Uma parte da água da chuva que cai no solo infiltra-se até encontrar uma camada de solo impermeável, formando uma grande extensão de água sub- terrânea que se chama lençol de água (também chamado de lençol freático) e que fica armazenada no subsolo, em formações geológicas chamadas aquí- feros. A exploração desta água subterrânea (através de poços, por exemplo) é essencial para nós, humanos.
Nesta atividade experimental do Lab in a Box (LiB), vamos simular lençóis de água e aquíferos usando materiais muito simples e investigar como ocorre a formação e recarga destas estruturas pela água da chuva.
Objetivos de Aprendizagem
› Compreender que a água das chuvas se infiltra no solo, dando origem a lençóis de água e aquíferos no interior da terra (debaixo dos nossos pés);
› Compreender como as águas subterrâneas contribuem para as águas superficiais (riachos, rios, lagos);
› Compreender a importância das plantas e dos solos no armazenamento e transporte de águas subterrâneas;
› Compreender os impactos de enchentes, secas e atividades humanas no movimento da água subterrânea;
› Aprender que modelos simplificados da realidade são uma base útil para testar hipóteses;
› Aprender a formular e testar hipóteses, descrever e discutir resultados;
› Aprender o conceito de “Condição experimental”.
Como se formam as reservas de água
subterrânea?
Como é que a ação humana interfere com
a água subterrânea?
Disciplina e Currículo Estudo do Meio
DOMÍNIO:
À descoberta do ambiente natural.
SUBDOMÍNIO:
Aspetos físicos do meio.
45 min
5 grupos (sugestão)
Palavras-chave Ciclo da água Precipitação Chuva Infiltração Solo
Água subterrânea Lençol de água Lençol freático Aquífero
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1º ciclo
O ciclo da água
A água ocupa grande parte da superfície ter- restre e é um elemento essencial à vida no nosso planeta. Pode apresentar-se em 3 esta- dos: líquido, sólido e gasoso. A água no estado líquido pode encontrar-se em ribeiras e rios, lagos e lagoas, mares e oceanos, e também nos chamados lençóis de água e aquíferos, que são acumulações de água no subsolo, isto é, debai- xo dos nossos pés.
O ciclo da água é o processo que move a água pelo planeta através do solo, do céu e dos ocea- nos. Nesta viagem, para além de mudar de lu- gar, a água também muda continuamente de estado, e tudo graças à energia do Sol.
Se começarmos a viagem de uma gota de água no mar, podemos imaginar o calor do Sol a aquecer a água e a transformá-la em vapor de água (evaporação). Na atmosfera as baixas temperaturas a elevadas altitudes arrefecem o vapor de água que se trans- forma em minúsculas gotas (gotículas) de
água que formam as nuvens (condensação).
As gotículas juntam-se, vão ficando cada vez maiores e quando as nuvens se encontram muito carregadas de água forma-se a precipi- tação e as gotas caem sob a forma de chuva ou, se estiver mesmo muito frio, granizo ou neve (solidificação). Por sua vez, a água que cai vai alimentar as fontes, os rios, os mares, comple- tando assim o seu ciclo (ver Figura 1).
Infiltração da água no solo
A precipitação (chuva, neve ou granizo) alimen- ta as fontes, os rios e os mares diretamente ou caindo primeiro no solo. Parte da água que cai no solo escoa pela superfície (por exemplo, montanha abaixo, até um curso de água, às ve- zes causando alagamentos ou inundações) ou, se o solo for suficientemente poroso, parte da Figura 1. Esquema ilustrativo do ciclo da água.
Um pouco
de Ciência
água infiltra-se e é absorvida. Dependendo de fatores como a quantidade de precipitação, a topografia do local, o tipo de solo e a vegetação presente à superfície, a água absorvida pelo solo sofre 3 destinos possíveis: pode evaporar- -se; pode ser absorvida pelas raízes das plantas e eventualmente voltar à atmosfera por meio da transpiração; ou pode continuar a infiltrar-se nos solos e nas rochas, através dos seus poros, fissuras e fraturas (escoamento subterrâneo), até encontrar uma camada impermeável de solo. Esta reserva de água subterrânea decor- rente da infiltração da água da chuva no solo é chamada de lençol de água, ficando arma- zenada no subsolo, em formações geológicas chamadas aquíferos.
