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Núcleo Estadual de Educação de Jovens e Adultos
Darcy Vargas
CIÊNCIAS
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O AR
Muitas são as situações do nosso dia-a-dia em que percebemos a presença de ar. Quando sentimos a brisa suave no nosso rosto, quando o vento sopra forte balançando os galhos das árvores, quando respiramos e sentimos o ar entrando e saindo dos nossos pulmões, estamos percebendo a presença do ar.
Não podemos ver o ar nem tocá-lo. Ele é invisível, incolor (não tem cor) e inodoro (não tem cheiro). Mas existe, tem peso e ocupa espaço.
A Atmosfera Terrestre
Quando olhamos para o céu num dia claro, ele nos parece azul. Na verdade é apenas a atmosfera, ou seja, a camada de ar que envolve o planeta em que vivemos.
As camadas da atmosfera, juntas, compõem uma extensão de aproximadamente 1000 km. São elas: troposfera, estratosfera,
mesosfera, termosfera e exosfera. Elas não se distribuem de forma igualitária e sua distância varia de acordo com a densidade dos elementos
químicos que as compõem, de forma que, à medida que se afastam da superfície da Terra, mais rarefeitas elas se tornam.
Troposfera: é a camada mais próxima da crosta terrestre. Nela, encontra-se o ar usado na respiração de plantas e animais. Ela é composta, basicamente, pelos mesmos elementos encontrados em toda a atmosfera, Nitrogênio, Oxigênio e Gás Carbônico. Quase todo o vapor encontrado na atmosfera situa-se na troposfera, que ocupa 75% da massa atmosférica. Chega a atingir cerca de 17 km nas regiões trópicas e pouco mais que 7 km nas regiões polares.
Estratosfera: é a segunda camada mais próxima da Terra. Nela, encontra-se o gás ozônio, responsável pela barreira de proteção dos raios ultravioleta, mais conhecida como Camada de Ozônio. Podendo chegar a até 50 km de altura, a estratosfera é caracterizada por apresentar pouco fluxo de ar e por ser muito estável. Como possui uma pequena quantidade de oxigênio, a estratosfera não é propícia para a presença do homem. Contudo, no dia 14 de Outubro de 2012, o austríaco Felix Baumgartner saltou de uma altura de 39 km, impressionando o mundo todo (porém, para isso, ele precisou de uma roupa especial que garantisse a sua respiração).
Mesosfera: com alturas de até 80km, a mesosfera é caracterizada por ser muito fria, com temperaturas que oscilam em torno dos -100ºC. Sua temperatura, no entanto, não é uniforme em toda sua extensão, uma vez que a parte de contato com a estratosfera é um pouco mais quente, ponto da troca de calor entre as duas.
Termosfera: é a camada atmosférica mais extensa, podendo alcançar os 500 km de altura. O ar é escasso e, por isso, absorve facilmente a radiação solar, atingindo temperaturas próximas a 1000ºC e se tornando, assim, a camada mais quente da atmosfera.
Exosfera: é a camada mais longe da Terra, alcançando os 800 km de altura. É composta basicamente por gás hélio e hidrogênio. Nessa camada não existe gravidade e as partículas se desprendem da terra com facilidade. Nela encontram-se os satélites de dados e os telescópios espaciais.
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De que é feito o ar que respiramos
A matéria pode se apresentar na natureza no estado sólido, líquido e gasoso. O ar se apresenta no estado gasoso, é uma mistura de gases. O gás de maior quantidade é o gás nitrogênio, que forma cerca de 78% do ar. Depois vem o oxigênio com cerca de 21%. O 1% restante inclui argônio, o gás carbônico e outros gases. Esta é a proporção de gases no ar seco. Mas normalmente, há também vapor de água (em quantidade variável) e poeira. Certos gases vindos das indústrias ou de outras fontes podem também estar presentes.
Propriedades do Ar e dos Gases
Uma bexiga cheia de ar tem mais massa que uma bexiga vazia. Por quê?
Porque tem mais ar. O ar tem massa e ocupa espaço. Mas, no caso da bexiga, a diferença de massa é bem pequena e só pode ser medida em balanças bem sensíveis.
