A energia térmica e o ciclo do carbono

A Energia Térmica é a energia do calor gerado em uma combustão de um material orgânico. O material orgânico deve origem a partir da fotossíntese das plantas, processo dependente da energia do SOL. A combustão de um material orgânico é a quebra das ligações químicas entre os átomos deste material, com liberação de CO₂ e calor. O calor é usado então para gerar movimento de algum objeto a partir do aumento da pressão.

Os prinicpais combustíveis utilizados para a produção da energia térmica são o carvão vegetal e os combustíveis fósseis derivados do petróleo. Em ambos os casos, a queima de combustíveis de origem orgânica libera gás carbônico na atmosfera, inteferindo com a quantidade de átomos de carbono livres no ar, principais causadores do aquecimento global.

OS COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS

Durante anos, milhares de algas fotossintetizantes que vivem nos oceanos morrem e outras nascem. O material orgânico que forma estas algas desce, devido ao seu peso, para o fundo dos oceanos. Esse material acumula energia solar em moléculas de glicose. Com o seu depósito no fundo dos oceanos, ao longo de muitos anos, o material mais velho é pressionado pelo material mais novo, que se sedimentou mais recentemente. A partir disso, nestas condições de alta pressão, o material orgânico não se decompõe por completo e ocorre a formação de um líquido negro e viscoso, o petróleo. O petróleo é extraído pelas indústrias petrolíferas e seus componentes são separados formando a gasolina, o óleo diesel, o óleo lubrificante de motores, o querosene, o gás natural e alguns resíduos sólidos que são usados na fabricação de asfalto e parafina.

O CICLO DO CARBONO

Quando falamos em matéria orgânica estamos tratando dos carboidratos, das proteínas e das gorduras que formam quase todo o corpo dos seres vivos. Essas moléculas são constituídas muitos átomos de carbono ligados entre si, além de alguns átomos de hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. Mas não há como negar que o carbono é o principal elemento que forma o corpo dos seres vivos depois da água. Esse carbono está presente nos seres enquanto eles estão vivos e será devolvido ao ambiente após suas mortes, para ser capturado novamente pelas plantas através da fotossíntese. Os átomos de carbono ficam então em uma constante dança cíclica entre o ambiente e o corpo dos seres vivos, indo e vindo entre estes dois compartimentos.

Os átomos de carbono que estão na molécula de glicose foram capturados da atmosfera pelas plantas. Essas plantas servirão de alimento para os demais seres vivos, que irão quebra a glicose e liberar os átomos de carbono no ar, sob a forma de gás carbônico eliminado na respiração. Este vai e vem do carbono entre ambiente – planta – animais – ambiente é um ciclo contínuo e ininterrupto.

Os átomos de carbono que formam o corpo de todos os seres vivos voltarão ao meio ambiente após sua morte e decomposição, sendo devolvidos ao solo, ao ar e aos rios e oceanos para serem utilizados novamente pelas plantas para crescerem e servirem de alimento.

Nos oceanos, uma parte do carbono dissolvido na água se deposita no fundo formando o petróleo em altas pressões. O petróleo é um estoque de carbono que naturalmente não é reutilizado. O carbono do petróleo somente voltará ao meio ambiente a partir da ação humana de queimá-lo para conseguir energia, devolvendo ao ar grandes quantidade de CO₂. As plantas não dão conta de absorver todo este CO₂, fato que tem causado o aquecimento global.

Outra parte do carbono dos fundos de oceano será derretida no magma da mesosfera devido aos movimentos das placas tectônicas. Esse carbono também fica um bom tempo indisponível, fora do meio ambiente, retornando somente após vulcanismos, através dos quais a lava do interior do planeta é depositada sobre o solo da crosta terrestre ou liberada na forma de fumaça (nuvem de CO₂ e outros gases).

O homem tem desestabilizado o ciclo natural do carbono, quando devolve à atmosfera grandes quantidade de CO₂ que estavam temporariamente estocadas nas reservas de petróleo. Naturalmente, as plantas dão conta de capturar o CO₂ liberado na respiração dos seres vivos de forma que ele não se acumula no ar. Existe um equilíbrio entre carbono liberado na respiração e carbono capturado na fotossíntese. No entanto, as plantas não dão conta de capturar o CO₂ jogado no ar a partir da combustão do petróleo, ficando ele acumulado na atmosfera causando o aquecimento global.