Esta água subterrânea não flui como um rio subterrâneo. Em vez disso, fica armazenada e move-se lentamente. Esta circulação subterrâ- nea lenta da água da chuva permite ao solo fun- cionar como um filtro (percolação) que protege a qualidade da água, pois a água vai perdendo resíduos sólidos e outras impurezas à medida que passa pelos poros e fissuras do solo. Todos os dias estas reservas subterrâneas de água doce permitem a obtenção de água para usos domésticos, industriais e inúmeras outras ativi- dades essenciais às nossas vidas.
O nível da água – ou nível freático – nestes reser- vatórios varia, dependendo da quantidade de água que entra ou é descarregada do aquífero:
aumenta nos períodos chuvosos e diminui nos períodos de seca (ou porque a água é extraída).
Para além disso, a porosidade do solo e a vege- tação podem permitir a infiltração de uma maior ou menor quantidade de água. Por exemplo, a chuva que cai no telhado de uma casa, num pátio de cimento ou numa estrada de alcatrão não é facilmente absorvida; as copas das árvo- res de uma floresta densa protegem o solo da chuva intensa; por outro lado o coberto florestal e as raízes potenciam a infiltração e filtração de água no solo, contribuindo para alimentar o lençol de água e quando estão plantadas nas margens de rios, lagos, represas ou nascentes, ajudam a impedir a entrada de poluentes nos cursos de água.
Os ambientalistas têm vindo a alertar-nos para os graves problemas ecológicos que as ações humanas colocam aos lençóis freáticos. São muitos os fatores de declínio dos lençóis freá- ticos: desde a contaminação da água subter- rânea pela indústria, por compostos químicos usados na agricultura, pelo excesso de lixo, pela construção excessiva ou em locais que amea- çam a integridade ou recarga destas reservas, até ao aumento da erosão do solo causada pela desflorestação.
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1º ciclo
Descrição da Atividade
1. Divida a turma em 5 grupos de trabalho (sugestão). Discuta com a tur- ma a primeira pergunta principal desta atividade: como se formam as re- servas de água subterrânea? De onde vem essa água? Peça aos alunos para pensarem e oferecerem as suas hipóteses. Explore com os alunos o facto da água debaixo dos nossos pés ter origem na precipitação (chuva, neve). Introduza o tema do ciclo da água, da infiltração da água da chuva nos solos, dos lençóis de água (freáticos) e aquíferos, da contribuição das águas subterrâneas e da vegetação para o ciclo da água. Pode partilhar informação incluída na secção Um Pouco de Ciência.
2. Discuta com a turma a segunda pergunta principal que queremos res- ponder com esta atividade: como é que a ação humana interfere com a água subterrânea? Isto é, como é que o que fazemos à superfície interfere com a quantidade e a qualidade da água infiltrada no solo? Peça aos alu- nos para oferecerem as suas hipóteses. Introduza o conceito de “hipóte- se científica” - uma suposição/explicação/previsão, baseada em conheci- mento ou observações anteriores, que pode ser testada numa experiência para se verificar se é verdadeira ou não (exemplo de hipótese: o lixo que fazemos suja a água da chuva que depois fica guardada nos solos). Será que conseguem imaginar uma experiência para testar as suas hipóteses?
Como não é fácil imaginar como se formam e funcionam as águas subter- râneas, nesta experiência os alunos vão ser desafiados a construir os seus próprios modelos de solos com lençois freáticos, na sala de aula. Utilizando estes modelos, os alunos irão simular a queda de água da chuva em di- ferentes condições experimentais (solo normal, em seca, com coberto ve- getal, impermeabilizado, poluído) e investigar e visualizar os processos do ciclo da água que acontecem no subsolo, debaixo dos nossos pés. Esta simulação ajudará a mostrar de onde vem a água que consumimos, como a água subterrânea é armazenada e como a atividade humana acima do solo pode afetar as reservas de água.