A diferença de massa é pequena, porque a densidade do ar é relativamente pequena - muito menor, por exemplo, que a densidade da água.
Agora considere esta situação: você sente um cheiro gostoso de bolo ou outra comida vindo da cozinha. Na realidade, você está sentindo o efeito de gases que saíram do alimento e que estimularam certas partes do seu nariz. Isso acontece devido a uma propriedade do ar e de todos os gases: eles tendem a se espalhar, preenchendo todo o espaço disponível. Por isso, os gases que se desprendem do alimento se espalham pela casa.
Compare os gases com os líquidos: quando você despeja um pouco de água numa garrafa, sem enchê-la, a água se deposita no fundo. Ela não ocupa o volume todo da garrafa. Mas, por outro lado, qualquer que seja a quantidade de ar dentro de uma garrafa, ele estará ocupando todo o espaço da garrafa. O ar, e os gases em geral, ocupam todo o volume do recipiente onde estão. É a propriedade da
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Quando sopramos uma bexiga de aniversário, enchendo-a bem, constatamos que a parede do balão fica bem esticada. Isso acontece devido a outra propriedade do ar e dos gases: eles exercem pressão contra a parede do recipiente que ocupam.
A pressão exercida pelo ar na superfície da Terra chama-se pressão atmosférica. Recebe esse nome porque a atmosfera é a camada de ar que envolve o planeta.
Pressão atmosférica e a altitude
O matemático francês Blaise Pascal (1623-1662) levou um barômetro para o alto de uma montanha. Após muitas observações, medições e anotações, ele verificou que a pressão do ar diminui com a altura. O ar vai ficando rarefeito (diminui a quantidade de moléculas nele presente), gradativamente, conforme aumenta a altitude.
A partir desse e de outros experimentos, os cientistas concluíram que a maioria dos gases está comprimida na parte mais próxima da superfície da Terra e que o ar fica rarefeito conforme a altitude aumenta, até um ponto em que não existe mais ar - esse é o limite da atmosfera de nosso planeta. Os avanços da ciência e da tecnologia têm possibilitado mais conhecimentos sobre a atmosfera.
O nivel do mar é utilizado como referencial quando se deseja calcular a pressão atmosférica. Quanto maior a altitude, mais rarefeito é o ar, e assim, menor é a pressão que ele exerce sobre nós.
Compressibilidade e elasticidade
Observe o que acontece nas etapas do experimento abaixo:
Ao tampar a ponta da seringa e empurrar o êmbolo, o ar que existe dentro da seringa fica comprimido, passando a ocupar menos espaço. Isso ocorre em razão de uma propriedade do ar denominada compressibilidade.
Quando o êmbolo é solto e a força que comprime o ar é cessada, o ar volta a ocupar seu volume inicial. Isso ocorre em razão de uma propriedade do ar chamada elasticidade.
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Tempo e clima
É comum as pessoas confundirem os termos tempo e clima. Afinal, o que significa cada um deles?
O termo tempo corresponde a uma situação de momento. Indica o estado atmosférico em determinado tempo e lugar. Hoje, onde você mora, pode estar chovendo, mas amanhã poderá estar ensolarado. Pela manhã, pode estar muito calor e à tarde todos serem surpreendidos pela chegada de uma frente fria.
O termo clima corresponde ao conjunto de condições atmosféricas que ocorrem com mais freqüência em uma determinada região. Por exemplo, na caatinga, no Nordeste brasileiro, o clima é quente e seco, podendo ocorrer chuvas. Mesmo quando o tempo está chuvoso, o clima permanece o mesmo (quente e seco).
Fatores relacionados à previsão do tempo As nuvens
O tipo de nuvem presente na atmosfera é uma pista para a previsão do tempo. Quando olhamos para o céu e vemos nuvens escuras, geralmente cinzentas, logo achamos que vai chover. A nuvem escura possui gotículas de água tão próximas umas das outras que a luz do Sol quase não consegue atravessá-las. E a chuva pode se formar justamente quando as gotículas se juntam e formam gotas maiores, que não ficam mais suspensas na atmosfera, e caem.
As nuvens podem ficar em diferentes altitudes e variar nas suas formas, que dependem de como a nuvem sobe e da temperatura do ar.
