Hidrosfera e Ciclo da Água

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2 ESTRUTURA DA TERRA: HIDROSFERA A ÁGUA DA VIDA...A VIDA DA ÁGUA NO PLANETA TERRA Os oceanos, lagos e cursos de água, a água contida no interior da crosta e a existente na atmosfera formam, em conjunto, a parte líquida da Terra, denominada de hidrosfera. Distribui-se na atmosfera e na parte superficial da crosta até uma profundidade de aproximadamente 10 km abaixo da interface atmosfera/crosta. A água é a substância de maior quantidade na superfície do planeta, participando dos seus processos físico-químicos como a dissolução de materiais terrestres e do transporte de partículas. Do total de 5,10 X 10⁸ Km² da superfície da terra, 3,10 X Km² são cobertos por oceanos, enquanto 1,85 X 10⁸ Km² de terra firme. Pelos dados acima qual é a proporção entre a superficie marítima e a terra firme? Considerando que cerca de 2,5 X 10⁶ Km² das terras firmes são cobertas por rios e lagos e até 1,5 X 10⁷ Km² por geleiras, qual a proporção entre a superfície marí- tima e as terras emersas? A Terra é chamada de planeta azul quando vista do espaço devido a cor da água. Por que a água dos oceanos é azul ? RIO AMAZONAS 40/11A cor da água é um assunto controverso de estudos científicos e equívocos po- pulares. Normalmente diz-se que a água pura é inodora, insípida e incolor. As duas primeiras qualidades são verdadeiras mas a terceira é um grande equívoco popular. Embora quantidades relativamente pequenas de água sejam observadas pelos humanos como transparente, a água pura líquida tem uma cor levemente azul, que se torna um azul intenso quando a espessura da amostra observada aumenta. A cor azul é causada pela absorção seletiva e espalhamento do espectro de luz. Impurezas dissolvidas ou suspensas na água pode dar a água diferentes aparências coloridas. A água é que mantém a vida sobre a Terra, através da fotossíntese, produzindo biomassa pela reação química conhecida entre e H2O. Sabemos que a fotossín- tese é o processo através do qual as plantas clorofiladas, e alguns outros organismos, como microalgas, as cianófitas (algas verde-azuladas) e diversas bactérias, trans- formam a energia luminosa em energia química através da equação simplificada do processo: Qual é nome (usual ou oficial) do composto: CoMo FOI ORIGINADA A ÁGUA LÍQUIDA NO PLANETA? A origem da água na história da formação da Terra está relacionada com a forma- ção da atmosfera através da degaseificação. que é degaseificação? É o processo físico de liberação lenta de gases por um sólido ou líquido. Esse processo pode incluir a sublimação e a evaporação que são transição de fases de uma substância para a fase gasosa, assim como a desorção que infiltra por fendas ou volumes internos os produtos gasosos de lentas reações químicas. Esse fenomeno atuante até hoje, iniciou na fase de resfriamento geral da Terra, após a fase inicial de fusão parcial. Nesse resfriamento gradativo e formação de rochas ígneas, foram liberados gases, principalmente, vapor de água e dióxido de carbono entre vários outros, como subprodutos voláteis da cristalização do magma. Os geólogos defendem que praticamente todo volume de água que compõe hoje a hi- drosfera foi gerada na primeira fase de resfriamento da Terra. A geração de água sob a forma de vapor é observada atualmente em erupções vulcânicas, sendo chamada de água juvenil, respeitando esta mais provável hipótese da origem da água. CICLO HIDROLÓGICO constante intercâmbio entre os reservatórios de água tais como os oceanos, geleiras, rios e lagos, vapor d'agua, água subterrânea e a água contida nos organismos vivos compreende ciclo d'água ou ciclo hidrológico, dinamizado pela energia solar, 30 Ciências Naturais e Matemática UAB 41/116representando processo da dinâmica externa mais importante da Terra. Podemos iniciar com fenomeno da precipitação meteórica, que é a condensação de gotículas a partir do vapor de água presente na atmosfera, resultando nas chuvas. Quando vapor de água transforma-se diretamente em sólido, em cristais de gelo, e estes se ajuntam atingindo tamanho e peso suficientes, haverá a formação de granizo ou neve, responsáveis pelas geleiras nas calotas polares e nos cumes das montanhas. Através