A QUÍMICA DA ÁGUA
A POLARIDADE DA ÁGUA
A água tem uma estrutura molecular simples. Ela é composta de um átomo de
oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Cada átomo de hidrogênio liga-se
covalentemente ao átomo de oxigênio, compartilhando com ele um par de elétrons. O
oxigênio também tem um par de elétrons não compartilhados. Assim, há 4 pares de
elétrons em torno do átomo de oxigênio, dois deles envolvidos nas ligações covalentes
com o hidrogênio e dois pares não-compartilhados no outro lado do átomo de oxigênio.
O átomo de oxigênio é mais "eletronegativo" que o átomo de hidrogênio, ou seja, tem
mais "afinidade" pelos elétrons.
]a água é uma molécula "polar", o que quer dizer que ela tem uma distribuição
desigual da densidade de elétrons. A água tem uma carga negativa parcial ( ) junto ao
átomo de oxigênio, por causa dos pares de elétrons não-compartilhados, e tem cargas
positivas parciais ( ) junto aos átomos de hidrogênio.
Uma atração eletrostática entre as cargas positivas parciais dos átomos de
hidrogênio e a carga negativa parcial do átomo de oxigênio resulta na formação de uma
ligação (ou "ponte" de hidrogênio, como mostrado na ilustração.
A habilidade dos íons e de certas moléculas de se dissolver na água é devida à
polaridade. Por exemplo, na ilustração abaixo o cloreto de sódio está mostrado na sua
forma cristalina e também dissolvido em água.
Várias propriedades peculiares da água são devidas às pontes de hidrogênio. Por
exemplo, o gelo flutua porque as ligações hidrogênio mantêm as moléculas de água
mais afastadas no sólido do que no líquido, onde há uma ligação hidrogênio a menos
por molécula. Também são devidas às ligações hidrogênio as propriedades físicas
singulares da água, que incluem um elevado calor de vaporização, uma forte tensão
superficial, um alto calor específico e propriedades solventes quase universais. O efeito
hidrofóbico, ou seja, a exclusão de compostos contendo carbono e hidrogênio
(compostos apolares), é outra propriedade da água causada pelas ligações hidrogênio. O
efeito hidrofóbico é particularmente importante na formação das membranas celulares.
A melhor descrição desse efeito é dizer que a água "comprime" as moléculas
apolares mantendo-as juntas.
Ácidos e Bases, Ionização da Água
Ácidos liberam H+
Bases aceitam H+
O pH de uma solução é definido como o logaritmo negativo da concentração de
íons hidrogênio.
•
em pH 7,0 a solução é neutra
•
em valores inferiores de pH (1-6), a solução é ácida
•
em valores superiores de pH (8-14), a solução é básica
•
•
QUÍMICA DA ÁGUA SUBTERRÂNEA
As características químicas das águas subterrâneas refletem os meios por onde
percolam, guardando uma estreita relação com os tipos de rochas drenados e com os
produtos das atividades humanas adquiridos ao longo de seu trajeto. Em áreas
industrializadas encontra-se uma forte marca das atividades humanas na qualidade
química das águas. Esta relação é em particular marcante onde predominam os
aqüíferos do tipo fissural, passíveis de serem facilmente influenciados pelas atividades
humanas. Nas proximidades dos grandes centros urbanos temos problemas associados
às seguintes descargas de poluentes: efluentes líquidos industriais e domésticos,
vazamentos de depósitos de combustíveis, chorumes provenientes de depósitos de lixo
doméstico, descargas gasosas e de material particulado lançado na atmosfera pelas
indústrias e veículos. Nas áreas onde se desenvolve algum tipo de agricultura, a química
da água pode estar fortemente influenciada pelos produtos químicos utilizados:
inseticidas, herbicidas, adubos químicos, cálcario, entre outros.
