao ângulo de incidência dos raios. À medida que esse ângulo aumenta, outras duas variáveis também aumentam: a distância percorrida pelos raios na atmosfera e a área de incidência deles na superfície terrestre. Desse modo, a intensidade da insolação diminui à medida que saímos do equador terrestre em direção a qualquer um dos polos. Além disso, como o ângulo de incidência dos raios solares é sempre maior no inverno, a intensidade da insolação sempre é menor nessa estação do ano, em qualquer latitude.

Considerando que a temperatura do ar depende em boa medida da intensidade da insolação incidente, não é difícil entender porque, para uma determinada localidade, a temperatura média no inverno é inferior à do verão. (Estamos tratando da diferença de temperatura entre estações do ano, o que independe do chamado ‘aquecimento global’; quer dizer, mesmo em um planeta aquecido ou superaquecido, o verão continuaria sendo a estação mais quente e o inverno a mais fria, ainda que a diferença entre essas estações possa mudar.)

Coda                               

De resto, como a intensidade da insolação é menos variável de uma estação para outra nas latitudes próximas ao equador, a temperatura média nas regiões tropicais tende não só a ser mais alta do que nas regiões temperadas, mas também menos variável ao longo do ano. Em Maceió, por exemplo, a temperatura média anual tende a ser mais alta do que em Juiz de Fora, qualquer que seja o ano escolhido para a comparação; e mais: em um mesmo ano, a diferença entre as temperaturas no verão e no inverno tende a ser menor em Maceió do que em Juiz de Fora. (Há complicadores adicionais nesse tipo de comparação, como as diferenças de altitude e de maritimidade, os quais, no entanto, podem aqui ser ignorados.)

Em resumo, o frio do inverno e o calor do verão são produzidos por mudanças periódicas que ocorrem (i) no tempo de exposição aos raios solares (fotoperíodo) e (ii) na intensidade da insolação; cabendo ainda ressaltar que o contraste entre as duas estações (i.e., inverno frio vs. verão quente) tende a aumentar à medida que nos afastamos do equador terrestre.

[Nota: adaptado de Ecologia, evolução & o valor das pequenas coisas (2ª ed., 2014); para informações a respeito do livro mais recente do autor, O evolucionista voador & outros inventores da biologia moderna (2017), inclusive sobre o modo de aquisição por via postal, ver aqui; para conhecer outros artigos e livros do autor, ver aqui.]

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