Alterações climáticas? Aquecimento global? Efeito de estufa? Cheias? Tornados? Todos estes termos povoam cada vez mais os nossos telejornais, mas o que significam realmente? E haverá alguma relação entre eles e o oceano?

    Ao contrário da Lua, a Terra possui uma atmosfera bem definida que lhe permite reter calor através do famoso efeito de estufa (Figura 1). Enquanto que na Lua as temperaturas diárias variam entre os -233 e os 123°C, na Terra as temperaturas variam em média entre os -50 e os 50°C. Ao incidir na Terra, a radiação solar aquece a sua superfície. Contudo, parte desta radiação é re-emitida para o espaço. Sem atmosfera, a retenção de calor seria limitada e, na ausência de incidência solar, o planeta arrefeceria muito. São gases atmosféricos como o dióxido de carbono (CO₂), o óxido nitroso (N₂O), o metano (CH₄) e o ozono (O₃), bem como o vapor de água, que absorvem uma grande parte da radiação e a emitem de volta para a superfície da Terra, retendo asim o calor no planeta de forma semelhante ao vidro numa estufa. Apesar do clima da Terra depender de factores como a actividade vulcânica, os ciclos solares ou tectónica de placas, dados científicos dos últimos anos parecem apontar cada vez mais para o impacto do Homem no aumento das temperaturas médias (o aquecimento global), devido ao uso intensivo de combustíveis fósseis (petróleo, carvão) como fonte de energia, cuja queima resulta na libertação de grandes quantidades de gases causadores de efeito de estufa. O aumento da temperatura significa que existe mais energia disponível na atmosfera para desencadear fenómenos extremos como tempestades e tornados, cuja intensidade e frequência têm vindo a aumentar.

Figura 1. Esquema ilustrativo do efeito de estufa. Crédito: Shutterstock

    O oceano cobre cerca de 70% da superfície do planeta e desempenha um papel fundamental no clima do planeta.  Como a água tem capacidade de absorver e reter muito mais energia do que a terra, os oceanos absorvem muito mais energia solar do que os continentes. Como a massa de água oceânica está em constante movimento, essa energia vai ser transportada ao longo do planeta. Assim, a energia absorvida entre o equador e os trópicos, onde a incidência solar é maior, vai ser transportada para as regiões polares, “aquecendo-as”. Este transporte de energia a larga escala é feito através de correntes oceânicas geradas pela acção do vento, da maré e por diferenças de densidade como é o caso da circulação termohalina que, tal como o nome indica, resulta de diferenças de temperatura (termo) e salinidade (halina) (Figura 2). Usando como exemplo o oceano Atlântico, na região equatorial, devido à maior intensidade solar, a água do mar é relativamente quente à superfície e salina, devido à evaporação mais intensa. Ao circular para norte, devido ao movimento de rotação da Terra, a massa de água vai transportar calor para o norte da Europa que apresenta temperaturas relativamente amenas quando comparada com a costa dos EUA e Canadá localizada a latitudes semelhantes. Ao avançar para norte, a massa de água salina vai arrefecendo, aumentando assim a sua densidade e acabando por “mergulhar”. Torna-se então numa corrente profunda que vai cruzar o oceano, aflorando à superfície nas regiões do Índico e Pacífico, onde integra novamente a corrente de superfície.

Figura 2. Circulação Termohalina percorrendo o oceano global. Crédito: WikiMedia Commons

    A circulação termohalina é essencial na regulação do clima global. Estudos paleoceanográficos já relacionaram alguns eventos de glaciação (período frio) e interglaciação (período quente) com alterações na intensidade da circulação termohalina, com uma circulação menos intensa (menor transporte de calor para os pólos) a favorecer um período de glaciação.

    Os oceanos desempenham outro papel essencial na regulação do clima planetário ao representarem o maior reservatório de carbono do planeta. Uma grande quantidade de CO₂ atmosférico é removida pelos oceanos e incorporada em matéria orgânica (fitoplânction) através da fotossíntese. O fitoplâncton representa a base da cadeia alimentar oceânica pelo que vai ser predado por zooplânction, que por sua vez serve de alimento a organismos de maiores dimensões. Uma boa parte destes organismos vai acabar por sedimentar ou ser transportada (por exemplo, através da circulação termohalina) para o fundo dos oceanos. O CO₂ atmosférico é assim removido da atmosfera por um período de tempo longo, por vezes à escala do ciclo geológico ao ser incorporado nas rochas sedimentares que se formam no fundo dos oceanos, diminuindo o efeito de estufa.