Água e Saúde
Existem padrões muito bem conhecidos de relacionamento entre a incidência de
moléstias no homem e nos animais, com a abundância ou deficiência de elementos
maiores, menores e traços no meio ambiente, particularmente nas águas. Exemplos são:
a relação entre o bócio (hipertrofia da tireóide) e a deficiência em iodo; anemias
severas, nanismo e hiperpigmentação da pele e a deficiência em zinco; fluorose
esqueletal e dentária e excesso de flúor; maior incidência de cáries dentárias e
deficiência em flúor; anencefalia e mercúrio; inapetência e selênio. Outras correlações
com aceitação controversa ocorrem, como por exemplo, entre a dureza da água e
algumas moléstias cardiovasculares; entre o chumbo e a esclerose múltipla, entre o
cádmio e a hipertensão e arteriosclerose; entre uma gama ampla de elementos e diversos
tipos de câncer. Contudo estes relacionamentos são possíveis quando as manifestações
clínicas são evidentes por estarmos diante de exposições anormais a produtos
resultantes de atividades humanas. Muitas vezes o desequilíbrio em elementos traços se
manifesta em debilitações subclínicas, sendo de difícil diagnose.
Contudo, os relacionamentos entre o teor dos elementos e substâncias químicas,
e a saúde do homem e dos animais podem ser dificultados por questões relativas à
mobilidade e à dispersão destes elementos e substâncias, governadas pelos princípios da
geoquímica e da dinâmica das águas superficiais e subterrâneas. Fatores como o pH,
tipo e abundância de argilo-minerais, teor de matéria orgânica, hidróxidos de ferro,
manganês e alumínio, reatividade química, gradientes hidráulicos, porosidade e
permeabilidade necessitam ser considerados nestes tipos de estudo. Muitas vezes os
efeitos tóxicos de uma substância se manifestam distante de sua introdução no meio
ambiente, podendo se dar em áreas pontuais ou ao longo de estruturas geológicas
lineares, como falhas. Em alguns casos, o produto da degradação de uma substância é
mais tóxico e mais persistentes no solo do que a substância original.
Na medida em que hoje tem-se como ideal a ser atingido o uso auto sustentado
do meio ambiente, torna-se extremamente importante que um grande número de
perguntas tenham respostas satisfatórias, o que só se conseguirá com investimentos em
pesquisas técnicas e científicas.
É de se salientar que, neste particular, muito do conhecimento desenvolvido em
países ricos não se aplica diretamente ao nosso caso, em virtude de diversas diferenças
de climas, solos e coberturas vegetais.
Devido à sua estrutura molecular dipolar a água é um forte solvente (solvente
universal). Nas águas naturais este poder de dissolução é muito aumentado pela
presença de ácido carbônico, formado pelo gás carbônico dissolvido, e ácidos orgânicos,
principalmente húmicos, produzidos pela atividade dos seres vivos ao nível do solo.
Num país tropical como o Brasil a abundância de água (umidade) e seu conteúdo em
ácidos se coloca como o principal responsável pelo intemperismo das rochas, dando
origem a mantos de decomposição (regolito) com espessura de dezenas de metros.
Todas as águas naturais possuem, em graus distintos, um conjunto de sais em solução,
sendo que as águas subterrâneas possuem, em geral, teores mais elevados dos que as
águas superficiais, por estarem intimamente expostas aos materiais solúveis presentes
no solo e nas rochas. A quantidade e tipo de sais presentes na água subterrânea
dependerá do meio percolado, do tipo e velocidade do fluxo subterrâneo, da fonte de
recarga do aqüífero e do clima da região. Em áreas com alto índice pluviométrico a
recarga constante dos aqüíferos permite uma maior renovação das águas subterrâneas,
com a conseqüente diluição dos sais em solução. Diferentemente, em climas áridos a
pequena precipitação leva a uma salinização na superfície do solo através da evaporação
da água que sobe por capilaridade. Por ocasião das chuvas mais intensas os sais mais
solúveis são carreados para as partes mais profundas do aqüífero aumentando sua
salinidade. Isto é o que acontece no Nordeste Brasileiro, onde , em muitas áreas, o
problema consiste muito mais na salinização excessiva da água do que na inexistência
da mesma.
Propriedades Físicas
Temperatura:
As águas subterrâneas têm uma amplitude térmica pequena, isto é, sua
temperatura não é influenciada pelas mudanças da temperatura atmosférica. Exceções
são os aqüíferos freáticos pouco profundos. Em profundidades maiores a temperatura da
água é influenciada pelo grau geotérmico local ( em média 1ºC a cada 30 m). No
aqüífero Botucatu (Guarani) são comuns temperaturas de 40 a 50ºC em sua partes mais
profundas. Em regiões vulcânicas ou de falhamentos profundos águas aquecidas podem
aflorar na superfície dando origem às fontes termais.