da evaporação, parte da precipitação retorna para a atmosfera. Esta fração evaporada adiciona-se ao vapor de água formado sobre solo e aquele liberado pelos processos dos organismos, principalmente as plantas, através da respiração. Todas estes processos de vaporização são denominados de evapotranspiração. A evaporação no caso é causada pela radiação solar e vento e a transpiração pela vegetação. A evapo- transpiração em área florestadas de clima quente e úmido é responsável por até 70% da precipitação. Em ambientes glaciais como se deve dar o retorno da água para a atmosfera? Circulação Atmosférica Energia Solar Vapor de água gases vulcânicos Neve Precipitação meteórica chuva Nivel agua Infiltração superficial em rios Evaporação dos oceanos Lago Vulcanismo Água subterrânea Interface Oceanos Água do mar Fluidos hidrotermais Água em rochas metamórficas Ciclo hidrológico lento: dinâmica interna Ciclo hidrológico rápido: dinâmica externa FONTE: WWW.SUDERHSA.PR.GOV.BR UAB Ciências Naturais e Matemática ESTUDANDO SOBRE A TERRA 31 42/116Nas florestas há uma significativa parcela da precipitação que pode ser retida sobre folhas e caules, sofrendo a evaporação posteriormente. Este processo é chamado de interceptação. Dois caminhos podem ser seguidos pelas gotas das chuvas Como a interceptação que caem sobre o solo: a infiltração e escoamento superfi- pode reduzir a ação ero- cial. A infiltração depende principalmente do tipo de solo. A siva das chuvas? água, direcionada pela força gravitacional, tende a preencher os vazios no subsolo, seguindo em profundidade até corpo de água subterrânea. escoamento superficial, se origina de pequenos filetes de água, convergindo para os córregos e rios, constituindo a rede de drenagem. Também com raras exceções, tem como destino final os oceanos. Parte da água de infiltração pode retornar à superfície através de nascentes, alimentando escoamento superficial. Ao longo do trajeto geral do escoamento superficial nas áreas emersas e principal- mente nos oceanos ocorre a evaporação, realimentando vapor de água atmosférico, completando assim o ciclo hidrológico. A seguir se encontra uma tabela da distribuição de água nos principais reservató- rios naturais. Volume Percentual do Volume Tempo médio de Tipo de reservatório (10⁶ X km³) Total permanência Oceanos e mares 1.370 94 4.000 anos Geleiras e neves eternas 30 2 10 a 1.000 anos Águas subterrâneas 60 4 2 semanas a a 10.000 anos Lagos, rios, pântanas e reservatórios artificiais 0,2 0,01 2 semanas a 10 anos Umidade nos solos 0,007 0,01 2 semanas a 1 ano Biosfera 0,0006 1 semana Atmosfera 0,0130 10 dias FONTE: KARMANN I., 2003 32 Ciências Naturais e Matemática UAB 43/116SUGESTÃO PARA ATIVIDADE PEDAGÓGICA SIMULANDO NUVENS, CHUVA, NEBLINA, ORVALHO E GEADA: UMA ATIVIDA- DE PARA o DESENVOLVIMENTO DOS CONCEITOS RELATIVOS AOS FENÔMENOS NATURAIS DO CICLO DA ÁGUA Esta atividade é recomendada para a compreensão dos fenômenos naturais da água para Ensino Fundamental a séries. É uma atividade que requer mate- riais simples e que ao mesmo tempo trabalha com profundidade os conceitos relativos às mudanças de estado físico. DESENVOLVIMENTO Como visto, a água dos oceanos, rios e lagos está sempre evaporando e vapor d'água fica misturado com ar. A água retorna na forma de nuvens chuva, neblina, orvalho e geada. Como ocorrem estes fenômenos? Material: 2 copos de vidro; sal de cozinha; um pequeno espelho; gelo picado; 1 colher de sopa; papel absorvente; água gelada 1. Usando papel absorvente, enxugue bem copo por fora e coloque água gelada no seu interior. que você observa no lado de fora do copo? 2. Para ter certeza de sua resposta, passe o dedo do lado de fora do copo. A água que está na parte de fora do copo veio de dentro? Por quê? 3. Aproxime de sua boca espelho e sopre sobre ele até embaçá-lo. Passe dedo sobre o espelho. espelho está molhado? De onde pode ter vindo a água que se depositou sobre espelho? 4. Pegue o outro copo e enxugue-o bem por fora. Coloque nele gelo picado e sal em camadas alternadas até a metade da altura. Misture bem. Deixe o copo em repouso durante 3 minutos. 