Figura 3. Fitoplâncton visto ao microscópio. Credits: Richard Kirby, Plymouth University

    Resumindo, o oceano desempenha um papel fundamental na regulação do clima global, podendo pequenas alterações resultar em consequências dramáticas no clima do planeta.

Catarina Leote (doutoranda no Royal Netherlands Institute for Sea Research e colaboradora do CcT - texto inédito elaborado para publicação no Ciência com Todos).

    Em Darvaza, no Turquemenistão, existe uma cratera de gás natural que foi criada quando um campo e uma plataforma de perfuração de gás natural aluíram em 1971. Esta cratera com 70 metros de largura está situada no meio do deserto de Karakum e é apelidada informalmente pela população local como a “porta do inferno” ou a “porta para o inferno”, uma vez que arde continuamente há 42 anos.

    Mas, qual o motivo de o gás natural da jazida daquele remoto local ter entrado em combustão há precisamente 42 anos?

    É que uma equipa de cientistas de perfuração da União Soviética decidiu que, depois do colapso da plataforma, o melhor modo de lidar com a grande quantidade de gás metano¹ derramado era queimá-lo. Assim, as chamas foram instigadas e na altura os geólogos previram que o metano iria arder apenas durante alguns dias. Contudo, mais de quatro décadas se passaram e o gás natural continua a queimar, iluminando a região circundante por quilómetros durante as noites.

    Este fenómeno “infernal” tem sido uma atração turística, com pessoas de todo o mundo a viajarem até à aldeia vizinha de Darvaza (que apresenta uma população de apenas cerca de 350 pessoas).

    Para este fenómeno poder ser visualizado no seu esplendor, os grupos turísticos visitam o local ao final do dia, pois o brilho ardente da cratera é mais visível e dramático aquando da pouca interferência da luz solar ao anoitecer.

    No caso de não puder viajar até ao Turquemenistão, o caro leitor pode deslumbrar-se com alguns vídeos, sobre este fenómeno geofísico, que estão disponíveis no Youtube. Eis alguns exemplos:

http://www.youtube.com/watch?v=P-gnDvwqqk8#t=11

http://www.youtube.com/watch?v=nA-yfooFGlI

http://www.youtube.com/watch?v=DYjuz0etC_E

João Pedro Cesariny Calafate (professor, pós-graduado em Didática da Matemática e das Ciências, mestre em Ensino Experimental das Ciências e criador, coordenador e editor do Ciência com Todos).

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¹ O metano é um gás com elevado efeito de estufa, 20 vezes mais do que o dióxido de carbono. Daí que em elevadas quantidades, o seu contato com a atmosfera, como neste caso, ser bastante prejudicial para o meio ambiente.

Referências:

http://www.ceg.ul.pt/finisterra/numeros/2007-83/83_05.pdf

    Afinal o que é o vento? E será este bom ou mau para nós humanos e outros seres vivos?

    O vento é a circulação geral, dinâmica e constante da atmosfera, ou o fluxo de gases em larga escala de sítios de maior para sítios de menor pressão. Dito em linguagem popular: “o vento é o ar em movimento!”

    Quando embate na nossa pele cria-nos instantaneamente sensação de frio, pois a temperatura média desta diminui, sendo este fenómeno explicado pela Termodinâmica. Este ramo da Física trata, teoricamente e experimentalmente, de sistemas macroscópicos (grandes, grande escala), grandezas como temperatura, pressão, volume, calor, trabalho, energia e entropia, e suas variações e relações.

     Interessante embora aborrecido, este fenómeno dá-se essencialmente devido a dois efeitos:

            (i) o arrastamento da “película” de ar quente (aquecida pelo corpo) que está junto ao corpo, perto da pele, assim como entre as fibras dos tecidos da roupa, ar esse que é substituído pelo ar ambiente que geralmente é mais frio (ainda não foi aquecido), o que faz com que haja calor a sair do corpo para esse ar frio (estamos a aquecer o ar).