Cor
A cor de uma água é conseqüência de substâncias dissolvidas. Quando pura, e
em grandes volumes, a água é azulada. Quando rica em ferro, é arroxeada. Quando rica
em manganês, é negra e, quando rica em ácidos húmicos, é amarelada. A medida da cor
de uma água é feita pela comparação com soluções conhecidas de platina-cobalto ou
com discos de vidro corados calibrados com a solução de platina-cobalto. Uma unidade
de cor corresponde àquela produzida por 1mg/L de platina, na forma de íon
cloroplatinado. Especial cuidado deve ser tomado na anotação do pH em que foi
realizada a medida, pois sua intensidade aumenta com o pH. Da mesma forma a cor é
influenciada por matérias sólidas em suspensão (turbidez), que devem ser eliminadas
antes da medida. Para águas relativamente límpidas a determinação pode ser feita sem a
preocupação com a turbidez. Neste caso a cor obtida é referida como sendo aparente.
Em geral as águas subterrâneas apresentam valores de cor inferiores a 5mg de
platina.
Para ser potável uma água não deve apresentar nenhuma cor de considerável
intensidade. Segundo a OMS o índice máximo permitido deve ser 20mg Pt/L.
Odor e sabor
Odor e sabor são duas sensações que se manifestam conjuntamente, o que torna
difícil sua separação. O odor e o sabor de uma água dependem dos sais e gases
dissolvidos. Como o paladar humano tem sensibilidade distinta para os diversos sais,
poucos miligramas por litro de alguns sais ( ferro e cobre por exemplo) é detectável,
enquanto que várias centenas de miligramas de cloreto de sódio não é apercebida. Em
geral as águas subterrâneas são desprovidas de odor. Algumas fontes termais podem
exalar cheiro de ovo podre devido ao seu conteúdo de H2S (gás sulfídrico). Da mesma
maneira águas que percolam matérias orgânicas em decomposição (turfa por exemplo)
podem apresentar H2S.
Cloreto de sódio (NaCl)
Salgado
Sulfato de Sódio ( Na2 SO4)
Ligeiramente salgado
Bicarbonato de Sódio (Na H CO3)
Ligeiramente salgado a doce
Carbonato de Sódio (Na2 CO3)
Amargo e salgado
Cloreto de Cálcio (Ca Cl2)
Fortemente amargo
Sulfato de Cálcio (Ca SO4)
Ligeiramente amargo
Sulfato de Magnésio (Mg SO4)
Ligeiramente amargo em saturação
Cloreto de Magnésio (MgCl2)
Amargo e doce
Gás Carbônico (CO2)
Adstringente, picante
Turbidez
É a medida da dificuldade de um feixe de luz atravessar uma certa quantidade de
água. A turbidez é causada por matérias sólidas em suspensão (silte, argila, colóides,
matéria orgânica, etc.). A turbidez é medida através do turbidímetro, comparando-se o
espalhamento de um feixe de luz ao passar pela amostra com o espalhamento de um
feixe de igual intensidade ao passar por uma suspensão padrão. Quanto maior o
espalhamento maior será a turbidez. Os valores são expressos em Unidade
Nefelométrica de Turbidez (UNT). A cor da água interfere negativamente na medida da
turbidez devido à sua propriedade de absorver luz . Segundo a OMS (Organização
Mundial da Saúde), o limite máximo de turbidez em água potável deve ser 5 UNT. As
águas subterrâneas normalmente não apresentam problemas devido ao excesso de
turbidez. Em alguns casos, águas ricas em íons Fe, podem apresentar uma elevação de
sua turbidez quando entram em contato com o oxigênio do ar.
Sólidos em Suspensão:
Corresponde à carga sólida em suspensão e que pode ser separada por simples
filtração ou mesmo decantação. As águas subterrâneas em geral não possuem sólidos
em suspensão e quando um poço está produzindo água com significativo teor de sólidos
em suspensão é geralmente como conseqüência de mal dimensionamento do filtro ou do
pré-filtro ou completação insuficiente do aqüífero ao redor do filtro. Em aqüíferos
cársticos e fissurais as aberturas das fendas podem permitir a passagem das partículas
mais finas (argila, silte) aumentando assim o conteúdo em sólidos em suspensão.