5. Pegue no copo pela borda e examine-o por fora. Raspando com a unha, você percebe bem o gelo que depositou aí. DISCUTINDO A ATIVIDADE Com relação ao primeiro item do procedimento, as paredes do copo não são po- rosas assim, a água não pode tê-la atravessado. A água que apareceu no lado de fora do copo só pode ter vindo do ar, pois somente ar está junto ao copo, por fora. A água estava no estado gasoso, misturada com ar. Nesse estado nós não pudemos vê-la. Só a vimos quando passou para estado líquido, formando gotinhas grudadas no copo, pelo lado de fora. vapor d'água passou para estado líquido porque copo estava frio e esfriou ar em torno dele. A água que se depositou sobre espelho estava no ar que saiu de seus pulmões. ar que expiramos é quente e contém muito vapor d'água. Quando esse vapor encontra espelho, resfria-se e passa para estado líquido. Por que quando está chovendo, os vidros dentro do carro, com janelas fechadas, ficam todos embaçados? UAB Ciências Naturais e Matemática ESTUDANDO SOBRE A TERRA 33 44/116E A ÁGUA NO UNIVERSO? A água também é encontrada na forma de vapor ou de gelo, na atmosfera de algu- mas estrelas nas nuvens moleculares interestelares, em vários satélites do sistema solar, nos cometas e também nos planetas. A água é formada a partir dos átomos de hidro- gênio e de oxigênio. É interessante que o hidrogênio representa mais de 70% da massa do universo visível, enquanto o oxigênio constitui apenas 1% dela. Para que ocorra a formação de água é necessário condições especiais, como uma alta densidade e a uma temperatura que não ultrapasse a alguns milhares de graus centígrados. As radiações ultravioletas, quando muito intensas, podem destruir as moléculas de água, fenômeno provavelmente responsável pela perda de cinco sextos da água existente no Planeta Marte. Essas condições se mostram relativamente raras no Universo, que resulta que apenas 1 a 10 milionésimos de sua massa são constituídos de água (BRANCO, 1995). POR QUE SE FALA DA CRISE MUNDIAL DA FALTA DE ÁGUA? Segundo estudiosos três principais problemas agravam o quadro de disponibilidade hídrica mundial: 1. A degradação dos mananciais; 2. aumento exponencial e desordenado da demanda; 3. descompasso entre a distribuição das disponibilidades hídricas e a locali- zação das demandas, pois as águas estão distribuídas de forma heterogênea, tanto no tempo como no espaço geográfico. Assim, a escassez hídrica tem gerado instabilidades e conflitos econômicos e socioambientais, os quais tendem piorar com tempo. Por isso é determinante que a água seja tratada como um recurso estratégico, para que seu uso sustentável seja controlável no seu uso racional, no fortalecimento institucional, em marcos regulató- rios, no planejamento e gestão integrada, na disponibilidade de recursos financeiros, e, principalmente, no respeito ao princípio de que todos têm direito à água de qualidade, um bem fundamental à vida. Mais de 1 bilhão de pessoas no mundo não têm água suficiente para suprir as suas demandas domésticas. Estima-se que, em 30 anos, haverá 5,5 bilhões de pessoas viven- do em áreas com moderada ou elevada escassez de água. Estima-se que crescimento populacional aumentou três vezes no decorrer do século XX, passando de 2 para 6 bilhões de habitantes. Nesse mesmo período, a demanda de água aumentou sete vezes, isto é, passou de 580 km³/ano para aproximadamente 4.000 km³/ano. A escassez hídrica é cada vez mais crítica em alguns países como: Arábia Saudita, Bélgica, Burundi, Cabo Verde, Cingapura, Egito, Kuwait, Líbia, Jordânia e Tailândia. o Brasil, dispõe de cerca de 12% de toda a água doce do planeta, cerca de 89% do volume total estão concentrados nas regiões Norte e Centro-Oeste, onde estão lo- calizadas apenas 14,5% da população. Para as regiões Nordeste, Sudeste e Sul, onde estão distribuídos 85,5% da população, há disponível apenas 11% do potencial hídrico do país. 34 Ciências Naturais e Matemática UAB 45/116BORJA (1997) ao estudar cinco localidades de Salvador, constatou que o consu- mo variava de 40 a 729L/hab.dia, sendo que a de menor consumo em uma ocupação de renda baixa e de maior consumo verificado no bairro onde reside população de alta renda. A Agenda Global, entre seus objetivos, propôs que fosse garantido, até o ano 2000, o acesso a pelo menos 40 litros per capita por dia de água potável a