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Histórico

Publicado: Segunda, 10 de Novembro de 2014, 23h40 | Acessos: 3009

1. Histórico e Relevância do LBA

 

O Programa de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA) é um programa multidisciplinar que busca entender o funcionamento dos ecossistemas amazônicos em todas as suas vertentes e estudar o sistema amazônico como uma entidade regional no sistema Terra, assim como as causas e efeitos das mudanças em curso na região. A pesquisa no LBA é orientada pelo reconhecimento de que a Amazônia está sob rápida e intensa transformação, relacionada ao seu processo de desenvolvimento e ocupação. Assim, busca-se entender como as mudanças no uso e cobertura da terra e no clima poderão afetar os processos biológicos, químicos e físicos, e também o desenvolvimento sustentável na região, além de sua interação com o clima regional e global.

O LBA é centrado em duas questões tratadas por meio de pesquisas multidisciplinares que integram estudos em ciências físicas, químicas, biológicas e sociais:

(1) Como a Amazônia funciona como uma entidade regional?


(2) Como as mudanças no uso da terra e no clima afetam as funções biológicas, químicas e físicas da Amazônia, incluindo a sustentabilidade da região e a influência da Amazônia no clima regional e global?

As atividades do LBA cobriram sete componentes de pesquisa: (1) física do clima; (2) dinâmica do carbono; (3) biogeoquímica; (4) química atmosférica; (5) hidrologia de superfície e química da água; (6) mudanças de uso e cobertura da terra; e (7) as dimensões humanas das mudanças ambientais na Amazônia. Os seis primeiros temas foram desenvolvidos em seu plano científico inicial (LBA, 1996) enquanto o sétimo foi incorporado a partir de uma recomendação do Comitê Cientifico do LBA em 2002.

As discussões para a criação de um grande programa multidisciplinar de pesquisas para a Amazônia iniciaram-se em 1993 (Kirchhoff, 1994; Wickland, 1994; Wofsy et al., 1994; Avissar et al., 2002). A concepção do LBA, assim como a seleção de suas regiões de estudo, reflete o histórico de pesquisas brasileiras na região. Essas etapas herdaram muito do Anglo-Brazilian Climatic Observation Study (ABRACOS) (Gash et al., 1996) e dos experimentos Amazon Boundary Layer Experiments (ABLE) patrocinados pelo INPE e pela NASA nos anos 80 e no início da década de 90. O planejamento dos estudos em ecologia foi relatado por Carlos Cerri e Jerry Melillo, estabelecendo um delineamento baseado em dois transectos que refletiam a maior variabilidade climática na Amazônia, em especial a precipitação total e a duração da estação seca. Um transecto ao norte passa por mais áreas de solos intemperizados e distróficos do que um segundo transecto mais ao sul. Ambos cobrem vários processos de mudanças de uso e cobertura da terra, com variações climáticas acentuadas.

A seleção das áreas de estudo foi direcionada a partir da concepção dos transectos, mas contou também com outros fatores relevantes. Prince & Steininger (1999) sugeriram uma classificação biofísica da região amazônica para orientar com mais detalhe as estratégias de observação. Os estudos de longa duração desenvolvidos no Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), no entorno de Manaus, fez dessa área um importante centro de estudos. Condições específicas para estudar mudanças de uso e cobertura da terra também influenciaram a seleção de sítios de pesquisa. As práticas de manejo florestal na Floresta Nacional do Tapajós, por exemplo, motivaram a inclusão desse sítio para o estudo do impacto da exploração seletiva de madeira.