O Homem e as Tecnologias - Economia e Gasto de Energia

Nesta postagem estudamos a respeito da energia. A energia é algo imaterial, mas capaz de desempenhar um trabalho (uma atividade), ao provocar o deslocamento da matéria de um lugar para outro. Os seres vivos, em quaisquer atividades que desempenhem, gastam a energia que adquirem de sua alimentação.

Nós, seres humanos, vivemos em constante luta pela nossa sobrevivência quando trabalhamos a fim de ter condições para conseguir mais alimento. Esse é um ponto de vista biológico, já que além de gastarmos as nossas energias para conseguir alimentos, nós também as gastamos em atividades que causam prazer do ponto de vista social (diversão, entretenimento).

Por essa razão, o homem criou instrumentos que produzem uma economia de suas próprias energias e que também proporcionam conforto. Os meios de transporte, por exemplo, economizam as forças humanas de deslocamento às custas do gasto de outros recursos como a energia dos combustíveis ou as forças de um animal. Também a invenção de ferramentas e utensílios foi importante do ponto de vista de economia de energia, pois o homem utiliza o princípio físico do uso de uma alavanca para diminuir as forças necessárias no desempenho de algum trabalho. O princípio das alavancas nos diz:

O princípio das alavancas é usado em muitas ferramentas de trabalho: alicates, pé-de-cabra, tesouras.

Sendo assim, com o uso de algumas tecnologias o homem minimizou seu gasto energético, porém muitas delas gastam energia de outros recursos provenientes da natureza. A maioria destes recursos energéticos causam grandes impactos ambientais, sendo este o prejuízo trazido pelas tecnologias humanas.

OS TIPOS DE ENERGIA

1 - Energia Hidráulica: energia conquistada a partir da movimentação das águas. Esse tipo de energia depende da ocorrência do ciclo da água, para que a água seja evaporada dos oceanos pelo calor do SOL e volte a escorrer pelos rios após a chuva. O escorrer de águas possui uma força que é utilizada para movimentar a matéria (geralmente rodas d’água) e é a partir desse movimento que a energia da água será transformada em energia elétrica. Essa energia não é proveniente da combustão da matéria, portanto, não libera CO₂ na atmosfera. No entanto, sua utilização em larga escala (nas usinas hidroelétricas) causas impactos ambientais como barragens ou desvio dos cursos naturais dos rios, alagamento de áreas verdes para a construção de barragens com perde de espécies vegetais e animais.

2 – Energia Eólica: energia da movimentação de massas de ar. O vento é a movimentação de massas de ar de uma região mais fria para outra região mais quente. O ar aquecido pelo SOL abre espaço para o ar frio e denso se deslocar e ocupar este espaço. O deslocamento de ar possui força capaz de movimentar a matéria (geralmente hélices) e á a parti desse movimento que a energia do vento será transformada em energia elétrica. Essa energia não é proveniente da combustão da matéria, portanto, não libera CO₂ na atmosfera. Ela é uma energia limpa em todos os sentidos, pois não provoca nenhum impacto natural. Sua única desvantagem é a dependência de ocorrerem ventos para que possa gerar energia, além do caro custo de sua instalação.

3 – Energia Térmica: energia do calor gerado em uma combustão de um material orgânico. O material orgânico deve origem a partir da fotossíntese das plantas, processo dependente da energia do SOL. A combustão de um material orgânico é a quebra das ligações químicas entre os átomos deste material, com liberação de CO₂ e calor. O calor é usado então para gerar movimento de algum objeto a partir do aumento da pressão.

No caso da máquina a vapor, o calor é usado para aquecer a água e formar vapor de alta pressão. A força com que o vapor sai pela chaminé, ao ser liberado, é capaz de impulsionar a máquina para frente e produzir deslocamento.

Por ser uma energia conseguida a partir da combustão de matéria orgânica (combustíveis fósseis, por exemplo), é uma energia altamente poluente do meio ambiente, devido à liberação em grande escala de CO₂ para a atmosfera.

Relações Tróficas

As relações tróficas são o conjunto dos tipos de interações entre seres vivos, sejam eles da mesma espécie ou de espécies diferentes. Os seres vivos interagem na busca pela sobrevivência, mesmo que para isso um coloque a sobrevivência do outro em perigo. 

Sendo assim, existem relações antagônicas em que um ser vivo lutando pela sua sobrevivência ameaça o outro. Exemplos são a predação, o parasitismo, a herbivoria e a competição.