Condutividade Elétrica
Os sais dissolvidos e ionizados presentes na água transformam-na num eletrólito
capaz de conduzir a corrente elétrica. Como há uma relação de proporcionalidade entre
o teor de sais dissolvidos e a condutividade elétrica, podemos estimar o teor de sais pela
medida de condutividade de uma água. A medida é feita através de condutivímetro e a
unidade usada é o MHO (inverso de OHM, unidade de resistência). Como a
condutividade aumenta com a temperatura, usa-se 25ºC como temperatura padrão,
sendo necessário fazer a correção da medida em função da temperatura se o
condutivímetro não o fizer automaticamente. Para as águas subterrâneas as medidas de
condutividade são dadas em microMHO/cm.
OBS: No Sistema Internacional de Unidades, adotado pelo Brasil, a unidade de
condutância é siemens, abreviando-se S (maiúsculo). Para as águas subterrâneas o
correto seria nos referirmos a microsiemens por centímetro (µS/cm).
Dureza
A dureza é definida como a dificuldade de uma água em dissolver (fazer
espuma) sabão pelo efeito do cálcio, magnésio e outros elementos como Fe, Mn, Cu, Ba
etc. Águas duras são inconvenientes porque o sabão não limpa eficientemente,
aumentando seu consumo, e deixando uma película insolúvel sobre a pele, pias,
banheiras e azulejos do banheiro. A dureza pode ser expressa como dureza temporária,
permanente e total.
Dureza temporária ou de carbonatos: É devida aos íons de cálcio e de magnésio
que sob aquecimento se combinam com íons bicarbonato e carbonatos, podendo ser
eliminada por fervura. Em caldeiras e tubulações por onde passa água quente (chuveiro
elétrico por exemplo) os sais formados devido à dureza temporária se precipitam
formando crostas e criando uma série de problemas, como o entupimento.
Dureza permanente:
É devida aos íons de cálcio e magnésio que se combinam com sulfato, cloretos,
nitratos e outros, dando origem a compostos solúveis que não podem ser retirados pelo
aquecimento.
Dureza total:
É a soma da dureza temporária com a permanente. A dureza é expressa em
miligrama por litro (mg/L) ou miliequivalente por litro (meq/L) de CaCO3 (carbonato
de cálcio) independentemente dos íons que a estejam causando.
Alcalinidade:
É a medida total das substâncias presentes numa água, capazes de neutralizarem
ácidos. Em outras palavras, é a quantidade de substâncias presentes numa água e que
atuam como tampão. Se numa água quimicamente pura (pH=7) for adicionada pequena
quantidade de um ácido fraco seu pH mudará instantaneamente. Numa água com certa
alcalinidade a adição de uma pequena quantidade de ácido fraco não provocará a
elevação de seu pH, porque os íons presentes irão neutralizar o ácido. Em águas
subterrâneas a alcalinidade é devida principalmente aos carbonatos e bicarbonatos e,
secundariamente, aos íons hidróxidos, silicatos, boratos, fosfatos e amônia.
Alcalinidade total é a soma da alcalinidade produzida por todos estes íons
presentes numa água. Águas que percolam rochas calcárias (calcita = CaCO3)
geralmente possuem alcalinidade elevada. Granitos e gnaisses, rochas comuns em
muitos estados brasileiros, possuem poucos minerais que contribuem para a alcalinidade
das água subterrâneas. A alcalinidade total de uma água é expressa em mg/L de CaCO3.
pH:
É a medida da concentração de íons H+ na água. O balanço dos íons hidrogênio e
hidróxido (OH-) determina quão ácida ou básica ela é. Na água quimicamente pura os
íons H+ estão em equilíbrio com os íons OH- e seu pH é neutro, ou seja, igual a 7. Os
principais fatores que determinam o pH da água são o gás carbônico dissolvido e a
alcalinidade. O pH das águas subterrâneas varia geralmente entre 5,5 e 8,5.
Sólidos Totais Dissolvidos (STD):
É a soma dos teores de todos os constituintes minerais presentes na água. Como
dito anteriormente, a medida de Condutividade elétrica, multiplicada por um fator que
varia entre 0,55 e 0,75, fornece uma boa estimativa do STD de uma água subterrânea.