O LBA foi complementado com um grupo de módulos de pesquisa, cada um dos quais com um subconjunto de objetivos específicos. Durante uma primeira fase, uma contribuição fundamental foi implementada pelo módulo LBA-ECO, financiado pela NASA, no âmbito de um termo de Ajuste Complementar ao Tratado de Cooperação Científica Brasil-Estados Unidos. Outros módulos importantes incluíram: Tropical Rainfall Measuring Mission – LBA (TRMM-LBA), Atmospheric Mesoscale Campaign (AMC), Cooperative LBA Airborne Regional Experiment (CLAIRE), European Studies on Trace Gases and Atmospheric Chemistry (EUSTACH), Brazilian-European Study of the Carbon Cycle of Amazônia (CARBONCYCLE) e LBA-HYDROMET. O LBA executou as pesquisas no âmbito de cada módulo de forma paralela, integrando o conhecimento através de várias medidas: (1) planejamento conjunto dos programas e atividades; (2) compartilhamento de sítios de pesquisa, equipamentos e apoio logístico; (3) intercâmbio de dados através do Sistema de Dados e Informações do LBA (LBA-DIS); (4) desenvolvimento de modelos de simulação acoplando processos-chave da química, da física e da biologia atuando em várias escalas temporais e espaciais; (5) síntese conjunta e integração de resultados. A coordenação científica dessas atividades tem sido realizada pelo Comitê Científico do LBA.

Durante a primeira fase do LBA, os módulos principais de pesquisa deram origem a atividades de campo em 1998 e a maioria dessas atividades foi concluída até 2005. O delineamento dos trabalhos de campo incorporou os dois transectos mencionados, cobrindo gradientes de clima e de uso e cobertura da terra, baseados em regiões da Amazônia onde a conversão da floresta ou a exploração seletiva de madeira afetavam a estrutura da paisagem. Cada um dos mega-transectos incluiu vários sítios primários de pesquisa intensiva e sítios secundários distribuídos mais esparsamente. Os sítios intensivos primários apresentavam grupos de 2-4 torres de medidas de fluxos. Os grupos de torres incorporaram gradientes locais de uso e cobertura da terra em situações distintas ao longo dos transectos, de modo a gerar observações e estudos de processos predominantes de mudança ambiental (por exemplo, floresta primária, pastagens ou áreas de cultivo, vegetação secundária, exploração seletiva de madeira). Os sítios secundários apresentavam instrumentação e estudos menos completos, mas acrescentavam pesquisas essenciais complementares sobre outros tipos de uso e cobertura da terra e sobre a variabilidade das condições climáticas e edáficas. Conjuntos importantes de medições contínuas ou intermitentes (por exemplo, fluxos e concentrações de CO2 e gases traço, condições micrometeorológicas, radiação, aerossóis, propriedades da vegetação e dos solos) foram gerados nos sítios primários de estudo. Observações adicionais e processos de estudo, incluindo experimentos de manipulação e estudos de cronosequências foram conduzidos ao longo dos dois transectos. O delineamento baseado em dois transectos dependeu dos aportes de todos os módulos do LBA. A cooperação, articulação e compartilhamento da infraestrutura permitiram ao Brasil a implementação dessa experiência científica singular em termos mundiais.

No total, são mais de 150 propostas diferentes de pesquisa, já executadas ou em execução, colocadas à disposição das comunidades amazônicas, dos governos locais, estaduais e federais, e da comunidade científica internacional. Essas pesquisas são financiadas pelas mais destacadas agências de fomento brasileiras (MCT, CNPq, FAPESP, FINEP etc.); pela NASA e a National Science Foundation, dos EUA; pela Comissão Européia; pelo IAI – Instituto Interamericano de Pesquisas sobre Mudanças Globais; além de organismos de países da Bacia Amazônica (Venezuela, Peru, Bolívia, Colômbia e Equador) e outras instituições americanas e européias. Cerca de 280 instituições participaram deste esforço, mais de 100 delas brasileiras, e 40 amazônicas, mobilizando algo em torno de 1700 pesquisadores, dos quais mais de 1000 brasileiros, além de 900 estudantes e jovens pesquisadores.

A coordenação geral do LBA, desde seu início oficial em 1998, é feita pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT). A gerência executiva esteve inicialmente a cargo do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), passando posteriormente para o Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), onde seu escritório central está instalado.