            (ii) o facto de a nossa pele se encontrar humedecida (num processo que, entre outros, serve para controlar a sua temperatura), favorecendo o vento a evaporação de água do corpo (o suor, a água no corpo ao sair do banho), evaporação essa que o arrefece pois as moléculas de água que passam para a fase de vapor são as que têm mais energia, pelo que o líquido que fica passa a ter menos energia cinética microscópica média, ou seja, passa a ficar com temperatura mais baixa. Este efeito é bem visível na roupa a secar, pois esta seca muito melhor em dias ventosos, ou quando saímos do banho e ficamos cheios de frio e com a chamada “pele de galinha”.

    Em suma: o arrastamento do ar aquecido junto ao corpo e a evaporação da água que o humedece, ambos favorecidos pelo vento, são os “culpados” pela descida da temperatura corporal.

    Contudo, vento não é só sinónimo aborrecimento (pela sensação desconfortante que nos provoca): o nosso corpo, e o dos outros animais e plantas, precisa de libertar calor para podermos viver, e neste aspeto o vento pode ser uma preciosa ajuda.

    Além disso, o ar em movimento “dá boleia” a uma grande quantidade de grãos de pólen (polinização anemófila), que mais cedo ou mais tarde irão fecundar uma flor mais ou menos longe, e também a sementes. Transporta nuvens para outras paragens, que necessitam de chuva. Auxilia o voo de certas aves que assim realizam voo planado, como por exemplo a ave marinha gaivota (do género Larus), que despendem deste modo menos energia. Renova o ar que respiramos e torna possível a prática de certos desportos recreativos e radicais. Esculpe, a seu gosto, a natureza!

    O vento serve, também, para gerar electricidade, através de sua energia cinética ou energia eólica, que é amiga do ambiente, entre muitas outras benfeitorias.

    Pensando bem, e apesar de por vezes ser tão desagradável, o vento tem mais a dar, tanto a nós como a outros seres vivos, do que poderíamos à primeira vista pensar. Afinal o vento é mais bendito do que maldito!

João Pedro Cesariny Calafate (professor, mestre em ensino experimental das Ciências e coordenador do Ciência com Todos).

Texto de divulgação de ciência publicado primeiramente na Imprensa Regional, no âmbito do projeto Ciência na Imprensa Regional - Ciência Viva.

Publicação no CIR - CV:  

http://www.imprensaregional.cienciaviva.pt/conteudos/artigos/?accao=showartigo&id_artigocir=464

Publicações na imprensa regional: http://bomdia.be/index.php?option=com_content&view=article&id=23283&catid=108&Itemid=120 , http://www.obaluarte.net/pagina/edicao/2/20/noticia/10079 , http://www.reconquista.pt/pagina/edicao/272/44/noticia/28897 , http://www.imprensaregional.com.pt/jornaldemonchique/pagina/edicao/2/59/noticia/2860

    Actualmente, não são poucos os que gostam de discutir as variações climatéricas, não fosse o estado do tempo ser o principal tema de conversa de toda a gente… A ironia nisto é que muitas dessas pessoas nem sabem responder às questões mais básicas sobre os fenómenos climatéricos que podem presenciar todos os dias, ou algumas vezes por ano. Terão legitimidade para discutir sobre algo muito mais complexo como são as variações climatéricas? É discutível, mas não o será aqui. Irei antes responder a algumas das questões mais básicas sobre os fenómenos climatéricos mais comuns.

    Porque é que existe vento?

    O vento, como sabem, é ar em movimento. A principal razão pela qual existe vento é pelo simples facto de o planeta ter movimento de rotação. Não, não pensem já que então o vento se sente exactamente no sentido contrário ao movimento de rotação, por o ar não estar “pegado” à Terra, e então ficar em repouso, e nós como seguimos o movimento da Terra, levamos com o ar que ficou parado. Na verdade ele está bastante “pegado” à Terra pela gravidade, caso contrário não teríamos atmosfera. A rotação é importante para a criação de vento, porque existe Sol. Como sabem, o ar quente expande (daí os balões de ar quente voarem, pois o ar quente ao expandir torna-se mais leve que o restante ar, como expliquei na artigo sobre o Balão de Ar Quente). Assim, a parte da Terra que está exposta ao Sol terá o seu ar a expandir, levando a que este crie fluxos de ar para regiões mais frias, de modo a igualar a pressão. É claro que o movimento do vento torna-se muito mais complexo que isto, devido ao facto de a Terra ter rugosidade, bem como devido ao facto de existirem os oceanos.