› 1 garrafa de plástico transparente 1,5 L
› pedaço de filtro de café de papel
› elástico
› esferas de argila expandida, gravilha ou pedras de aquário
› areia grossa
› solo fértil
› 1 copo com pequenos orifícios (“regador”)
› Ficha 2.3 – Registo de Hipóteses
› Ficha 2.3 – Mini-Conferência
› 2 garrafas com 1,5 L de água (não incluído na caixa LiB)
› 1 proveta graduada
› 5 copos para medir (300 ml)
› 1 copo para medir ( 200 ml)
› ervas cortadas (não incluído na caixa LiB)
› tampas de plástico usadas
› corante alimentar
› detergente em pó
Material
(por grupo)
(por turma)
mentos deste protocolo. Descreva à turma a ideia geral da experiência e as condições diferentes que irão testar.
3. Explique aos alunos que irão construir vários modelos de um solo com lençol de água para tentar responder a estas perguntas. O modelo 1 irá investigar como um lençol de água se forma quando chove (controlo); o modelo 2 irá investigar um lençol de água em situação de seca; os mo- delos 3, 4 e 5 irão investigar como diferentes coberturas do solo naturais ou afetadas pela atividade humana (coberto vegetal, construção de casas e estradas, poluentes, erosão, etc.) afetam os lençóis de água. Para isso, depois de terminada a construção do modelo, cada grupo vai fazer cair
“chuva” no solo do seu modelo e analisar a quantidade e a qualidade da água no seu lençol de água.
4. Distribua, ou peça a cada grupo para ir buscar o material do kit Lab in a Box correspondente a esta atividade. Divida o material destinado a cada grupo pelas suas mesas de trabalho e disponha o material de uso comum numa mesa central à vista da turma.
5. Construção do modelo-base. Cada grupo de alunos irá usar uma garra- fa de plástico transparente, usada, pré-lavada e pré-cortada transversal- mente em 2 porções: a porção A com cerca de 15 cm de altura (contendo o gargalo) e a porção B (contendo o fundo). Devem dispor as porções da garrafa de acordo com a Figura 2.
6. O passo seguinte consiste em selar (parcialmente) o gargalo da garra- fa usando um pedacinho de filtro de café e um elástico (ver Figura 2A). A colocação do filtro vai permitir encher a parte A da garrafa com diferentes camadas do solo sem impossibilitar a passagem da água para o reserva- tório (B), que simboliza as reservas do lençol de água.
7. Todos os 5 grupos de alunos devem montar o mesmo modelo básico de solo e reservatório para o lençol de água, adicionando, sucessivamente, de baixo para cima: ½ copo (de 200 ml) de esferas de argila expandida, gravilha ou pedras de aquário; 1 copo de areia grossa; e ¹⁄₃ de copo de solo fértil (ver Figura 2B). Ao longo da construção do modelo vá observando e ajudando os vários grupos com as perguntas e dificuldades que forem surgindo.
Figura 2. Construção e montagem do modelo de lençol de água. A. Construção.
1. Garrafa transparente. 2. Pedaços A e B da garrafa. 3. Modelo sem filtro.
4. Correta instalação do filtro e elástico. 5. Modelo com filtro. B. Montagem (da esquerda para a direita): primeiro colocam-se as esferas de argila, de seguida a areia e finalmente a mistura de solo fértil para plantas.
A
B 1
2
3 5
4
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1º ciclo
gradualmente o copo de água em cima do copo com furos/regador. Quando todos os grupos de trabalho estiverem prontos, assinale o início da chuva, para que caia simultaneamente nos vários modelos. Nota: é importante mover o copo para que chova sobre todo o modelo.