toda popula- ção urbana e que 75 por cento desta, tenha acesso de serviços de saneamento próprios ou comunitários (AGENDA 21, 1992). o Banco Mundial e a OMS, afirmam que suprimento mínimo de água deve ser de 20 a 40 litros/hab.dia (GONÇALVES, 2006, apud www.medindoágua.wordpress.com.br) A definição de uma quantidade mínima de água suficiente para suprir a demanda residencial é um assunto polêmico e complexo, envolvendo aspectos sociais, culturais, regionais e econômicos, inclusive relacionados à sustentabilidade dos sistemas de abas- tecimento. Assim, apesar de defendida por vários pesquisadores, entidades e organiza- ções, até hoje não se estabeleceu uma cota mínima a ser garantida a todos os cidadãos (GLEICK, 1996; MATOS, 2007, apud Documento da ONU mostra que enquanto a demanda de água foi de 2 mil Km³ na década de 1970, em 2000 passou para 55 mil Km³. A maior parte desse aumento foi destinada à agricultura, que usa de água doce do planeta. Você sabia que são necessários, até produto orgânico estar pronto para o consumo, de: 200 litros de água, em média, para cultivar uma espiga de milho? 1300 litros de água,em média, para obtenção de cada Kg de carne bovina? 150 litros de água, em média, para a obtenção de uma cenoura? CoMo IDENTIFICAR A PRESENÇA DE ÁGUA NOS MATERIAIS? Papel de Cobalto : uma maneira de identificar a presença da água nos ma- teriais Podemos identificar a presença da água através do papel de cobalto. Do que consiste este papel? Este papel é obtido através de um banho da solução de cloreto de cobalto (0,01mol/L) em um papel de filtro. UAB Ciências Naturais e Matemática ESTUDANDO SOBRE A TERRA 35 46/116Como se dá a detecção de água através do cloreto de cobalto? produto de combinação de certas substâncias, principalmente sais, com um número variável, mas definido de moléculas de água, denomina-se hidrato. A essa água, que faz parte da estrutura do cristal, se usa dar nome de água de cristalização, e o sal que a contém é um sal hidratado. Quando na estrutura do cristal não há água de cristalização, dizemos que o mesmo está anidro. cloreto de cobalto anidro CoCl₂ é azul, enquanto que os sais hidratados do cloreto de cobalto são roxo e rosa Baseando-se nestas diferentes características é que o papel de cloreto de cobalto é um ótimo detetor de água. Este papel quando anidro, ou seja sem a pre- sença de água, é azul. Se esta coloração alterar para roxo ou rosa, provavelmente existirá água suficiente no ambiente no qual papel esteja em contato. Segundo pesquisa realizada por ALMEIDA (2007), o percentual do consumo médio de água nos diversos equipamentos domiciliares são: Equipamentos Percentual Pia de cozinha 33 Lavatório 10 Chuveiro 28 Tanque de roupas 5 Descarga 8 Torneira externa 3 Máquina de lavar roupas 12 ATIVIDADE Vamos verificar a presença de água em alguns materiais? MATERIAL NECESSÁRIO: tiras de papel de cobalto; pedaços de fruta, de verdura, leite, acetona comercial, álcool 72 G/L, gasolina. PROCEDIMENTO: Em cada material encoste uma tira de papel de cobalto. Qual (is) material (is) contém água? 36 Ciências Naturais e Matemática UAB 47/116CoMo RECICLAR A ÁGUA DENTRO DE CASA? ? o casal Nicolau e Josita Priante, ambos professores, respec- tivamente de Física e de Filosofia da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), desenvolveram a partir de um projeto simples. ÁGUA RECICLADA DENTRO DE CASA. Um projeto simples, que dá bons resultados tanto para o meio ambiente quan- to para bolso de quem aplica. Assim é o sistema de reaproveitamento de água doméstica inventado pelo casal Nicolau e Josita Priante. Reciclando a água usada pela máquina de lavar para a descarga dos sanitários, sistema, desenvolvido a partir de 1998, gera uma economia de cerca de 9 mil litros de água por mês para os seus inventores. A ideia tem dado tão certo que já ganhou apoio da UFMT e foi considerada um projeto de excelência pelo Prêmio Finep de Ação Tecnológica de 2002. Com tempo, balde e a caixa de descarga foram aposentados. casal de- senvolveu um sistema que facilitou reúso. A água da máquina de lavar é levada por canos para uma caixa d'água de 500 litros. Um motor joga essa água para ou- tra caixa de 1.000 litros que fica em cima da casa. Dessa última, sai