    Porquê e como é que se formam as nuvens?

    Uma nuvem é constituída por água (líquida), podendo também conter pequenas porções de gelo, bem como ainda pequenas percentagens de impurezas (vindas da poluição, por exemplo). Em resposta ao porquê, convém perceber que estamos num planeta com grande parte da sua superfície constituída por água (cerca de dois terços). Contrariamente à ideia errónea de algumas pessoas: obviamente que não obtemos vapor de água a partir de água líquida apenas se elevarmos a temperatura acima de 100 ºC. Se assim fosse, mais valia meterem a roupa a secar dentro do forno, já que a temperatura ambiente raramente ultrapassa os 60 ºC no nosso planeta. É claro que além do processo de ebulição da água (que é a referida transição dos 100 ºC), também existe o processo de evaporação, o qual, apesar de ser muito mais lento, também consegue transformar a água líquida em vapor (para quem se estiver a questionar sobre a razão de tal acontecer, deverá lembrar-se que a água líquida é constituída pelas suas moléculas de H₂O, as quais “passeiam” pela região que a água ocupa com uma dada velocidade – na verdade essa velocidade obedece a uma estatística que nos diz que a maioria das moléculas tem uma velocidade próxima da velocidade média de todas as moléculas e que está directamente relacionada com a temperatura à qual está o líquido, no entanto, existem sempre moléculas que têm uma velocidade muito maior, bem como muito mais pequena, do que essa média; assim, as que têm uma velocidade muito maior que a média, podem estar em condições de ultrapassar a tensão superficial do líquido e “fugir” dele – pode-se dizer que esta molécula evaporou! Quando tentam arrefecer o vosso café soprando-lhe, estão, na verdade, a retirar as moléculas mais quentes que se encontram próximas da superfície, deixando ficar as mais frias, conduzindo ao arrefecimento do café – logo, quanto maior for a superfície da chávena, mais efectivo será esse fenómeno. No caso do mar, o vento pode funcionar no sentido do nosso sopro, mas mesmo sem vento, como a superfície de água na Terra é enorme, é evidente que teremos sempre muita água a evaporar.). O vapor de água irá subir na atmosfera, e como à medida que se sobe na atmosfera se fica mais frio, o vapor de água irá condensar, formando nuvens. (Se o leitor se estiver a questionar: porque é que quando se sobe na atmosfera se fica mais frio? Está-se mais perto do Sol, logo dever-se-ia ficar mais quente! Está-se mais perto do Sol, mas numa razão insignificante – em cerca de 150 milhões de quilómetros, adicionar dez quilómetros, ou mesmo cem quilómetros, é insignificante. A razão prende-se pelo facto de que ao se subir, o ar torna-se mais rarefeito (a pressão diminui), logo o próprio ar retém menos calor para nos fornecer a nós. Além disso, o mar funciona como uma panela quente. Se aproximarmos as mãos de uma panela com água quente, sentimos o calor, se afastarmos, deixamos de sentir, porque o ar é mau condutor térmico, (nesta analogia, o fogo que aquece a panela é o Sol; a analogia não é perfeita, porque não “simula” o facto de o ar se tornar rarefeito).

    Porque é que chove?

    Ou seja, porque é que a água se lembra de cair “às vezes”, tendo em conta que o que a faz cair, que é a gravidade, está sempre igualmente presente? De certo modo é semelhante a terem um copo com água e começarem a colocar terra (em pó) sobre a água. A terra será capaz de ficar em suspensão na água, no entanto, se continuarem a adicionar terra, chegar-se-á a um ponto em que a tensão superficial da água já não será capaz de manter mais terra, pelo que começarão alguns grãos a mergulhar em direcção ao fundo do copo. Na nuvem passa-se algo de semelhante: há uma densidade crítica de água que a nuvem pode conter (para uma dada temperatura).

Mas já agora: Porque é que chove mais no Inverno que no Verão?

Para além de ser conveniente para o pessoal ir à praia, a verdade é que no verão também chove bastante, a chuva não chega é a cair-nos em cima. Estando o clima muito seco (devido ao calor), a chuva evapora antes de cair no solo.

    E, por fim, a trovoada – de onde vem isso?

