Ciclo da água e mudanças de estado físico

Assim como toda a matéria do planeta, a água também apresenta um movimento cíclico. A este movimento chamamos de ciclo da água e em seguida veremos suas etapas. Se pudéssemos acompanhar o movimento de uma gota de água, ela desenvolveria o seguinte trajeto:

A água que está nos oceanos, rios e lagos ao ser iluminada e aquecida pelo Sol, evapora-se passando do estado líquido ao estado de vapor. Na respiração dos seres vivos e em sua transpiração também são liberados vapor d’água. Para visualizar isso, respire em frente a uma janela e veja o vapor embaçar seu vidro. 

Este vapor agora compõe a atmosfera do planeta e consegue atingir os níveis superiores da Troposfera, onde a temperatura é muito baixa. Com esta temperatura, a água retorna ao seu estado líquido na forma de pequenas gotinhas de água que são visíveis daqui da superfície, já que irão formar as nuvens no céu. Estas pequenas gotinhas são sustentadas por correntes de ar quente que sobem da superfície até o limite superior da Troposfera. Porém quando muitas gotinhas já se formaram e as nuvens estão carregadas, ou seja, cheias de gotas d’água, o peso se torna grande e a água retorna à superfície na forma de chuva. 

Após atingir a superfície, a água escorre até os rios ou infiltra-se na terra. Quando a água infiltra-se na terra, chega aos lençóis freáticos que são verdadeiros rios subterrâneos, no qual escorre água límpida, já que as impurezas ficaram retidas nas camadas na terra. Dos lençóis, água brota em nascentes gerando riachos que correram para os rios, reiniciando o ciclo. A conservação dos lencóis e das nascentes é importantíssima para a qualidade das água, já que são verdadeiras fontes de água doce para o consumo humano.

A água da chuva pode também escorrer por sobre o solo até atingir os rios novamente. Neste processo pode carregar impurezas e poluição para os cursos d'água. 

Para fixar os nomes dados aos fenômenos de mudança de estado físico da água veja o esquema abaixo:

Observe tambem que:

• A água no estado sólido (gelo) não modifica sua forma, possuindo um formato rígido.
• A água líquida adquire a forma do recipiente em que está colocada. Não possui uma forma rígida. 
•  A água no estado gasoso (vapor) não possui forma rígida e ocupa todo o espaço disponível do recipiente, até mesmo saindo dele se não estiver tampado.

Diante deste ciclo podemos olhar criticamente a afirmação: "Algum dia a água do mundo irá acabar!"

Você concorda totalmente, concorda parcialmente ou discorda desta afirmação? Explique por quê.

 

Propriedades da água

A parte hídrica do planeta, chamada hidrosfera, é formada pela água, um componente material e que possui as seguintes propriedades: alta capacidade de dissolver substâncias, densidade intermediária em relação a outros materiais e tensão superficial. 

A água se distribui da seguinte forma no planeta: 

97% nos oceanos – água disponível, porém salobra e de pouca utilização.

2% nas geleiras - água imobilizada, não disponível.

1% nos continentes - água disponível para a utilização dos seres vivos.

Apenas 1% de toda a água do planeta está disponível para ser utilizada pelos seres vivos. A água tem grande utilidade para os organismos vivos pelo fato de possuir uma propriedade que lhe dá o nome de solvente universal.

Solubilidade

Capacidade de dissolver, ou seja, desmanchar certas substâncias, reduzindo-as a sua forma de partículas, que se misturam às partículas do líquido solvente. A água é o líquido solvente com maior capacidade de dissolver substâncias. Por essa razão a água é chamada SOLVENTE UNIVERSAL.

Esta propriedade confere a água uma função importantíssima no organismo dos seres vivos: dissolver substâncias sólidas, carregar suas partículas e distribuí-las ao longo do corpo do ser vivo. E é por essa razão que o corpo dos seres vivos é 70% água, já que a água irá preenchê-lo e se tornar meio de transporte de substâncias sólidas através das mais diversas partes. Portanto, a água está nos vasos condutores, transportando as substâncias sólidas, e dentro das células, recebendo estas substâncias.