14. Quando todos os grupos tiverem terminado, peça aos alunos para usar um marcador ou uma etiqueta para assinalar o nível 1 do lençol de água (altura da água no recipiente B) em cada modelo.
15. Se tiver tempo de aula, repita os passos 13 a 15 (medir água, verter no copo com furos e deixar chover) e peça aos alunos para assinalar o nível 2 do lençol de água em cada modelo. Notar se o lençol de água subiu, agora que a chuva voltou a cair sobre o modelo.
16. Mini-Conferência Científica: É importante que cada grupo partilhe re- sultados e ideias com o resto da turma. Recapitule a experiência e discuta com os vários grupos da turma o que observaram com a chuva ao cair so- bre os modelos, e as semelhanças e diferenças entre os vários modelos de solo. Interpele os alunos para que descrevam o que acham que aconteceu.
As suas hipóteses estavam corretas ou erradas? Explique à turma que os bons cientistas não são necessariamente aqueles que estão “certos” mais vezes, ou que propõem mais hipóteses corretas. Mesmo quando concluí- mos que a nossa hipótese estava errada, o que aprendemos ao testá-la é valioso, porque nos ajuda a pensar e testar outras hipóteses em expe- riências futuras, que se calhar vão estar certas! Que conclusões se podem tirar da experiência? Um representante de cada grupo anota as principais conclusões na ficha Mini-Conferência do Caderno de Laboratório.
17. Explique o que aconteceu, partilhando a explicação fornecida na sec- ção Resultados Esperados. Conclua a aula, revendo com os alunos os ob- jetivos de aprendizagem.
18. No fim da experiência os alunos devem lavar, secar e arrumar o mate- rial de volta no kit Lab in a Box.
8. Quando todos os modelos-base estiverem prontos, explique que para se testar hipóteses é necessário testar diferentes detalhes, a que se cha- mam condições. Por isso, nesta experiência, o modelo 1 (controlo) vai ser igual ao modelo 2, mas no modelo 2 vai cair menos quantidade de chuva (metade). Por sua vez, os modelos 3, 4 e 5 vão receber a mesma quantida- de de chuva que o modelo 1 mas vão estar cobertos à superfície por um componente extra, à escolha dos alunos.
9. Peça a cada grupo, à excepção dos grupos 1 e 2, para ir buscar compo- nentes à escolha à mesa central e adicionar em cima da camada de solo fértil do respetivo modelo um dos componentes extra disponíveis - por ex.
erva, tampas de plástico, corante alimentar ou detergente em pó.
10. Depois de terminada a construção do modelo, cada grupo vai fazer cair “chuva” no seu modelo e analisar a quantidade e qualidade da água no seu lençol de água (no reservatório B). O modelo 1 será o controlo (a nossa referência).
11. Pergunte e discuta com os alunos de cada grupo o que acham que vai acontecer em cada modelo do solo: Será que a água da chuva vai ficar à superfície, vai escoar, ou vai infiltrar-se no solo? Qual será o modelo de lençol freático com mais água? Qual será o lençol freático com água de melhor qualidade (menos suja, mais transparente)? Se tiver tempo (e/ou a capacidade da turma o permitir), distribua por cada grupo a ficha Registo de Hipóteses do Caderno de Laboratório* e peça a cada grupo para ano- tar na ficha as suas previsões (hipóteses) para cada condição.
12. Peça a um aluno de cada grupo, à exceção do grupo 2, para se dirigir à mesa central e medir (com a sua ajuda) cerca de 300 ml de água (1 copo de medida). O aluno do grupo 2 mede apenas 150 ml (½ copo de medida). Peça a cada aluno para trazer esses copos para a mesa de trabalho do grupo.
13. Um aluno de cada grupo irá segurar o copo com furos (o “regador”) sobre o modelo, enquanto, para simular a chuva, outro aluno irá verter
*Nota: o/a professor/a pode customizar esta e outras fichas usando o modelo fornecido no website Lab in a Box (labinabox.pt).