Segundo o padrão de potabilidade da OMS, o limite máximo permissível de STD na
água é de 1000 mg/L.
Principais Constituintes Iônicos:
Como já foi dito, as águas subterrâneas tendem a ser mais ricas em sais
dissolvidos do que as águas superficiais. As quantidades presentes refletem não somente
os substratos rochosos percolados mas variam também em função do comportamento
geoquímico dos compostos químicos envolvidos. Como há sensíveis variações nas
composições químicas das rochas, é de se esperar uma certa relação entre sua
composição da água e das rochas preponderantes na área. É necessário, contudo, frisar
que o comportamento geoquímico dos compostos e elementos é o fator preponderante
na sua distribuição nas águas. Desta forma o sódio e o potássio, dois elementos que
ocorrem com concentrações muito próximas na crosta continental (vide tabela)
participam em quantidades sensivelmente diferentes nas águas subterrâneas.
Composição Média da Crosta Continental
SiO2
61,9 %
Bário (Ba)
425mg/L
TiO2
0,8 %
Estrôncio (Sr)
375mg/L
Al2O3
15,6 %
Zircônio (Zr)
165mg/L
Fe2O3
2,6 %
Cobre (Cu)
55mg/L
FeO
3,9 %
Escândio (Sc)
22mg/L
MnO
0,1 %
Chumbo (Pb)
12,5mg/L
MgO
3,1 %
Urânio (U)
2,7mg/L
CaO
5,7 %
Mercúrio (Hg)
0,08mg/L
Na2O
3,1 %
Prata (Ag)
0,07mg/L
K2O
2,9 %
Ouro (Au)
0,004mg/L
P2O5
0,3 %
ATMÓSFERA
Formação
A atmosfera é a envoltura gasosa que rodeia a Terra. Começou a formar se faz
uns 4600 milhões de anos com o nascimento da Terra. A maior parte da atmosfera
primitiva se perderia no espaço, mas novos gases e vapor de água foram-se liberando
das rochas que formam nosso planeta.
A atmosfera das primeiras épocas da historia da Terra estaria formada por
vapor de água, dióxido de carbono (CO2) e nitrogênio, junto a muito pequenas
quantidades de hidrógenio (H2) e monóxido de carbono, mas com ausência de oxigênio.
Era uma atmosfera ligeiramente redutora até que a atividade fotossintética dos
seres vivos introduz oxigênio e ozônio (a partir de uns 2500 ou 2000 milhões de anos) e
faz uns 1000 milhões de anos a atmosfera chegou a ter uma composição similar à atual.
Também agora os seres vivos seguem desempenhando um papel fundamental
no funcionamento da atmosfera. As plantas e outros organismos fotossintéticos tomam
CO2 do ar e devolvem O2, enquanto que a respiração dos animais e a queima de
florestas ou combustíveis realizam o efeito contrario: retiram O2 e devolvem CO2 à
atmosfera.
Composição.
Os gases fundamentais que formam a atmosfera são:
Gases
% (em vol.)
Nitrogênio
78,084
Oxígenio
20,946
Argón
0,934
CO2
0,033
Outros gases de interesse presentes na atmosfera são: vapor de água, o ozônio
e diferentes óxidos de nitrogênio, enxofre, etc.
Também tem partículas de pó em suspensão como, por exemplo, partículas
inorgânicas, pequenos organismos, NaCl do mar, etc. Muitas vezes estas partículas
podem servir de núcleos de condensação na formação de neblina (poluentes ou fumaça)
muito contaminantes.
Materiais sólidos na atmosfera (Partículas/cm3)
1000
Alto mar
1000
Alta montanha (más de 2000 m)
6000
Cerros (hasta 1000 m)
10 000
Campos cultivados
35 000
Cida pequena
150 000
Metrópoles
Os vulcões e a atividade humana são responsáveis da emissão para a atmosfera
de diferentes gases e partículas contaminantes que tem una grande influencia nas
mudanças climáticas e o funcionamento dos ecossistemas.