 

2. Resultados da Primeira Fase do LBA

 

Durante os últimos 25-30 anos, o mundo todo passou por uma intensiva alteração antropogênica do ciclo hidrológico de rios e lagos, na qualidade da água, nos recursos hídricos e no balanço de água. Os valores dos recursos hídricos, sua dinâmica no tempo e distribuição pelo território são agora determinados não apenas por variáveis climáticas naturais, como eram anteriormente, mas também pelas atividades humanas. Em diversas regiões e países, os recursos hídricos estão quantitativamente esgotados e muito contaminados. A região amazônica pode ser categorizada como uma região de grande risco ambiental e social para a mudança e variabilidade climática. O risco não se deve apenas à mudança climática projetada, mas também pelas interações sinérgicas com o processo desordenado de ocupação da região, tais como o desmatamento e as mudanças de uso da terra. Modelos indicam a possibilidade de que nas próximas décadas ocorra uma substituição abrupta e irreversível das áreas de floresta por formações vegetais mais abertas e com menor biomassa, com perda em grande escala da biodiversidade e diminuição da capacidade de suporte de populações da região.

Com base no que é conhecido sobre a variabilidade climática na Amazônia e sobre o papel do transporte de umidade dentro e fora da bacia, como sugerem estudos observacionais e de modelagem, uma questão surge: quais seriam os possíveis impactos do desmatamento em escala regional ou do aumento da concentração de gases de efeito estufa na atmosfera no clima da Amazônia e nas regiões vizinhas (Freitas et al., 2005; Marengo, 2005)? A recente seca de 2005 que afetou uma grande extensão da Bacia Amazônica ocidental demonstrou a vulnerabilidade da população a eventos climáticos extremos. Esta foi a seca mais severa dos últimos 40 anos e também uma das mais intensas dos últimos 100 anos. O fenômeno perturbou o funcionamento básico da Amazônia, provocando impactos ambientais, sociais e econômicos (Marengo et al., 2007a).

No contexto de mudança climática, cenários gerados pelo CPTEC/INPE até o final do século XXI indicam reduções de chuva de até 40% e aquecimento de até 8o C (Marengo et al., 2007b). O maior impacto sobre a redistribuição de espécies e biomas seria sentido no nordeste da Amazônia e o menor impacto no oeste (Salazar et al., 2007). A distribuição das espécies aquáticas também pode ser alterada, já que existe a possibilidade de que algumas espécies invadam habitats em altitudes mais elevadas ou desapareçam dos limites altitudinais mais baixos de sua distribuição.

Da mesma forma que avanços significativos foram realizados no conhecimento da física do clima, da química atmosférica e de mecanismos da hidrologia de superfície na Amazônia, o LBA também promoveu estudos sobre os ciclos biogeoquímicos, mas ainda não resolveu definitivamente se a região é uma fonte ou um sumidouro de carbono. Pesquisas sobre essa questão estão em andamento e deveriam, sem a menor dúvida, ocupar vários
cientistas durante a segunda fase do LBA. Entretanto, o LBA já produziu muitos resultados sobre os mecanismos que regulam o ciclo do carbono em ecossistemas naturais e em áreas afetadas pelas mudanças de uso da terra. Pesquisas baseadas nas parcelas do projeto RAINFOR em toda a Amazônia mostraram uma forte tendência de crescimento da floresta e de acúmulo de biomassa aérea (Malhi et al., 2004). Essa tendência é especialmente acentuada nas florestas do oeste amazônico, mas sua causa permanece desconhecida (Baker et al., 2004). Medidas de fluxos de CO2 também mostram uma tendência predominante de seqüestro de carbono pelas florestas, com alguns interessantes exemplos de sítios que parecem ter sofrido perturbações ecológicas, como evidenciado pelas grandes quantidades de madeira morta (Saleska et al., 2003). Esses estudos de fluxos também mudaram nossa concepção sobre a sazonalidade das florestas amazônicas. Vários sítios mostraram maior seqüestro líquido de carbono durante a estação seca, em comparação com a estação chuvosa, possivelmente devido à disponibilidade de água em solos profundos (Silva & Avissar, 2006).