Densidade

A densidade é uma propriedade de todos os materiais. É a quantidade de matéria contida em um determinado volume. Para se comparar a densidade de duas substâncias diferentes temos que fixar um dos parâmetros para medi-la: ou a massa, ou o volume.

Fixando o volume em um espaço invariável, ou seja, que não muda, temos que a substância que tiver mais massa será a mais densa e a que tiver menos massa será a menos densa. Isso porque, a quantidade de matéria comprimida em um volume igual varia.

Fixando a massa, ou seja, o mesmo peso para duas substâncias, temos que a que ocupar mais espaço será a menos densa e a que ocupar menos espaço será a mais densa. Isso porque, o volume ocupado pela mesma quantidade de partículas varia, já que os espaços entre as partículas são diferentes para substâncias diferentes.

No caso da água, a densidade é intermediária entre diversas substâncias. Sendo assim, materiais metálicos são mais compactos, tem mais massa concentrada em certo volume, afunda na água, enquanto peças de madeira, menos matéria concentrada em certo volume, bóiam na água. O afunda ou boiar é determinado exclusivamente pela densidade e nada tem a ver com o peso ou com o volume separadamente. 

Tensão superficial

A água é uma matéria fluida, ou seja, sem forma definida. Sua forma é definida pelo recipiente em que se encontra. As partículas de água dentro de um recipiente estão em constante movimento, em uma dança de vai e vem infinito. Porém, no limite entre a água e o ar este movimento é diminuído. Sendo assim, as partículas de água permanecem mais paradas neste limite e isso permite com que se forme uma forte ligação entre elas. Esta ligação chega a formar uma lâmina mais resistente de água que consegue sustentar o peso de alguns corpos e objetos, como por exemplo, um inseto, uma gilete, uma folha de um vegetal. Não é que estes corpos sejam menos densos e bóiem, é que seus pesos conseguem ser sustentados pela lâmina de água formada. 

A Composição da Atmosfera

A atmosfera é a camada de gases que envolve a Terra, estando pressa a ela por efeito da atração da força gravitacional. Neste sentido, maior concentração de gases é encontrada junto à crosta terrestre e à medida que se sobe, ganhando atitude, essa concentração vai diminuindo, tornando o ar cada vez mais rarefeito.

Devido à essa diferença de concentração dos gases, que está diretamente relacionada com a distância entre as partículas de gás, existem diferenças de pressão atmosférica entre altitudes variadas. Mas esse conceito de pressão já está bem compreendido, e neste momento vamos estudar a composição da atmosfera, fazendo uma análise detalhada dos gases que a compõe. 

A atmosfera é composta pelos gases nitrogênio e oxigênio, além de pequenos traços de outros gases tais como o gás carbônico, o hidrogênio, o hélio e o metano. Outro além destes expostos aqui, também podem estar presentes, porém em míninas quantidades e concentrados em apenas alguns pontos da atmosfera, por serem resíduos de alguma reação química, como por exemplo, poluentes liberados por indústrias.  

O nitrogênio é o gás de maior abundância na atmosfera, formando 78% da mistura. É um gás muito importante para os seres vivos, já que está na constituição de todas as suas células e principalmente nos seus músculos. Ele forma as proteínas e o material genético dos seres vivos e é incorporado ou incluído no corpo destes seres através da nutrição. Isso ocorre, porque no solo, junto às raízes das plantas, existe um grupo de microrganismos capazes de pegar o nitrogênio diretamente do ar e doá-lo à planta. Essa planta o utiliza então para formar seus tecidos, tais como folhas, frutos e sementes, que ao serem ingeridas pelos herbívoros, transferem o nitrogênio ao organismo deles. 

O nitrogênio transita então ao longo da cadeia alimentar, de forma que os carnívoros ao se alimentarem dos herbívoros, também adquirem este componente que passa a constituí-los. Após a morte de qualquer organismo, os decompositores devolvem o nitrogênio ao solo e ao ar, através da ação de outro grupo de bactérias. Esse percurso realizado por uma partícula de gás nitrogênio é um bom exemplo de como a matéria está constantemente circulando entre a parte orgânica e inorgânica do planeta, sendo reciclada.