Figura 3-1 > Cúpula de po sobre uma cidade
Os componentes da atmosfera se encontram concentrados perto da superfície,
comprimidos pela atração da gravidade e, conforme aumenta à altura a densidade da
atmosfera diminui com grande rapidez. Nos 5,5 kilometros mais próximos da superfície
se encontram a metade da massa total e antes dos 15 kilometros de altura está o 95% de
toda a matéria atmosférica.
A mistura de gases que chamamos ar mantém a proporção de seus distintos
componentes quase invariáveis ate os 80 km, ainda que cada vez mais enrarecido
(menos denso) conforme vamos ascendendo. A partir dos 80 km a composição se faz
mais variável.
Estrutura
Dada as diferentes características da atmosfera ela se divide em:
Troposfera: que abranger até um limite superior chamado de tropopausa que se
encontra aos 9 km nos pólos e aos 18 km no equador. Nela se produzem importantes
movimentos verticais e horizontais das massas de ar (ventos) tem relativa abundancia
de água, por sua cercania á hidrosfera. Por todo isto é a zona das nuvens e os
fenômenos climáticos: Chuvas, ventos, mudança de temperatura, etc. É a camada de
mais interesse para a ecologia. Na troposfera a temperatura vai diminuindo conforme vá
subindo, até chegar a -70ºC em seu limite superior.
A estratosfera começa a partir da tropopausa e chega até um limite superior
chamado estratopausa que se situa aos 50 kilometros de altitude. Nesta camada a
temperatura muda sua tendência e vá aumentando até chegar a ser ao redor de 0ºC na
estratopausa. Quase não tem movimento em direção vertical do ar, mas os ventos
horizontais chegam a atingir frequentemente os 200 km/hora, facilitando que qualquer
substancia que chega à estratosfera se difunda por todo o globo com rapidez, é o que
acontece com os CFC, que destroem o ozônio. Nesta parte da atmosfera, entre os 30 e
os 50 kilometros, se encontra o ozônio que tão importante papel desempenha na
absorção das radiações de onda curta. .
A ionosfera e a magnetosfera se encontram a partir da estratopausa. Nelas o
ar está tão enrarecido que sua densidade é muito baixa. São os lugares onde se
produzem as auroras boreais em onde se refletem as ondas de radio, mas seu
funcionamento afeta muito pouco aos seres vivos.
Figura 3-2 > Estructura de la atmósfera
Pressao atmosférica
A pressao diminui rápidamente com a altura, mas ademáis tem diferenças de
pressao entre umas zonas da troposfera e outras que tem grande interése desde o ponto
de vista climatológico. Son as denominadas zonas de altas pressoes, quando a pressao
reduzida ao nivel do mar e a 0ºC, é maior de 1.013 milibares ou zonas de baixas
pressoes e o valor é menor que esse número. Em meteorología se trabalha com pressoes
reduzidas ao nivel do mar e a 0ºC para igualarem dados que se tomam à diferentes
alturas e com diferentes temperaturas para assim poder fazer comparacoes.
O ar se movimenta das áreas de máis pressao para as de meno, formando se de
esta forma os ventos.
Se llaman isobaras as línhas que unem os pontos de igual pressao. Os mapas
de isobaras sao usados pelos meteorólogos para as prediçoes do tempo.
Água na atmosfera
A atmosfera contem água na forma de:
• Vapor que se comporta como um gás
• Pequenas gotículas líquidas (nuvens)
• Cristalitos de gelo (nuvens)
Água contida na atmosfera
•
•
•
•
Contem uns 12 000 km3 de água
Entre 0 y 1 800 m está a metade da água
Evaporam se (e liquidificam) uns 500 000 km3/ano
Evaporação potencial em l/m2/ano:
- em oceanos: 940 mm/ano
- em continentes: 200-6000 mm/ano
Umidade
Uma massa de ar não pode conter uma quantidade ilimitada de vapor de água.
Tem um limite a partir do qual o excesso de vapor se liquidifica em gotículas. Este
limite depende da temperatura, pois o ar quente é capais de conter maior quantidade de
vapor de água que o ar frio. Assim, por exemplo, 1 m3 de ar a 0ºC pode chegar a conter
como máximo 4,85 gramas de vapor de água, enquanto que 1 m3 de ar a 25ºC pode
conter 23,05 gramas de vapor de água. Se em 1 m3 de ar a 0ºC tentarmos introduzir
mais de 4,85 gramas de vapor de água, por exemplo, 5 gramas, só 4,85 permanecerão
como vapor e os 0,15 gramas restantes se converterão em água. Com estas idéias se
podem entender os seguintes conceitos muito usados nas ciências atmosféricas:
umedade de saturação.- È a quantidade máxima de vapor de agua que pode conter um
metro cúbico de ar em condicoes determinadas de pressao e temperatura.