A ciclagem de nutrientes é critica na recuperação de áreas degradadas na Amazônia. Davidson et al. (2007) ilustraram os complexos mecanismos no balanço entre fósforo e nitrogênio em crono-sequências de regeneração da vegetação e observaram que são necessários pelo menos 70 anos para uma área em pousio restabelecer o ciclo do nitrogênio.

O efeito de aerossóis no funcionamento dos ecossistemas amazônicos também foi amplamente estudado no LBA com várias abordagens e integrações (Davidson & Artaxo, 2004; Artaxo et al., 2006). O impacto das emissões de gases e aerossóis em queimadas na Amazônia também foi quantificado (Artaxo et al., 2002). Observou-se uma forte influência das partículas de aerossóis nos mecanismos de formação e desenvolvimento de nuvens (Andreae et al., 2004), com importantes implicações no ciclo hidrológico. Observou-se a supressão de formação de nuvens em áreas com altas concentrações de aerossóis e também que o tamanho de gotas das nuvens é reduzido em altas cargas de aerossóis, favorecendo a convecção e uma maior altura do topo da nuvem. O tempo de residência das nuvens é aumentado na presença de aerossóis, potencialmente reduzindo a precipitação e alterando o balanço de radiação. Novos mecanismos de formação natural de nuvens foram descobertos, com a produção de núcleos de condensação a partir de compostos orgânicos voláteis emitidos pela própria vegetação (Clayes et al., 2004). O forte efeito dos aerossóis no balanço radiativo da atmosfera foi estudado ao longo de 7 anos em vários locais da Amazônia e observou-se que as partículas de aerossóis absorvem em média 38 watts/m² de radiação, afetando a produtividade primária, convecção e outros mecanismos do sistema climático, sensíveis ao balanço de radiação (Procópio et al., 2004). Esta significante alteração no balanço de radiação afeta a radiação solar na superfície e altera os fluxos de carbono, como demonstrado por Oliveira et al. (2007). Foi observado um aumento na taxa fotossintética de até 40% pela presença de pequenas quantidades de aerossóis que aumentam a radiação difusa. Mas, com uma maior carga de aerossóis de queimadas, a assimilação de carbono cai para zero.

Alterações no uso da terra têm importantes efeitos na meteorologia da Amazônia. Foi observada, em Rondônia, uma oscilação intra-sazonal de vento entre leste-oeste, associada com diferentes características de chuvas e de composição dos aerossóis e núcleos de condensação de nuvens (Silva Dias et al., 2002). O extenso sistema hidrológico na Amazônia afeta a circulação atmosférica e o padrão de circulação na interface entre os grandes rios e a floresta adjacente (Silva Dias et al., 2004). Os grandes corpos de água induzem circulações regionais que alteram o padrão da distribuição de nuvens e o perfil diário dos ventos na interface rio-floresta, alterando inclusive o fluxo de carbono em regiões próximas dos grandes rios na Amazônia. O desmatamento e alterações no uso da terra também influenciam a cobertura de nuvens em escalas sazonais e na distribuição diurna (Durieux et al., 2003). Na estação seca foi observada uma maior presença de nuvens baixas em áreas desmatadas no início da tarde e menos convecção durante a noite. Durante a estação chuvosa, a nebulosidade convectiva no início da noite foi intensificada. A maior diferença no padrão de distribuição de nuvens foi observada na estação seca. Estas alterações no padrão de distribuição de nebulosidade afetam chuvas e o balanço de radiação em áreas desmatadas, em comparação com áreas preservadas (Durieux et al., 2003, Machado et al., 2004).