Ao cair sobre os vários modelos de solo, a água da “chuva” deverá infil- trar-se no solo e começar a encher o lençol de água até um certo nível. Os alunos devem continuar a adicionar a mesma quantidade de chuva até que se forme um lençol de água com alguns centímetros de profundidade no modelo 1 (controlo). Comparando a quantidade e qualidade da água nos modelos que diferem apenas na composição da sua camada mais su- perficial, os alunos poderão ver como é que o que o tipo de cobertura do solo e o que fazemos à superfície afeta a água subterrânea quando chove.
O modelo 1 (controlo) deverá ser aquele com o nível freático mais alto. No modelo 2, que procura simular uma situação de seca, com apenas meta- de da quantidade de precipitação que caiu na condição controlo (modelo 1), o lençol freático deverá ter cerca de metade da altura. No modelo com erva cortada (que procura simular vegetação natural), a previsão é que, tal como as zonas de coberto vegetal retêm alguma chuva, parte da água poderá permanecer na superfície e demorar mais tempo a infiltrar-se no solo, resultando na formação mais lenta de um lençol de água e com um nível mais baixo. No modelo com plástico (um material impermeabilizante, que procura simular uma grande área urbana, com prédios e/ou estradas), é de prever que o plástico dificulte a absorção de água pelo solo, de novo resultando num nível freático mais baixo e acumulando mais água à su- perfície (i.e. inundação). No caso de modelos com corante e detergente em pó (que simulam poluentes), para além de diferenças no nível freático, a maior diferença deverá ser a menor qualidade da água, devido à contami- nação por estes poluentes (outros “poluentes” a testar poderiam ser, por exemplo, óleo alimentar ou purpurinas).
Porque é que isto é relevante?
As águas subterrâneas são um recurso natural imprescindível para a vida do ser humano e para a integridade dos ecossistemas. São utilizadas para água potável nas nossas casas, nas escolas e também para irrigação na agricultura e em várias indústrias essenciais. Contudo, apenas 3% da água na Terra é água doce e as águas subterrâneas nos solos, que representam a quase totalidade de reservas de água doce exploráveis do planeta, cons- tituem menos de 1%!
Infelizmente, muitos fatores têm afetado negativamente o ciclo normal de carga e recarga dos lençóis de água: desde secas ou enchentes cada vez mais intensas e devastadoras causadas pelas alterações climáticas, à in- tensificação das diversas formas de ocupação e atividades humanas - ur- banas, agrícolas e industriais. Alguns dos mais graves problemas causa- dos pela atividade humana são a impermeabilização de grandes áreas e a extração excessiva das nossas reservas de água potável; outro problema é a diminuição da qualidade da água, devido à contaminação dos solos e cursos de água com poluentes.
O trabalho “Chuva debaixo dos meus pés”, do projeto Lab in a Box, do Instituto Gulbenkian de Ciência, está licenciado com uma Licença Creative Commons - Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.
labinabox.pt
8/81º ciclo
O que pode correr “mal” na experiência?
PROBLEMA POSSÍVEL CAUSA/EXPLICAÇÃO POSSÍVEL SOLUÇÃO
Nível do lençol de água do modelo 1 (controlo)
muito baixo. › Volume de chuva insuficiente.
› Solo pouco poroso.
› Adicionar mais água a cada modelo (50 ou 100 ml).
› Utilizar um solo mais poroso.
(adicionar mais gravilha, por exemplo)
Nível do lençol de água do modelo 1 (controlo)
muito alto. › Demasiada chuva.
› Solo demasiado poroso.
› Deixar escoar toda a água. Repetir com menos água.
› Utilizar um solo menos poroso.
(adicionar mais areia, por exemplo) Muitas vezes, mesmo sendo extremamente cuidadosos e rigorosos, as
nossas experiências podem ter resultados diferentes do que espera- mos, por ser tão difícil controlar todos os fatores/condições.