Umidade de saturação do vapor de agua no ar
Temperatura ºC
Saturação g · m-3
0.89
- 20
2.16
-10
4.85
0
9.40
10
17.30
20
30.37
30
51.17
40
Umidade absoluta.- É a quantidade de vapor de agua por metro cúbico que contem o ar
que se esteja analizando.
Umidade relativa.- É a relação entre a quantidade de vapor de agua contido realmente
no ar analizado (humedad absoluta) e que podería chegar a conter si estivesse saturado
(Umedade de saturação). Se expresa em porcentagem. Assím, por exemplo, uma
Umdade relativa normal junto ao mar pode ser de 90% o que significa que o ar contem
o 90% de vapor de agua que pode admitir, enquanto um valor normal em uma zona seca
pode ser de 30%.
O vapor que se encontra na atmósfera procede da evaporação da agua dos
océanos, dos rios, lagoas e dos solos úmidos. Que se evapore máis ou menos depende
da temperatura e do nivel de saturação do ar , pois um ar cuja umidad relativa é baixa
pode admitir muitoo vapor de agua procedente da evaporação, enquanto que um ar
próximo à saturação ja nao admitirá vapor de agua por muito elevada que seja a
temperatura.
O conceito de evapotranspiração é especialmente interesante em ecología
pois se refere ao conjunto del vapor de agua enviado à atmósfera en uma superficie, e é
a soma do que se evapora diretamente do solo, das plantas e outros seres vivos que
emiten para a atmósfera sua transpiração.
Tabla 2.1. Características de la atmósfera en distintas alturas. Promedios válidos para
As latitudes templadas
Altura (m)
0
1000
2000
3000
4000
5000
10000
15000
Pressão (milibares)
1013
898,6
794,8
700,9
616,2
540
264,1
120,3
Densidade(g · dm-3)
1,226
1,112
1,007
0,910
0,820
0,736
0,413
0,194
Temperatura(ºC)
15
8,5
2
-4,5
-11
-17,5
-50
-56,5
Distribuição da água na Terra
Quase a totalidade da água se encontra nos mares e oceanos em forma de água salgada.
Das águas doces a maior parte está n forma de gelo e em águas subterrâneas. A água
situada sobre os continentes e na atmosfera estão quantidades proporcionalmente
menores, ainda que sua importância biológica é grande.
Distribuição da água
Água líquida oceânica
1322·106 km3
Água sólida oceânica
26·106 km3
Epicontinentais
225 000 km3
Na atmosfera
12 000 km3
2-8 ·106 km3
Águas subterrâneas
O tempo médio que una molécula de água permanece nas distintas etapas do ciclo é:
Na atmosfera
Nos rios
Em lagos
Em aqüíferos subterrâneos
Em oceanos
9-10 dias
12-20 dias
1-100 anos
300 anos
3 000 anos
Como é lógico estes tempos médios de permanência vão a ter uma grande
influencia na persistência da contaminação nos ecossistemas aquáticos. Si se
contamina um rio, no decorrer de poucos dias ou semanas pode ficar limpo, pelo
próprio arrasto dos contaminantes para o mar, onde se diluiriam em grandes quantidades
de água. Mas si se contamina um aqüífero subterrâneo o problema persistirá durante
dezenas o cento de anos.
CICLO DA ÁGUA
A água é uma substância vital para a biosfera. tropicais podem causar
estratificação térmica relativamente resistente à ação do vento. Cerca de 70% da
superfície da Terra é coberta por água.
As grandes massas de água estão nos oceanos onde se acham em contínuo
movimento. As correntes marítimas são cruciais para o estabelecimento dos padrões
globais de circulação atmosférica e do clima (Figura 6.2).
setas
Figura 6.2: Principais correntes oceânicas da biosfera. Correntes quentes com
vermelhas e frias com setas azuis.