Outros estudos demonstraram que as mudanças no uso e cobertura da terra, como a conversão de florestas em pastagens, alteram substancialmente as características físicas e químicas de rios de primeira e segunda ordem, influenciando sua estrutura e funcionamento. A retirada da floresta permite uma maior entrada de luz, aumentando assim a temperatura da água, que influencia uma série de reações químicas, como por exemplo, a solubilidade do oxigênio (Neill et al., 2006). A substituição da vegetação arbórea original por pastagens também acarreta uma maior entrada de partículas de solo e vegetação através de processos erosivos que se intensificam nas pastagens (Thomas et al., 2004; Krusche et al., 2005). O maior aporte de matéria orgânica lábil leva a um aumento no processo de decomposição, dependente de oxigênio que se encontra dissolvido na água (Bernardes et al., 2004). Conseqüentemente, há um decréscimo na concentração deste elemento com impactos na biota. O ciclo do nitrogênio também é afetado, uma vez que a quantidade de nitrogênio disponível decresce nas pastagens, acarretando uma diminuição de seu aporte aos pequenos rios, que passam a ser limitados por este nutriente e não mais por fósforo, como eram originalmente (Carmo et al., 2005). Porém, existem dúvidas se estas transformações se propagam para rios de maior ordem, principalmente aqueles que drenam bacias hidrográficas de meso-escala (Neill et al., 2001).

Foi também demonstrado que as áreas ripárias podem ter uma importância regional desproporcional a sua extensão. Existem indicações preliminares de que parte do CO2 fixado via fotossíntese nas florestas de terra firme seja decomposto nessas áreas ripárias, sendo transformado novamente em CO2 ou metano. Os mecanismos de transporte dessa matéria orgânica para as áreas ripárias ainda é incerto, como também é ainda incerta a magnitude dessas transformações.

Na primeira fase do LBA, quatro questões centrais definiam a componente de mudanças de uso e cobertura da terra: (i) quais são as taxas e mecanismos de conversão de florestas em campos de cultivo, e qual é a importância relativa destes usos de terra; (ii) a que taxas áreas abandonadas são convertidas em florestas secundárias, qual o destino dessas áreas e quais são os padrões dinâmicos de conversão e abandono de terras; (iii) qual a área de floresta afetada anualmente pela exploração madeireira; (iv) quais são os possíveis cenários de futuras mudanças de cobertura de terra na Amazônia.

Avanços importantes foram alcançados para cada uma dessas questões, conforme listados a seguir. Adicionalmente, novas técnicas de detecção de mudanças e de monitoramento, executadas no âmbito do LBA ou diretamente derivadas de seus esforços, permitiram realizar estudos em novas escalas temporais e espaciais, em particular no que diz respeito às áreas de florestas.

Durante todo o período de implementação do LBA, foram realizados levantamentos anuais de desflorestamento pelo INPE, o que, de um lado, propiciou informações importantes para o LBA sobre taxas e padrões de desflorestamento (Alves, 2002). Também permitiu que o LBA apontasse novas questões sobre padrões regionais e locais de uso da terra, em particular a dinâmica de ocupação em zonas pioneiras (Batistella & Moran, 2005), a dinâmica de conversão da floresta para a agricultura intensiva (Morton et al., 2006) e a relação entre a exploração madeireira, a degradação da floresta e as taxas de conversão (Asner et al., 2005; Souza et al., 2005). Outros estudos indicaram uma variedade de processos não apenas de avanço da fronteira agrícola, mas também de intensificação do uso da terra e variações nos sistemas de produção baseados em tecnologias tradicionais e modernas (Morton et al., 2006).

Também foram realizadas estimativas sobre as áreas convertidas e posteriormente abandonadas, dando origem a pastagens degradadas, sucessão secundária, florestas degradadas por exploração madeireira e ocorrência de queimadas (Souza Jr. et al., 2005). Essas pesquisas foram realizadas principalmente em escalas locais, através de estudos de caso em vários sítios e fazendo uso de robustas técnicas de sensoriamento remoto e levantamentos de campo (Roberts et al., 2003; Lu et al., 2004). O destino dessas terras abandonadas tornou-se extremamente relevante frente ao recém criado programa de agroenergia do governo brasileiro assim como ao potencial dos serviços ambientais gerados pelas terras abandonadas, ainda que existam evidências da redução das áreas abandonadas em regiões muito desmatadas (Alves et al., 2003).