São utilizadas palavras que vieram do latim para descrever os vários tipos de nuvens.
Cirros - Nuvens altas e de cor branca. Cirru significa 'caracol' em latim. Muitas vezes essas nuvens se parecem com cabelos brancos. Podem ser formadas por cristais de gelo.
Cúmulos - Nuvens brancas formando grandes grupos, com aspecto de flocos de algodão. Cumulu, em latim significa 'pilha', 'montão'
Estratos - Formam grandes camadas que cobrem o céu, como se fossem um nevoeiro, e torna o dia nublado.
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Para descrever as nuvens usamos ainda os termos nimbos e altos. Nimbos são nuvens de cor cinza-escuro. A presença de nimbos no seu é sinal de chuva. Nimbos significa 'portador de chuva'. E altos são nuvens elevadas.
Esses dois termos podem ser combinados para descrever os vários tipos de nuvens. Cúmulos-nimbos, por exemplo, são nuvens altas que costuma indicar tempestade.
As Massas de Ar
A massa de ar é um aglomerado de ar em determinadas condições de temperatura umidade e pressão. As massas de ar podem ser quentes ou frias. As quente, em geral, deslocam-se de regiões tropicais e as frias se originam nas regiões polares.
As massas de ar podem ficar estacionadas, em determinado local, por dias e até semanas. Mas quando se movem, provocam alteração no tempo havendo choques entre massas de ar quente e frio: enquanto uma avança, a outra recua.
O encontro entre duas massas de ar de temperaturas diferentes dá origem a uma frente, ou seja, a uma área de transição entre duas massas de ar. A frente pode ser fria ou quente. Uma frente fria ocorre quando uma massa de ar frio encontra e empurra uma massa de ar quente, ocasionando nevoeiro, chuva e queda de temperatura.
E uma frente quente ocorre quando uma massa de ar quente encontra uma massa de ar frio que estava estacionada sobre uma região, provocando aumento da temperatura.
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Os Ventos
O ar em movimento se chama vento. Sua direção e velocidade afetam as condições do tempo. Para se prever quando uma massa de ar chegará a uma determinada localidade, é fundamental conhecer a velocidade dos ventos.
O movimento do ar, em relação à superfície da Terra, pode variar desde a calmaria e falta de vento até a formação de furacões que provocam a destruição em razão de ventos a mais de 120 quilômetros por hora.
A velocidade dos ventos é medida com um aparelho denominado anemômetro, que é, basicamente, um tipo de cata-vento, como se pode ver ao lado.
No anemômetro, as pequenas conchas giram quando o vento bate nelas, fazendo toda a peça rodar. Um ponteiro se movimenta em uma escala graduada, em que é registrada a velocidade do vento.
Nos aeroportos, é comum ver instrumentos, como, por exemplo, a biruta, que é muito simples, usada para verificar a direção do vento. Também podemos encontrar birutas na beira de praias, para orientar pescadores, surfistas etc.
Os aeroportos, atualmente têm torres de controle, nas quais as informações sobre velocidade e direção dos ventos obtidas por instrumentos são processadas por computadores, que fornecem dados necessários para o pouso e decolagem.
Agora vamos pensar: Em dias quentes, à beira-mar, algumas horas depois do amanhecer, pode-se sentir uma brisa agradável vinda do mar. Como podemos explicar isso?
O Sol aquece a água do mar e a terra. Mas a terra esquenta mais rápido que o mar. O calor da terra aquece o ar logo acima dela. Esse ar fica mais quente, menos denso e sobe. A pressão atmosférica nessa região se torna menor do que sobre o mar. Por isso, a massa de ar sobre o mar, mais fria, mais densa e com maior pressão, se desloca, ocupando o lugar do ar que subiu. Então esse ar aquece, e o processo se repete.
O movimento horizontal de ar do mar para a terra é chamado brisa marítima e acontece de dia.
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De noite ocorre o contrário: a terra esfria mais rápido que o mar, já que a água ganha e perde calor mais lentamente que a terra. O ar sobre o mar está mais aquecido (o mar está liberando o calor acumulado durante o dia) e sobe. Então, o ar frio da terra se desloca para o mar. É a brisa terrestre.
