Ciclo hidrológico



 

No tópico passado, falamos sobre  o vapor d’água, que é um dos gases que compõe a atmosfera. Falamos também sobre o fenômeno da evaporação, que ocorre quando a água passa da forma líquida para a forma gasosa.

A água é uma substância química composta por dois elementos químicos diferentes: hidrogênio e oxigênio. É uma substância essencial para todas as formas de vida da Terra.

Considerando toda massa do planeta Terra, constata-se que ele é  70,9% composto por água. Esse total é distribuído percentualmente de acordo com o gráfico abaixo:

Figura 1: Distribuição da água ao longo do planeta.

De acordo com a figura 1 (com informações provenientes da USGS[1]), a água no planeta Terra está distribuída da seguinte maneira:

– Oceanos: 97%

– Geleiras permanentes (pólos e topos de montanhas mais altas): 2,4%

– Água subterrânea (aqüíferos): 1,6%

– Lagos, lagoas e rios: 0,6%

– Na atmosfera, nas nuvens ou como vapor d’água: 0,001%

Para visualizarmos melhor, traduzi a figura 2 logo abaixo, da USGS. Para interpretar a figura 2, note que no gráfico com tons de verde, primeiro e separada a água total do planeta, com 97% dela sendo água salgada (dos oceanos). Os 3% restantes constituem em água doce. No gráfico marrom, temos apenas a água doce. Desse total de água doce, a maior parte (68,7%) está nas geleiras e nas caloras polares, portanto está inacessível para consumo imediato. 30,1% está como água subterrânea, inacessível, muitas vezes sendo necessárias caras tecnologias para explorá-la (através de poços artesianos, por exemplo). Apenas 0,3% da água doce está na superfície, e então vamos para o gráfico azul. Essa ínfima porcentagem está distribuída em lagos, represas, açudes (87%), rios (2%) e pântanos (11%).

Figura 2: A quantidade de água doce disponível no planeta é muito pequena em coparação a quantidade de água salgada.

Na figura 2, vemos que a quantidade de água disponível para nosso uso imediato (em rios, lagos, açudes, represas, etc), corresponde a somente 0,3% da água total do planeta. Por isso vemos com bastante frequência anúncios falando da importância em economizar este precioso e escasso recurso.

Veja que na figura 2 acima não falamos nem dá água na atmosfera, como falamos na figura 1. A quantidade de água na atmosfera é muito, muito pequena, porém é de importância vital para a meteorologia.  A água movimenta-se por toda a Terra. Ou seja, os rios deságuam em outros rios que deságuam no mar; as geleiras derretem; a água congela; a água evapora, nuvens formam-se e temos a chuva, etc. Este é o chamado ciclo hidrológico (ou ciclo d’água). Sendo assim, ao longo de todo o ciclo hidrológico, a água passa por processos físicos que mudam a sua fase.

E quais são esses processos físicos? E quais as fases da água?

Vamos primeiro responder quais são as fases da água (ou estados da água). Você provavelmente já deve ter visto isso na escola, mas aqui vou mostrar como podemos encontrar as três fases da água na natureza:

Figura 3 – Geleira: água no estado sólido
Figura 4 – Água correndo em um rio: estado líquido
Figura 5: Demostração do ar que respiramos, uma mistura de gases, como vimos no post anterior. Dentre os gases que compõe o ar, temos o vapor d’água.

Com relação ao estado gasoso, no post anterior falei sobre os gases da atmosfera e o vapor d’água é um destes gases. Os gases que compõe a atmosfera estão todos misturados, e como a maioria dos gases, essa mistura não pode ser vista. Podemos sentir por exemplo as variações de temperatura dessa mistura:  em um dia quente,  o ar fica mais quente.  Onde eu quero chegar?

Quero que vocês pensem na seguinte pergunta: do que são feitas as nuvens? Quando faço essa pergunta diante de uma sala lotada de alunos, ouço principalmente dois tipos de respostas:

1) São feitas de algodão! (eu adoro alunos espirituosos, hehe)

2) São feitas de vapor d’água.

Eu sempre ouço a resposta 2) e ela é um dos principais equívocos relacionados à meteorologia que escuto. Nós podemos ver as nuvens, entretanto, não podemos ver os gases. Do que será que elas são feitas então? Respondo no post seguinte, apenas para deixar os leitores curiosos. Porém, acredito que muitos terão uma boa idéia a respeito disso até o final desse texto.

Mas voltando ao rumo de nossa prosa: quais processos físicos fazem com que a água mude de fase? Pois sim, sabemos que a água muda de fase. Para constatar isso, sugiro três experimentos bem fáceis, que na verdade são observações do cotidiano:

a) Enchendo um copinho de plástico com água e colocando-o no congelador de sua casa, o que acontece com a água, horas depois?

b) Tire um cubo de gelo do congelador de sua casa e coloque na pia. O que aconteceu com o gelo depois de alguns instantes?

c)  Pela manhã, encha um copo transparente e sem detalhes (como o da foto abaixo) com água. Em seguida, faça uma marca com caneta permanente neste copo. Deixe-o em um local onde ninguém poderá mexer ou beber a água (isso é importante, rs). Na manhã do dia seguinte, verifique o copo e faça uma nova marca nele. O que aconteceu com a água? A marca continua no mesmo lugar?

Certamente você observou algumas coisas bastante interessantes nos experimentos acima.  No experimento a), o mais fácil deles, a água passou do estado líquido para o estado sólido. Chamamos esse fenômeno de Solidificação.

No experimento b), a água passou do estado sólido para o estado líquido. E o contrário do que ocorreu em a) e chamamos o fenômeno de Fusão.