Obteve-se um avanço significativo no entendimento da intensidade e extensão da exploração madeireira na Amazônia e nos possíveis danos ambientais causados por essa atividade (Chambers et al., 2001). Estudos inovadores indicaram que a exploração madeireira era mais significativa em termos de área e com impactos sobre áreas remanescentes. Nepstad et al. (1999) encontraram que a área sob exploração é semelhante à área desmatada anualmente, o que é crítico, uma vez que florestas exploradas apresentam menor diversidade em função de mudanças em sua estrutura. Aproximadamente 16% da área explorada converte-se em área desmatada no ano seguinte e cerca de 32% é desmatada em quatro anos. Isto significa que a exploração madeireira não precede imediatamente o desmatamento, mas é sim uma forma de distúrbio em si e aumenta aárea sob impacto de atividades humanas (Asner et al., 2005).

Assim, as mudanças no uso da terra podem afetar os serviços ambientais – especialmente os relacionados ao funcionamento de ecossistemas a longo prazo (DeFries et al., 2004). Essas mudanças de longo prazo foram avaliadas por Foley et al. (2007) através da análise de vários resultados do LBA. Os autores indicaram quatro exemplos de serviços ambientais negativamente afetados pelo desmatamento e degradação: armazenamento de carbono, fluxo hidrológico, influência sobre o clima regional e vetores de doenças.

No âmbito dos cenários plausíveis para as mudanças de uso e cobertura da terra na Amazônia, ferramentas analíticas e teóricas foram desenvolvidas, com o objetivo de alimentar modelos climáticos regionais e considerando alternativas de governança às atuais dinâmicas de uso da terra (Soares Filho et al., 2006).

Mesmo tomando como ponto de partida as duas questões fundamentais do LBA - compreender o funcionamento regional da Amazônia e como mudanças de uso e cobertura da terra e do clima podem afetar esse funcionamento - o LBA não pretendeu ignorar uma terceira questão, a da posição do homem diante das mudanças ambientais regionais e globais (Alves et al., 2004).

Esforços significativos de ação foram desenvolvidos sobre as pesquisas em dimensões humanas das mudanças ambientais na Amazônia no âmbito do LBA. Inicialmente, parcerias ad-hoc foram incentivadas a discutir questões científicas identificadas pela comunidade do programa, em particular para um melhor entendimento dos processos de mudança de uso e cobertura da terra. Essa ação catalisou a construção de pontes mais sólidas com cientistas sociais, a partir de sua inserção no Comitê Científico e, posteriormente, através da promoção de iniciativas sistemáticas ou programáticas. Entre essas iniciativas, um levantamento da produção científica em ciências humanas, seminários e cursos dedicados ao tema e várias publicações podem ser considerados como os resultados mais significativos deste componente do LBA (Becker et al., 2007).

As atividades de treinamento e educação são reconhecidas como um dos principais resultados e legados do programa, devido ao sucesso alcançado. Foram mais de 900 estudantes formados, incluindo 380 graduandos, 297 mestrandos e 241 doutorandos, em sua maioria brasileiros, ligados a instituições amazônicas. Para aprimorar o treinamento de jovens cientistas, atraídos pelo LBA, o CNPq criou um programa especial de bolsas. Três cursos de graduação, quatro de mestrado e dois de doutorado foram originados no âmbito do LBA, todos em estados da Amazônia. Além das motivações científicas, esses recursos humanos, agora disponíveis na região, representam um fator positivo crucial para a implementação da segunda fase do programa.

Desde seu início, o LBA tem produzido inúmeras publicações, incluindo mais de 1.000 artigos em periódicos indexados, 150 capítulos de livro, 12 livros e 9 números especiais de revistas científicas (Journal of Geographical Research, Remote Sensing of Environment, Ecological Applications, Global Change Biology, Theoretical and Applied Climatology, Acta Amazonica, Earth Interactions, Hydrological Processes, Atmospheric Chemistry and Physics e Revista Brasileira de Meteorologia).

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