o encanamen- to para a descarga do banheiro, num sistema independente daquele que transporta água potável. A caixa principal da casa, embora ligada à caixa de reúso, fica isolada por meio de uma boia, para não ser contaminada. A descarga, por sua vez, está garantida mesmo que não se lave muita roupa. Nesse caso, a boia se abre e a caixa principal abastece os Um vaso sanitário comum consome em torno de 8 litros de água por des- carga, enquanto uma lavagem completa em máquina de lavar roupas consome cerca de 200 litros, sendo que 2/3 dessa água é utilizada para enxágue da roupa. Verifica-se, assim, o uso de água com alta qualidade e pureza para permitir lava- gem e higiene de materiais e outro em que líquido serve apenas como veículo para transporte de matéria orgânica em suspensão, portanto, sem as mesmas exi- gências de pureza do primeiro uso. primeiro uso acarreta um consumo elevado de água de qualidade, enquanto segundo admite utilização de água de qualidade bastante inferior. A figura a seguir, ilustra sistema de reúso de água do enxágue da roupa para descargas domésticas. Somente a água do enxágue durante a lavagem da roupa é utilizada nas descargas, pois, dessa forma, não é necessária a construção de sistema de tratamento da água. A água da lavagem da roupa tem grande quantidade de UAB Ciências Naturais e Matemática ESTUDANDO SOBRE A TERRA 37 48/116sabão e de impurezas e, se armazenada sem tratamento, exala mau cheiro, sendo imprópria, mesmo para uso em descargas domésticas. Na residência dos inven- tores desse sistema, a lavagem da roupa é feita em uma máquina tipo "tanquinho", cuja água, mais suja, é utilizada para irrigar árvores do jardim. o enxágue é feito em uma lavadora de roupa automática comum, cuja água é armazenada para a reutilização na descarga doméstica. Dessa forma, em princípio, somente nas resi- dências que utilizassem duas máquinas conviria implantar esse sistema. Essa seria uma limitação, por exemplo, para se utilizar sistemas semelhantes em prédios de apartamentos, que normalmente possuem somente uma máquina de lavar roupa automática. Para superar essa limitação do sistema de reutilização de água, se desenvolveu um dispositivo automático de separação das águas da lavagem da do enxágue, que pode ser adaptado em qualquer máquina de lavar roupa existente no mercado. ÁGUA DA MÁQUINA DE LAVAR ESQUEMA DO SISTEMA DE REUSO DA ÁGUA 38 Ciências Naturais e Matemática UAB 49/116OUTRAS ALTERNATIVAS PARA MINIMIZAR o CONSUMO DE ÁGUA 1. Durante o banho, feche a torneira enquanto se ensaboa. 2. Enquanto escovar os dentes ou fizer a barba, mantenha a torneira fechada. 3. Conserte vazamentos em torneiras, vasos sanitários e canos. 4. Deixe talheres e pratos de molho, e use água corrente só no enxágue. 5. Durante a lavagem de roupas, use a água corrente somente no enxágue. 6. Aproveite o que sobrou de água com sabão para lavar quintais. 7. Não regue as plantas em horas quentes do dia, prefira a noite ou início do dia. 8. Regue a base das plantas e não as folhas. 9. Utilize cobertura morta, como palha ou folhas, sobre a terra de canteiros e jardins, para um tempo maior de retenção da água no solo. ATIVIDADE que você pode fazer para contribuir com a preserva- ção da água: no banheiro, na cozinha, na lavanderia? As PECULIARES DA ÁGUA E DETERMINANTES NA VIDA DO PLANETA A água possui propriedades peculiares que a tornam diferentes das outras subs- tâncias, a ponto de ser considerada como uma das substâncias vitais mais importantes. Na realidade é difícil pensar na vida sem a presença de água. QUAIS SÃO ESTAS PROPRIEDADES? Por exemplo enquanto em outras substâncias a fase sólida possui maior densidade, gelo (água sólida), é menos denso que a água líquida. A água também possui alta capacidade calorífica. Essas são duas propriedades determinantes para a existência da vida. A grande causa dessa diferença com as outras substâncias está relacionada com as ligações químicas dos átomos da água, e das suas interações intermoleculares e par- ticularmente as ligações de hidrogênio. Nesse momento vamos fazer uma pausa para relembrar-nos dos princípais conceitos e princípios das ligações químicas UAB Ciências Naturais e Matemática ESTUDANDO SOBRE A TERRA 39 50/116