  
















Além do nitrogênio, o oxigênio também tem quantidade expressiva na atmosfera – 20 a 21%. Ele é essencial na respiração da maior parte dos seres vivos, que o capturam diretamente do ar e o utilizam em seus processos de obtenção de energia a partir de nutrientes adquiridos na alimentação. Ele é devolvido à atmosfera através da fotossíntese das plantas, um processo no qual este gás esta envolvido, mas que não é agregado ou incluído à matéria, sendo enfim liberado para a atmosfera. 

Os 2% restantes são compostos por uma mistura dos gases carbônico, hidrogênio, hélio e metano. O gás carbônico, em pequenos traços, está presente na quantidade ideal para garantir a estabilidade da temperatura do planeta. Por aprisionar calor, mantém o ar aquecido durante as noites, momento em que a luz solar não está disponível para aquecê-lo. É importante também para as plantas, já que estes organismos conseguem aprisionar este gás diretamente do ar e produzir a partir dele sua matéria para formar seus tecidos vegetais. Ele é devolvido naturalmente à atmosfera pela respiração dos seres vivos. Porém o depósito de carbono na forma de gás (gás carbônico) tem sido aumentado por diversas ações do homem. Sendo assim, sua quantidade na atmosfera tem aumentado. Por ser um gás que aprisiona o calor do Sol, esse aumento tem sido relacionado com o aquecimento global, ou seja, elevação das temperaturas médias do planeta. 

Além destes gases, está presente também o vapor d’água que, no entanto, não tem quantidade e distribuição uniforme. Ele ajuda o gás carbônico na manutenção das temperaturas. Nos desertos, não há vapor d’água na atmosfera e a variação térmica entre o dia e a noite é extremamente acentuada. Já nas regiões equatoriais, próximas ao Equador, a quantidade de vapor é tão grande que ocorrem chuvas diariamente.

Estações do Ano

O movimento de translação do planeta em torno do Sol juntamente com a pequena, mas significativa, inclinação do eixo da Terra determinam a ocorrência de variações climáticas ao longo do ano para uma mesma região.

Nestas variações climáticas estão incluídas a temperatura, a umidade do ar, a ocorrência de ventos e o volume de chuvas. 

Tais fenômenos são determinados, além de outros fatores continentais, pela quantidade de luz que atinge certa região e pela intensidade dos raios solares que compõem esta luz. 

Sendo assim, é compreensível o porquê da influência da inclinação do eixo do planeta na determinação das variações climáticas que marcam cada estação do ano. Veja a figura abaixo:

A inclinação do planeta e sua posição em relação ao Sol determinam a iluminação diferenciada dos hemisférios quando a Terra ocupa as posições 1 e 3. Isso porque a inclinação faz com que mais iluminação chegue a um hemisfério do que no outro.

  

No caso da posição 1, a luz solar chega diretamente ao Trópico de Câncer, no Hemisfério Norte, proporcionando temperaturas maiores e altas taxas de umidade do ar. Está ocorrendo, portanto, o verão no Hemisfério Norte e como conseqüência da pouca iluminação, ocorre o inverno no Hemisfério Sul.

Nesta outra figura, os raios solares estão representados e chegam diretamente, ou seja, de forma perpendicular ao Trópico de Câncer no Hemisfério Norte, e de forma inclinada ao Trópico de Capricórnio do Hemisfério Sul. Sendo assim, o calor é mais forte no Hemisfério Norte, pelo fato de os raios solares serem mais intensos.

Repare na parte superior da figura a representação de como os raios solares atingem uma pessoa posicionada exatamente no Trópico de Câncer e exatamente no Trópico de Capricórnio. No caso da primeira pessoa, a luz atinge sua cabeça de forma perpendicular como ocorre no Sol de meio dia, quando o calor é mais intenso. No caso da segunda pessoa, a luz a atinge de forma inclinada, como ocorre durante o Sol da manhã, o Sol de 9 horas, horário em que o calor não é tão intenso.

Isso explica a diferença de intensidade de calor entre as estações inverno e verão, exatamente porque a luz chega de forma inclinada na primeira estação e de forma perpendicular na segunda estação. 

Na posição 3, a situação se inverte porque o Sol bate perpendicularmente sobre o Trópico de Capricórnio, no Hemisfério Sul. Dessa forma, ocorre agora o verão neste hemisfério e o inverno no Hemisfério Norte. No inverno, as temperaturas baixam e como conseqüência quase não ocorre chuvas. Isso acontece porque menor quantidade e intensidade de raios solares atingem o hemisfério. 