A estratificação térmica em lagos e mares é muito importante, pois implica numa
estratificação química e muitas vezes numa estratificação biológica. Naturalmente, tal
característica implica em importantes conseqüências para todos os demais ciclos
biogeoquímicos em ambiente aquático.
A água está em contínuo movimento nos continentes. As fontes de água nos
continentes são alimentadas pela água das chuvas que volta ao mar via escoamento
superficial ou subterrâneo. Os rios exercem considerável influência sobre a paisagem
terrestre. A foto, a seguir, ilustra o Córrego Carioca, município de Itabirito, onde podese ver claramente a formação vegetal mais densa junto à uma das margens. Na outra
margem (lado esquerdo), vê-se a influência antrópica, através de pastos destinados a
pecuária.
A água tem ainda uma alta viscosidade, que decresce com o aumento da
temperatura. Esta viscosidade possibilita a existência de uma comunidade biológica que
vive acima e abaixo da zona ar-água. Os detergentes alteram drasticamente a tensão
superficial da água.
Outra importante característica da água são os seus elevados calores latentes de
evaporação (Lv = 590 cal.g-1) e fusão (Lf = 80 cal.g-1). Deste modo a água 'exige' o
aporte de grandes quantidades de energia para trocar o seu estado físico, conferindo-lhe
uma elevada inércia térmica que resulta numa 'demora' em aquecimento e resfriamento.
Estas propriedades são extremamente importantes no estabelecimento das características
climáticas. Diferenças de temperaturas causam diferenças na densidade da água que
aliada à ação dos ventos geram as correntes oceânicas (Figura 3). Existem tanto
correntes frias quanto correntes quentes. As correntes frias trazem águas ricas de
nutrientes incrementando a produção biológica nas áreas sob a sua influência. No
entanto, essas correntes causam também grande aridez nas faixas continentais que são
por elas banhadas, graças a pouca evaporação associada às correntes frias. As correntes
quentes, ao contrário, mantém a estratificação da coluna d'água e, com isto, impede a
fertilização continuada das águas superficiais. Deste modo, suas águas são pobres em
termos de produção biológica. As correntes quentes, por outro lado, amenizam o clima
na faixa continental sob sua influência trazendo chuvas e amenizando o inverno nas
altas latitudes. O clima da Inglaterra, por exemplo, é muito amenizado pela corrente
quente Gulf Stream (Corrente do Golfo).
A água pura exibe uma absorção diferencial da luz. Ondas menos energéticas de
comprimento longo (vermelho) são absorvidas nos primeiros metros abaixo da
superfície. Outros fatores que intervém no processo são a turbides (sol. em suspensão) e
a cor (subst. dissolvidas) que também diminuem a penetração de luz.
A Biosfera pode ser definida em termos de disponibilidade de água: é a região
do planeta onde há um suprimento de energia externa e água no estado líquido. O ciclo
da água é caracterizado por um depósito atmosférico pequeno porém extremamente
dinâmico, sendo inclusive responsável pela caracterização dos diversos climas
terrestrres. As reservas de água nos continentes são alimentadas pela precipitação
atmosférica (chuvas, neves e granizos), uma vez que chove proporcionalmente mais nos
continentes se comparados às áreas oceânicas. Grandes regiões do planeta tais como o
vale do Mississipi (USA), Europa e Amazônia oriental recebe a maior parte de
precipitações através de massas de ar oriundas dos oceanos.
O volume total de água da biosfera é de cerca de 1,5 bilhões de quilômetros
cúbicos. Esta água está distribuída de modo muito desigual pela superfície da Terra cuja
superfície total é de 512 milhões de Km² . A maior parte da água está no mar (97%). Os
3% restantes são constituídos por água doce (a maior parte em geleiras). O depósito de
águas subterrâneas é muito maior do que o de águas superficiais. Rios e lagos
contribuem muito pouco para o total de água doce existente (Figura 6.3), mas eles são
essenciais para a renovação do ciclo já que o tempo de renovação médio das águas
superficiais é pequeno (ao redor de 1 ano). Outro fator que influencia a distribuição
mundial das águas é a latitude principalmente alterando os totais pluviométricos.
Figura 6.3: Esquema do ciclo da água
Segundo o esquema acima, os oceanos estão exportando água para os
continentes. Isso se dá pela penetração de ar úmido a partir dos oceanos.