Por outro lado, os seres vivos podem interagir na obtenção de matéria, energia, proteção, defesa e dispersão de sua espécie de forma mútua, ou seja, forma em que todos os seres envolvidos se beneficiam. São exemplos a simbiose, os mutulismos tróficos, defensivo e dispersivo.

Abaixo, está uma tabela com os tipos de interações, sua definição e exemplos. O importante é saber que em todas as relações sempre ocorre a busca pela sobrevivência, com a obtenção de matéria e energia, primordialmente, ou ainda, defesa e proteção. 

Fluxo de Matéria e Energia na Cadeia Alimentar

Após estudarmos: 

•  que a matéria carrega energia nas ligações entre seus átomos,

• que os seres vivos se alimentam para conseguir matéria e energia,

•  e que parte da matéria é acumulada no corpo dos seres vivos e parte é perdida na respiração após sua queima para a obtenção de energia,

vamos compreender como a matéria e energia flui no ecossistema, na cadeia alimentar.

Toda cadeia alimentar inicia-se com um PRODUTOR que é um ser vivo capaz de capturar a energia solar e aprisionar essa energia em moléculas orgânicas (C₆H₁₂O₆), a partir da reorganização das moléculas que adquire do ambiente (CO₂ e H₂O). No caso, os produtores podem ser plantas ou algas fotossintetizantes.

Aprisionando a energia solar, o produtor torna-se a principal fonte de energia para os níveis seguintes da cadeia alimentar. O CONSUMIDOR PRIMÁRIO será o herbívoro que se alimenta do produtor, adquirindo matéria e energia. Posteriormente, virão outros CONSUMIDORES (SECUNDÁRIO, TERCIÁRIO...) que são carnívoros que se alimentam dos herbívoros ou dos demais carnívoros, adquirindo também matéria e energia. 

Paralelamente à cadeia alimentar estão os DECOMPOSITORES, que retiram matéria e energia dos restos dos indivíduos que morrem em qualquer um dos níveis desta cadeia. 

Qual é a quantidade de matéria e energia disponível à medida que subimos de nível na cadeia alimentar?

O nível dos produtores é o nível de maior energia disponível para o consumo. Os produtores aprisionam energia solar em moléculas de glicose que passam a fazer parte do corpo dos produtores. Os herbívoros ao se alimentarem dos produtores adquirem muita matéria e, junto com ela, energia. No entanto, os herbívoros guardam uma parte desta matéria em seu corpo e a outra parte eles queimam para produzir energia que será gasta, liberando boa parte da matéria em sua respiração (CO₂). Sendo assim, para o próximo nível, o dos carnívoros, já sobra menos matéria disponível para a alimentação e, portanto, menor quantidade de energia disponível para ser gasta. 

A matéria disponível na forma de alimento diminui, portanto, a cada nível da cadeia alimentar, sendo que é maior nos produtores (já que eles produzem moléculas de glicose a partir de moléculas que retiram do ambiente – adicionam matéria à cadeia alimentar) e vai diminuindo a cada consumidor (já que eles devolvem a matéria para o meio ambiente na forma de CO₂ da sua respiração – perdem matéria da cadeia alimentar).

A energia também diminui a cada nível, pois a matéria guarda energia nas ligações de seus átomos e, se a matéria disponível para o próximo nível diminui, também a energia diminui. Além disso, a energia diminui, pois é gasta pelo consumidor para se manter vivo, deixando disponível menos quantidade de energia para o consumidor seguinte. 

A exceção a esta regra está nos decompositores. Apesar de eles serem o último nível da cadeia, eles recebem mais matéria e energia que os consumidores, já que toda a matéria perdida pela morte será ganha pelos decompositores, que devolverão a matéria ao solo e ao ar, para que possa novamente ser capturada pelos produtores.

E o que ocorre com o número de organismos em cada nível?

Com a diminuição da oferta da energia e da matéria, geralmente também ocorre a diminuição do número de indivíduos em cada nível. Por exemplo: o número de produtores em um ecossistema é maior que o de herbívoros, que é maior que o de carnívoros. Isso ocorre porque a disponibilidade de matéria e energia acaba controlando a reprodução das espécies, ou seja, se há muita oferta de matéria e energia ocorre também a produção de mais descendentes. Se, ao contrário, há menor oferta de matéria e energia, há menor produção de descendentes.