Temperatura do Ar
A temperatura do ar é medida por meio de termômetros. Os boletins meteorológicos costumam indicar as temperaturas máxima e mínima previstas para um determinado período.
O vapor de água presente no ar ajuda a reter calor. Assim verificamos que, em lugares mais secos, há menor retenção de calor na atmosfera e a diferença entre temperatura máxima e mínima é maior. Simplificando, podemos dizer que nesses locais pode fazer muito calor durante o dia, graças ao Sol, mas frio à noite como, por exemplo, nos desertos e na caatinga.
Roupas típicas de habitantes do deserto costumam ser de lã, um ótimo isolante térmico, que protege tanto do frio quanto do calor excessivo. Além disso, as roupas são bem folgadas no corpo, com espaço suficiente para criar o isolamento térmico.
Umidade do Ar
A umidade do ar diz respeito à quantidade de vapor de água presente na atmosfera - o que caracteriza se o ar é seco ou úmido - e varia de um dia para o outro. A alta quantidade de vapor de água na atmosfera favorece a ocorrência de chuvas. Já com a umidade do ar baixa, é difícil chover.
Quando falamos de umidade relativa, comparamos a umidade real, que é verificada por aparelhos como o higrômetro, e o valor teórico, estimado para aquelas condições. A umidade relativa pode variar de 0% (ausência de vapor de água no ar) a 100% (quantidade máxima de vapor de água que o ar pode dissolver, indicando que o ar está saturado).
Em regiões onde a umidade relativa do ar se mantém muito baixa por longos períodos, as chuvas são escassas. Isso caracteriza uma região de clima seco.
A atmosfera com umidade do ar muito alta é um fator que favorece a ocorrência de chuva. Quem mora, por exemplo em Manaus sabe bem disso. Com clima úmido, na capital amazonense o tempo é freqüentemente chuvoso.
Como já vimos, a umidade do ar muito baixa causa clima seco e escassez de chuvas.
De acordo com a OMS (Organização Mundial da Saúde), valores de umidade abaixo de 20% oferecem risco à saúde, sendo recomendável a suspensão de atividades físicas, principalmente das 10 às 15horas. A baixa umidade do ar, entre outros efeitos no nosso organismo pode provocar sangramento nasal, em função do ressecamento das mucosas.
No entanto, também é comum as pessoas não se sentirem bem em dias quentes e em lugares com umidade do ar elevada. Isso acontece porque, com o ar saturado de vapor de água, a evaporação do suor do corpo se torna difícil, inibindo a perda de calor. E nosso corpo se refresca quando o suor que eliminamos evapora, retirando calor da pele.
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Quantidade de chuva (Nível pluviométrico)
A quantidade de chuva é medida pelo pluviômetro. Nesse aparelho, a chuva é recolhida por um funil no alto de um tambor e medida em um cilindro graduado.
A quantidade de chuva é medida no pluviômetro em milímetros: um milímetro de chuva corresponde a 1 litro de água por metro
quadrado. Quando se diz, por exemplo, que ontem o índice pluviométrico, ou da chuva, foi de 5 milímetros na cidade de Porto Alegre, significa que se a água dessa chuva tivesse sido recolhida numa piscina ou em qualquer recipiente fechado, teria se formado uma camada de água com 5 milímetros de altura.
Os meteorologistas dizem que a chuva é leve quando há precipitação de menos de 0,5mm em uma hora; ela é forte quando excede os 4mm.
A poluição do ar e a nossa saúde
Como já vimos, a camada de ar que fica em contato com a superfície da Terra recebe o nome de troposfera que tem uma espessura entre 8 e 16 km. Devido aos fatores naturais, tais como as erupções vulcânicas, o relevo, a vegetação, os oceanos, os rios e aos fatores humanos como as indústrias, as cidades, a agricultura e o próprio homem, o ar sofre, até uma altura de 3 km, influências nas suas características básicas.