Já nas posições 2 e 4, o Sol bate perpendicularmente sobre a Linha do Equador, sem privilegiar nenhum dos dois hemisférios com mais luz. Neste caso, a luz chega de forma inclinada aos dois hemisférios, garantindo a ocorrência de uma estação intermediária entre verão e inverno, o outono e a primavera, com temperaturas medianas e ocorrência espaçada de chuvas.

Para resumir e concentrando nossa atenção no Hemisfério Sul, vejamos como os raios solares nos atingem ao longo das estações do ano:

Verão: o sol bate perpendicularmente sobre o Trópico de Capricórnio fornecendo maior quantidade de luz e consequentemente calor. O período do dia é maior que o período da noite, justamente por que o hemisfério está recebendo mais luz durante mais horas. Mês: dezembro.

Outono: o sol bate perpendicularmente sobre o Equador fornecendo raios solares levemente inclinados, com luz e calor medianos. Dias e noites tem a mesma duração, pois os dois hemisférios recebem a mesma quantidade de luz. Mês: março.

Inverno: o sol bate perpendicularmente sobre o Trópico de Câncer, fornecendo raios solares inclinados e menor intensidade de luz e calor. O período do dia é menor que o período da noite, justamente por que o hemisfério está recebendo menos luz durante menos horas. Mês: junho.

Primavera: o sol bate perpendicularmente sobre o Equador fornecendo raios solares levemente inclinados, com luz e calor medianos. Dias e noites tem a mesma duração, pois os dois hemisférios recebem a mesma quantidade de luz. Mês: setembro. 

Estamos em maio e na estação do outono, porém o friozinho já está batendo em nossa porta. Este fato é explicado porque os meses que marcamos em cada estação, são os períodos em que cada uma delas está mais acentuada. Entre estes meses ocorrem períodos de transição de forma que pode fazer muito frio em maio, já que o mês de junho, clímax do inverno, se aproxima. 

Então vamos nos agasalhar, né galerinha!!!!!

Mais exemplos de atuação da pressão atmosférica

A pressão do ar está envolvida em muitas atividades do dia a dia. Se pararmos para pensar, encontraremos muitos exemplos de sua atuação. Veja bem:

Ao sugar uma bebida colocada em um copo com um canudinho, o ar que estava dentro do espaço do canudo é retirado, criando um ambiente de baixa pressão em relação à pressão externa. A pressão externa então força a superfície do líquido no copo, empurrando-o a ocupar o espaço criado de baixa pressão. A pressão externa faz isso porque ela é maior e como o ar tende a ocupar os espaços de menor pressão, ele irá forçar o líquido a entrar no compartimento com menor concentração de partículas.

Outro caso relaciona-se com o funcionamento de um conta-gotas. Ao apertarmos a borracha de um conta-gotas, expulsamos o ar de dentro de seu compartimento. Ao imergi-lo no líquido e soltar a borracha, o líquido adentra para o espaço do conta-gotas. Relacionando este fenômeno ao primeiro, você já pode explicá-lo, não é mesmo?

Indo além!

Esse mecanismo de movimentar uma coluna de líquido também se aplica a um volume de ar. Na nossa respiração mesmo a diferença de pressão entre o ambiente interno (nosso pulmão) e o externo (o ar ambiente) faz com que certo volume de ar seja deslocado para dentro do nosso corpo. Isso por que, no nosso pulmão a pressão é menor após uma expiração, de forma que o ar tende a entrar para ocupar o espaço “vazio”. Após uma inspiração, a situação se inverte, de forma que a pressão interna fica maior fazendo com que o ar seja expulso novamente. Mas no mecanismo de respiração ainda conta com o movimento do diafragma e dos músculos existentes entre as costelas, que ajudam na movimentação do ar.

Observando bem, podemos encontrar muitos exemplos como este no cotidiano. Tente fazer uma análise do seu dia a dia, do mecanismo de funcionamento dos objetos e da fisiologia dos seres vivos e encontre mais exemplo que envolve diferença de pressão. Poste-os assim que descobri-los. Sem intenção de pressionar, mas mãos à obra!!!