E no experimento c) a água passou do estado líquido para o estado gasoso. Chamamos este fenômeno de Vaporização.  A vaporização pode ser ainda ocorrer de três maneiras:

calefação:  quando uma frigideira é aquecida e então joga-se água nela, notamos um borbulhar violento. Esse processo de vaporização também é chamado de calefação.

ebulição: colocamos a água em uma panela. A água então recebe o calor da chama do fogão e lentamente tem sua temperatura aumentada, diferentemente da calefação, em que a mudança de temperatura é abrupta. Esse processo chama-se ebulição.

evaporação: ocorre quando deixamos a roupa no varal para secar, quando colocamos água em um copo e esperamos que ela evapore livremente (como no experimento proposto). Neste caso, temos a evaporação e é a forma de vaporização mais comum que ocorre na natureza. Eu falei da evaporação aqui também e citei como exemplo as roupas molhadas que secam livremente no varal.

No diagrama abaixo (figura 6), simplificamos a forma de compreender estes processos:

Figura6: Diagrama mostrando como ocorrem as mudanças de fase

Aparecem na figura 6 os nomes de outros fenômenos:  condensação e a sublimação. Condensação ocorre quando a substância passa do estado gasoso para o líquido e sublimação ocorre quando a substância passa do estado sólido diretamente para o gasoso.

Para compreendermos melhor a condensação, sugiro pensarmos em uma observação cotidiana.  Quem nunca tomou uma lata de refrigerante ou suco gelado em um dia de bastante calor?

O que acontece minutos depois com a lata? Ela fica molhada. Muitas pessoas dizem que a ‘lata suou’. Como as latinhas não tem poros, o uso da palavra ‘suar’ nesse contexto não faz sentido. O que realmente aconteceu?

O vapor d’água, presente no ar, condensou na latinha. Isso significa portanto que o vapor d’água contido na atmosfera passou para o estado líquido, ao encontrar a superfície mais fria da latinha.

O vapor d’água condensa-se sobre a latinha gelada!

Já a sublimação é um processo mais difícil de ser visualizado. Entretanto, podemos por exemplo dizer que o vento faz com que o gelo das geleiras passe rapidamente para o estado gasoso. Entretanto, essa contribuição é muito pequena, e a sublimação não é muito significativa dentro do ciclo d’água.

Talvez vocês tenham notado que a temperatura é fundamental nos processos de mudança de fase.  Quando tiramos o gelo do congelador e colocamos na pia, o gelo sai de uma situação em que a temperatura estava mais baixa, para uma situação em que a temperatura está mais elevada (fora da geladeira), por exemplo.   Quando o vapor d’água contido no ar condensa-se sobre a latinha de refrigerante, o vapor d’água contido no ar encontra uma superfície mais fria e então muda para a fase líquida.

Sendo assim,  podemos esquematicamente falar das mudanças de fase que ocorrem ao longo de todo ciclo d’água. Na figura abaixo, alguns desses processos físicos (fusão, evaporação, condensação e solidificações) podem ser observados, mostrando exatamente o que ocorre na natureza:

Ciclo hidrológico. Adaptado de AHRENS, C.D.: Meteorology Today 9th Edition

A figura acima também fala de um processo biológico, a transpiração. Plantas e animais perdem água para o ambiente através da transpiração. É o que ocorre com nosso corpo em um dia de bastante calor, quando perdemos água através de nossos poros. Essa água é então evaporada para o ambiente, fazendo com que nos sintamos mais confortáveis. O processo de transpiração, portanto, também faz parte do ciclo hidrológico (ou ciclo d’água).

Lembram no começo do texto, quando falei da quantidade de água (em porcentagem) contida em diversos locais do planeta Terra? E quando disse que apenas 0,001% de toda a água presente na Terra está na atmosfera (presente nas nuvens e como vapor d’água, misturado aos demais gases da atmosfera). Essa pequena porcentagem é o que estudamos em meteorologia, pois é ela que dará origem as nuvens e a chuva. E assim a água circula pelo planeta, trocando de lugar o tempo todo.  E durante essa troca, ocorrem os processos físicos descritos ao longo deste post.

Uma informação importante, que não deve ser desprezada, é que neste post tratamos somente da água, mas os processos de mudança de fase e os diferentes estados da água. Entretanto, os processos de mudança de fase e os diferentes estados da água (que podemos chamar de estados da matéria) ocorrem com todas as substâncias químicas. O álcool, o éter, o detergente de cozinha, etc: todas as substâncias reagem com as mudanças intensas de temperatura.  A diferença, é que as mudanças de fase ocorrem em temperaturas diferentes para substâncias diferentes. Voltaremos a falar disso no futuro, quando falarmos sobre termômetros.

No próximo post, veremos com mais detalhes como as nuvens são formadas. O post será uma continuidade deste post, pois  como vimos, as nuvens são parte do ciclo hidrológico.

Bibliografia e notas:

[1] United States Geological Survey- Serviço de Geologia dos Estados Unidos.

– AHRENS, Donald C.: Meteorology today: an introduction to weather, climate, and the environment. Cengage Learning, 2007

Water Cycle, Wikipedia

USGS, United States Geological Survey

DAEE, Departamento de Águas e Energia Elétrica. Página didática.

– Algumas fotos ilustrativas foram tiradas do site Free Digital Photos. Clicando nas imagens, o leitor é redirecionado para as galerias de onde elas vieram.

Esse interessante vídeo (em inglês) com uma animação muito graciosa e criativa sobre o ciclo d’água.

– Earth Observatory, NASA: Water Cycle.

Droplet and the Water Cycle, joguinho da NASA. Em inglês.