Todas as camadas que constituem nossa atmosfera possuem características próprias e importantes para a proteção da terra. Acima dos 25 km, por exemplo, existe uma concentração de ozônio (O3) que funciona como um filtro, impedindo a passagem de algumas
radiações prejudiciais à vida. Os raios ultravioletas que em grandes quantidades poderiam eliminar a vida são, em boa parte, filtrados por esta camada de ozônio. A parcela dos raios ultravioletas que chegam a terra é benéfica tanto para a eliminação de bactérias como na prevenção de doenças. Nosso ar atmosférico não foi sempre assim como é hoje, apresentou variações através dos tempos. Provavelmente o ar que envolvia a Terra, primitivamente, era formado de gás metano (CH4), amônia (NH3), vapor d’água e hidrogênio (H2). Com o
aparecimento dos seres vivos, principalmente os vegetais, a atmosfera foi sendo modificada. Atualmente, como já sabemos, o ar é formado de aproximadamente 78% de nitrogênio (N2), 21% de oxigênio, 0,03% de gás carbônico (CO2) e ainda gases nobres e vapor de água. Esta
composição apresenta variações de acordo com a altitude.
Fatores que provocam alterações no ar
A alteração na constituição química do ar através dos tempos indica que o ar continua se modificando na medida em que o homem promove alterações no meio ambiente. Até agora esta mistura gasosa e transparente tem permitido a filtragem dos raios solares e a retenção do calor, fundamentais à vida. Pode-se dizer, no entanto, que a vida na Terra depende da conservação e até da melhoria das características atuais do ar.
Os principais fatores que têm contribuído para provocar alterações no ar são:
A poluição atmosférica pelas indústrias, que em algumas regiões já tem provocado a diminuição da transparência do ar; o aumento do número de aviões supersônicos que, por voarem em grandes altitudes, alteram a camada de ozônio; os desmatamentos, que diminuindo as áreas verdes causam uma diminuição na produção de oxigênio;
as explosões atômicas experimentais, que liberam na atmosfera grande quantidade de gases, de resíduos sólidos e de energia; os automóveis e indústrias, que consomem oxigênio e liberam grandes quantidades de monóxido de carbono (CO) e dióxido de
carbono (CO2).
Todos estes fatores, quando associados, colocam em risco o equilíbrio total do planeta, podendo provocar entre outros fenômenos, o chamado efeito estufa, que pode provocar um sério aumento da temperatura da terra, o que levará a graves conseqüências.
O Efeito Estufa
Graças ao efeito estufa, a temperatura da Terra se mantém, em média, em torno de 15ºC, o que é favorável à vida no planeta. Sem esse aquecimento nosso planeta seria muito frio.
O nome estufa tem origem nas estufas de vidro, em que se cultivam certas plantas, e a luz do Sol atravessa o vidro aquecendo o interior do ambiente. Apenas parte do calor consegue atravessar o vidro, saindo da estufa. De modo semelhante ao vidro da estufa, a atmosfera deixa passar raios de Sol que aquecem a Terra. Uma parte desse calor volta e escapa para o espaço, atravessando a atmosfera, enquanto outra parte é absorvida por gases atmosféricos (como o gás carbônico) e volta para a Terra, mantendo-a aquecida.
No entanto desde o surgimento das primeiras indústrias, no século XVIII, tem aumentado a quantidade de gás carbônico liberado para a atmosfera.
A atmosfera fica saturada com esse tipo de gás, que provoca o agravamento do efeito estufa. Cientistas e ambientalistas têm alertado para esse fenômeno que parece ser a principal causa do aquecimento global.
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O gás carbônico e outros gases permitem a passagem da luz do Sol, mas retêm o calor por ele gerado.
A queima de combustíveis fosseis e outros processos provocam acúmulo de gás carbônico no ar, aumentando o efeito estufa. Por meio da fotossíntese de plantas e algas, ocorre a remoção de parte do gás carbônico do ar.
A poluição do ar é definida como sendo a degradação da qualidade do ar como resultado de atividades diretas ou indiretas que: Prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população;
criem condições adversas às atividades sociais e econômicas; afetem desfavoravelmente a biota (organismos vivos); afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente;
lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais estabelecidos em leis federais [Lei Federal no 6938, de 31 de
agosto de 1981, regulamentada pelo decreto no 88 351/83].
Poluição e sua fonte
Para facilitar o estudo do assunto, identificamos quatro tipos principais de poluição do ar, segundo as fontes poluidoras. Poluição de origem natural: resultante de processos naturais como poeiras, nevoeiros marinhos, poeiras de origem extraterrestre, cinzas provenientes de queimadas de campos, gases vulcânicos, pólen vegetal, odores ligados à putrefação ou fermentação natural, entre outros.