    Na verdade, a causa primordial de existirem trovoadas ainda não é bem compreendida. Não quero, por isso, expor as várias teorias que existem, vou limitar-me ao básico: os relâmpagos que podem ver são descargas eléctricas. Para haver uma descarga eléctrica é necessário haver a criação de pólos de cargas diferentes (a criação destes pólos é que tem origem controversa) – sendo que os pólos, como é evidente pelo que vemos, são as nuvens e o solo. O relâmpago ao passar pelo ar tem uma temperatura de cerca de 30 000 ºC, o que conduz a uma maior pressão do ar (como já referido), levando a que o mesmo expanda bruscamente a velocidades que podem até ser superiores à velocidade do som, criando então uma chamada onda de choque – é uma onda “mecânica”, ou seja, é som, por isso ouvimos, e damos-lhe o nome de trovão.

    P.S.: As imagens, claro, são uma ironia.

Marinho Lopes (colaborador do Ciência com Todos e doutorando em Física na U. de Aveiro) - texto primeiramente publicado no Blog do autor: Sophia of Nature.

Ver original em: http://sophiaofnature.wordpress.com/2011/05/31/o-estado-do-tempo/

Fig 1. Estalactite de gelo

    Nas regiões polares, o ar arrefece para temperaturas negativas durante o Inverno, fazendo com que a superfície do mar arrefeça e congele, formando plataformas de gelo. Ao congelar, a água do mar forma uma estrutura cristalina bastante porosa (semelhante a uma esponja) com as moléculas de água, bem diferente dos compactos cubos de gelo que se formam no nosso congelador, a partir de água doce. A água do mar é constituida por moléculas de água (H₂O) e diversos sais que se encontram dissolvidos como o cloreto de sódio (o nosso sal de cozinha), o sulfato e cloreto de magnésio ou o sulfato de cálcio. Estes sais não são incorporados na estrutura cristalina, por isso, à medida que esta se vai formando, estes são expelidos ficando retidos em pequenas bolsas de água no estado líquido dentro da estrutura sólida cristalina. Estas bolsas vão-se tornando cada vez mais salinas e, como se encontram a temperaturas muito baixas, são muito densas, tendo assim tendência para afundar ao longo de diversos canais que se formam dentro da estrutura do gelo. Esta salmoura circula assim em direcção à base da plataforma de gelo, acabando eventualmente por atingir a coluna de água, sobre a qual a plataforma flutua. Quando estes canais estão distribuidos de forma uniforme a plataforma de gelo acaba por crescer um pouco mais, aumentando a sua espessura. Se, por outro lado, o contacto com a água do mar é feito num ponto localizado, pode-se formar uma estalactite de gelo. Por ser muito densa, a salmoura vai continuar a fluir para o fundo. Porém, por ser extremamente fria vai rapidamente arrefecer a água do mar com a qual entra em contacto que, por ter um conteúdo de sais inferior, e por isso um ponto de congelamento inferior, vai congelar.  Forma-se assim um tubo de gelo oco a partir da plataforma de gelo, por onde a salmoura vai continuar a circular em direcção ao fundo, favorecendo o crescimento da estalactite e tornando-a mais resistente. O fluxo de água extremamente fria impede o derretimento do tubo de gelo ao entrar em contacto com água do mar comparativamente mais quente. Se a profundidade não for elevada, não existirem correntes fortes e a plataforma de gelo for estável, a coluna de gelo pode atingir o fundo, sem se partir. Ao tocar nele continua a crescer no sentido descendente de acordo com a topografia do fundo, podendo acabar por formar uma piscina gelada. Estrelas do mar, ouriços e outros animais que habitam os fundos marinhos podem ser apanhados por este “dedo de gelo” mortífero, acabando por congelar.

    Já se sabia da existência destas estalactites de gelo desde os anos 60, mas só em 2011 é que a formação de uma foi filmada. No site abaixo é possível ver um desses videos captado pela BBC. Contudo, é importante ter em conta que o vídeo foi acelerado. Na realidade a coluna de gelo formou-se em cerca de 6 horas.

Pode ver o vídeo explicativo do fenómeno aqui: http://www.bbc.co.uk/nature/15835017

Catarina Leote (doutoranda no Royal Netherlands Institute for Sea Research - texto inédito elaborado para publicação no Ciência com Todos).