A água é um poderoso isolante. Quando a água é aquecida ou resfriada, sua temperatura muda mais lentamente que outros líquidos. Essa resistência a ganhar ou perder calor é devida ao alto calor específico da água. Por causa da estrutura molecular singular e de ligação da água, o calor precisa primeiro quebrar as ligações de hidrogênio entre as moléculas, em vez de imediatamente acelerar as moléculas e assim aumentar sua temperatura. Isso permite que a água sirva como um “dissipador de calor”; ela absorve calor sem mudanças rápidas de temperatura, o que ajuda a proteger os organismos aquáticos de grandes oscilações de temperatura.

Photosynthesis
Figura 5: Fotossíntese. O processo de fotossíntese requer energia luminosa, água e dióxido de carbono (CO2) como recursos para a planta. Nos cloroplastos da folha verde e tecidos do caule, a planta utiliza esses três recursos para produzir glicose e oxigênio. A equação química para a fotossíntese é o oposto da respiração: 6CO2 + 6 H2O + light = C6H12O6 + 6O2 1

O alto calor específico da água permite que grandes massas de água absorvam calor significativo durante o verão sem um rápido aumento na temperatura da água. À noite, grandes massas de água esfriam muito pouco, proporcionando uma temperatura relativamente estável, e durante o inverno a liberação gradual de calor da água aquece o ar, dando às áreas costeiras um clima “marítimo” mais ameno. A moderação da temperatura da água é vitalmente necessária para as plantas e animais que vivem em ecossistemas aquáticos e marinhos.

A água é necessária para muitas reações químicas necessárias à vida. É um componente-chave, por exemplo, no metabolismo – ou na série de reações químicas que permitem que os organismos vivam, cresçam e se reproduzam. O tipo e propósito de cada processo metabólico é único, mas a fotossíntese (ver Figura 5) é um exemplo bem conhecido. Neste processo, as plantas usam energia radiante do sol e dióxido de carbono (CO2) ) da Atmosfera, e água do solo para produzir energia química na forma de açúcar (glicose, C6,H12O6). As plantas liberam oxigênio (O2) como subproduto da fotossíntese. O oxigênio em nossa atmosfera permite que plantas, animais e micro-organismos vivam e submetam-se a respiração celular. A principal fonte deste oxigênio vital são as moléculas de água que são absorvidas pelas raízes das plantas. Você aprenderá mais sobre a importância da fotossíntese no Capítulo 3 sobre energia.

Questões a considerar

  • Imagine como o suprimento de água doce em sua comunidade será modificado por um clima mais quente. Que efeito isso teria na disponibilidade de água em sua comunidade?
  • Imagine que o suprimento de água potável em sua comunidade ficou tão poluído que perdeu boa parte de sua solvência. Que efeito isso teria sobre o uso da água em sua comunidade?
  • Que propriedades da água a tornam essencial para a vida na Terra?

O Ciclo Hidrológico

A mudança física de água do estado sólido para líquido e então para gasoso é a base do ciclo hidrológico (ver Figura 6). A ciclagem da água da Terra é regida pela evaporação, transpiração, precipitação e escoamento superficial. Cada processo envolve não apenas a mudança do estado físico da água, mas também seu transporte e armazenamento temporário.

O Ciclo Hidrológico
Figura 6: O Ciclo Hidrológico. 2

Olhando adiante

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Muitas tradições religiosas usaram o ciclo hidrológico de chuvas, inundações e secas para retratar – em histórias míticas – a experiência espiritual de passar da oportunidade, através do sofrimento e sacrifício, para a abundância.

O ciclo hidrológico e os processos que o gerenciam são essenciais para purificar a água e distribuí-la pela Terra. O ciclo hidrológico começa quando a água líquida é convertida em vapor de água gasosa através de um dos dois processos.

Evapotranspiration
Figura 7: Evapotranspiração. 3

O primeiro processo é a evaporação, em que o calor do sol e a energia eólica convertem a água líquida para seu estado menos denso e gasoso. A segunda é a transpiração ou a perda de vapor de água diretamente das plantas. Quando conjugados, os dois processos são chamados de evapotranspiração (veja a Figura 7). Quando a água salgada evapora, somente moléculas de água doce pura se tornam vapor, deixando o sal mineral para trás.

A radiação solar aquece a superfície da Terra, causando a evaporação da umidade no ar. À medida que o ar quente, úmido e menos denso sobe para a Atmosfera, ele esfria e então condensa esse vapor de água em pequenas gotas de água líquida ou cristais de gelo que visualizamos como nuvens. Uma nuvem permanece no céu até que a força da gravidade exceda a capacidade da Atmosfera de sustentá-la. A precipitação pode ser líquida (chuva), sólida (neve, gelo) ou uma mistura dos dois estados, dependendo da temperatura do ar e da pressão.

Olhando adiante

looking_ahead

A água tem “valor intrínseco”. Este é um valor para “seu próprio bem”. Você já pode ver o alto valor das propriedades únicas da água e seu papel no ciclo hidrológico.

Os níveis mais altos de evaporação ocorrem nos oceanos da Terra, especialmente perto do equador, onde o aquecimento solar é mais intenso, enquanto as maiores quantidades de precipitação ocorrem sobre as massas de terra. Nos oceanos, mais água é perdida através da evaporação do que é retornada através da precipitação. Em terra, mais água é obtida através da precipitação do que é perdida por evaporação. O fluxo superficial e o armazenamento temporário de água da chuva em aquíferos e águas superficiais mantêm os níveis de água no oceano e em terra relativamente constantes ao longo do tempo.

A frequência com que a água se move através do ciclo hidrológico depende do seu estado físico e lugar em qualquer momento. A água se move mais rapidamente como vapor de água na Atmosfera. A água não fica muito tempo na Atmosfera; o tempo médio de retenção do vapor de água atmosférico é de nove dias. O tempo de retenção das águas superficiais armazenadas nos lagos é muito maior, de seis a sete anos, em média. Em alguns grandes lagos profundos, o tempo de retenção é maior que 10.000 anos. A água armazenada no subsolo em aquíferos movimenta-se lentamente e também tem um tempo de retenção muito longo. A água de muitos aquíferos subterrâneos pode levar milhares de anos para retornar ao oceano. 

Análise Detalhada

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Saiba mais sobre o ciclo da água e sua conexão com a sustentabilidade assistindo Sustainability: Water, um vídeo patrocinado pela National Science Foundation e pela NBC Learn.

A maior parte da água doce é armazenada em geleiras e calotas polares, formadas por padrões climáticos de longo prazo. Nosso aquecimento global está derretendo e liberando essa água mais intensamente que o normal, alterando os padrões hidrológicos naturais. Já encontramos esse problema no estudo de caso do Ganges que abriu este capítulo. O fenômeno da mudança climática será amplamente explorado no Capítulo 6.

Alguma flutuação na precipitação é uma parte comum do ciclo hidrológico, e pode causar secas periódicas ou inundações. Durante períodos de seca, a água armazenada em corpos com longos períodos de retenção (por exemplo, campos de neve, lagos, rios, aquíferos) pode complementar a oferta escassa. Durante as inundações, a água pode se tornar tão abundante que os ecossistemas naturais são danificados ou destruídos.