Poluição relacionada aos transportes: resultante da ação de veículos automotores e aviões. Devido a combustão da gasolina, óleo diesel, álcool etc., os veículos automotores eliminam gases como o monóxido de carbono, óxido de enxofre, gases sulfurosos, produtos à base de chumbo, cloro, bromo e fósforo, além de diversos
hidrocarbonetos não queimados. Variando de acordo com o tipo de motor, os aviões eliminam para a atmosfera: cobre, dióxido de carbono, monoaldeídos, benzeno etc.
Poluição pela combustão: resultante de fontes de aquecimento domésticos e de incinerações, cujos agentes poluentes são: dióxido de carbono, monóxido de carbono, aldeídos, hidrocarbonetos não queimados, compostos de enxofre. O anidrido sulfuroso, por exemplo, pode transformar-se em anidrido sulfúrico, e este, em ácido sulfúrico, que precipita juntamente com as águas das chuvas.
Poluição devida às indústrias: resultante dos resíduos de siderúrgicas, fábricas de cimento e de coque, indústrias químicas, usinas de gás e fundição de metais ferrosos. Entre esses resíduos encontram-se substâncias tóxicas e irritantes, poluentes fotoquímicos, poeiras etc. Além da poeira de natureza química, com grãos de tamanho dos mais diferentes, os principais poluentes industriais encontram-se no estado gasoso, sendo que os mais freqüentes são: dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxido de nitrogênio, compostos fluorados, anidrido sulfuroso, fenóis e álcoois de odores desagradáveis.
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Inversão térmica
Um fenômeno interessante na atmosfera é o da inversão térmica, ocasião na qual a ação dos poluentes do ar pode ser bastante agravada. A coisa funciona assim: normalmente, o ar próximo à superfície do solo está em constante movimento vertical, devido ao processo convectivo (correntes de convecção). A radiação solar aquece a superfície do solo e este, por sua vez, aquece o ar que o banha; este ar quente é menos denso que o ar frio, desse modo, o ar quente sobe (movimento vertical ascendente) e o ar frio, mais denso, desce (movimento vertical descendente).
Este ar frio que toca a superfície do solo, recebendo calor dele, esquenta, fica menos denso, sobe, dando lugar a um novo movimento descendente de ar frio.
E o ciclo se repete. O normal, portanto, é que se tenha ar quente numa camada próxima ao solo, ar frio numa camada logo acima desta e ar ainda mais frio em camadas mais altas porém, em constantes trocas por correntes de convecção. Esta situação normal do ar colabora com a dispersão da poluição local.
Na inversão térmica, condições desfavoráveis podem, entretanto, provocar uma alteração na disposição das camadas na atmosfera. Geralmente no inverno, pode ocorrer um rápido resfriamento do solo ou um rápido aquecimento das camadas atmosféricas superiores. Quando isso ocorre, o ar quente ficando por cima da camada de ar frio, passa a funcionar como um bloqueio, não permitindo os movimentos verticais de convecção: o ar frio próximo ao solo não sobe porque é o mais denso e o ar quente que lhe está por cima não desce, porque é o menos denso. Acontecendo isso, as fumaças e os gases produzidos pelas chaminés e pelos veículos não se dispersam pelas correntes verticais. Os rolos de fumaça das chaminés assumem posição horizontal, ficando nas proximidades do solo. A cidade fica envolta numa “neblina” e conseqüentemente a concentração de substâncias tóxicas aumenta muito.
O fenômeno é comum no inverno de cidades como Nova Iorque, São Paulo e Tóquio, agravado pela elevada concentração de poluentes tóxicos diariamente despejados na atmosfera.
BIBLIOGRAFIA:
Valle, Cecilia-Coleção Ciências e Sociedade- Editora Positivo-2005 Cruz, Daniel- Coleção tudo é Ciências- Editora Ática -2007
Paula, Maria da c.Ferreira - Vimieiro, Maria das G.Monteiro – Schwenck,Terezinha do Carmo-Coleção Ciência Ação e transformação- Editora do Brasil-2003.
