Conhecendo a Água: Características Físicas e Químicas

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2 CONHECENDO A ÁGUA
 
Qualquer que seja o tipo de ecossistema aquático pode ser notada a
predominância do elemento água. Embora seja muito familiar a nós, a água
possui características notáveis que a tornam uma substância incomum. Basta
lembrar que, até onde se sabe, água no estado líquido só é encontrada em nosso
planeta, dentro do Sistema Solar (CORDANI & PICAZZIO, 2009). Ela participa de
processos que vão além dos limites desses ecossistemas, atuando de modo
bastante efetivo nos ecossistemas terrestres, onde são importantes, mas não
predominantes (GARRISON, 2010). Graças às suas propriedades químicas e físicas
a água apresenta uma série de características que justificam seu papel decisivo na
natureza. A seguir serão observados alguns aspectos básicos da água,
importantes para entendermos os ecossistemas aquáticos. Embora sejam
aspectos básicos e fundamentais será necessário acessar conhecimentos prévios
relacionados a disciplinas como Química, Física e Biofísica.
 
<Saiba mais início>
Água é um recurso natural importantíssimo, fundamental para a vida e para os
processos que ocorrem no planeta. Para saber mais sobre esse bem renovável e
finito recomenda-se:
SUGUIO, K. Água. Editora Holos. 242 p. 2006.
<Saiba mais fim>
2.1 Características físicas e químicas
2.1.1 A molécula de água
 
Desde nossos primeiros contatos com as Ciências, ainda na educação básica,
aprendemos que a água é quimicamente representada por H2O, ou seja, possui
um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. É, portanto, uma molécula
cujos átomos constituintes estão unidos por ligações químicas. Sua estrutura
molecular é simples (SUGUIO, 2006).
É necessário relembrar aqui os fundamentos das ligações químicas para a
compreensão das propriedades da água. Ligações químicas podem ser entendidas
como relações energéticas entre átomos, fazendo com que eles permaneçam
unidos. Estão baseadas nos elétrons compartilhados ou transferidos entre átomos
(SUGUIO, 2006). No caso da água cada átomo de hidrogênio compartilha elétrons
com o átomo de oxigênio, formando uma ligação covalente (portanto, em uma
mesma molécula de água existem duas ligações covalentes) (Figura 4). Muitas
outras substâncias, como dióxido de carbono (CO2), gás metano (CH4) e oxigênio
(O2), possuem ligações desse tipo (GARRISON, 2010). Tais características
conferem à molécula de água uma forma típica e relativamente fixa (Figura 5),
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podendo ser alterada em situações bem particulares, como será visto adiante.
Seus átomos formam um ângulo típico de cerca de 105º.
 
 
Figura 4: Ligações covalentes e pontes de hidrogênio relacionadas à molécula de
água.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9369/A_7_29.gif
Acessado em 25 de agosto de 2015
 
 
 
Figura 5: Característica da molécula de água.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9812/02_1.jpg
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
Sua configuração tridimensional apresentada acima é, em parte, responsável
outra característica da molécula de água que é ser polar (eletricamente
assimétrica). Vale lembrar que o oxigênio também tem um par de elétrons não
compartilhados, perfazendo um total de 4 pares de elétrons em torno do átomo
de oxigênio (dois pares compartilhados com os átomos de hidrogênio e dois pares
ainda livres). Essa distribuição faz com que a molécula de água tenha uma carga
negativa parcial junto ao átomo de oxigênio e cargas positivas parciais junto aos
átomos de hidrogênio. Isso a define como uma molécula polar, haja vista que, à
semelhança dos imãs, possui extremidades negativa e positiva (GARRISON,
2010). O efeito prático dessa polaridade é que o átomo de oxigênio atrai carga
positiva de outra molécula ou átomo, enquanto os átomos de hidrogênio atraem
cargas negativas de outra molécula ou átomo. Tal dinâmica é importante para a
ação da água como solvente, conforme será comentado mais adiante.
As cargas elétricas positivas e negativas de uma molécula de água podem ser
atraídas por outra molécula de água. No caso, um hidrogênio de uma molécula se
ligaria ao oxigênio de outra molécula, estabelecendo as ligações químicas
chamadas de pontes de hidrogênio (Figura 4), responsáveis por outras
características da água (por exemplo, ponto de ebulição e congelamento)
(GARRISON, 2010), como considerado mais adiante.
Portanto, em função de suas características químicas, as propriedades físicas e
químicas da água são muito diferentes das de muitas outras substâncias, o que a
caracteriza como constituinte fundamental dos seres vivos e dos ecossistemas ao
redor deles.
 
<Observação início>
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Dificilmente poderemos atribuir uma característica química ou física da água a
apenas um fator. Contudo, entender e gravar as características da molécula de
água é um importante ponto de partida para que as demais características e
funções da água sejam compreendidas.
<Observação fim>
 
2.1.2 Capacidade térmica
 
Neste tema um assunto importante é o calor específico, muito útil para
entendermos processos dos ecossistemas aquáticos e terrestres, como é o caso
do ciclo da água. É definido como a quantidade de energia térmica necessária
para elevar a temperatura de uma substância (qualquer) em 1oC (SUGUIO, 2006;
GARRISON, 2010). Cada substância tem seu calor específico próprio, sempre
medido em calorias por grama (veja Tabela 1). Neste contexto, diferentemente do
que é utilizado em Nutrição, uma caloria corresponde à quantidade de calor
necessária para se elevar em 1oC a temperatura de um grama de água pura
(GARRISON, 2010). Seguindo-se o mesmo raciocínio, ao se acrescentar duas
calorias a temperatura irá aumentar em 2oC, três calorias irá aumentar em 3oC, e
assim por diante.
 
Tabela 1: Calor específico de substâncias comuns (Retirado de
Garrison, 2010)
SUBSTÂNCIA
CALOR
ESPECÍFICO em
calorias/grama/oC
Prata 0,06
Granito 0,20
Alumínio 0,22
Álcool (etílico) 0,30
Gasolina 0,50
Acetona 0,51
Água pura 1,00
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Amônia
(líquida)
1,13
 
 
<Observação início>
Vale lembrar que calor e temperatura são assuntos correlatos, porém distintos.
Conforme destacado por Garrison (2010) calor é a energia produzida pela
vibração das moléculas/átomos, sendo medido pela observação de quantas
moléculas estão vibrando e quão rapidamente estão vibrando. Já temperatura é a
resposta que se tem quando o calor entra ou sai da substância. Temperatura é
medida em graus Celsius (oC) ou Fahrenheit (oF).
<Observação fim>
A atenta observação da Tabela 1 permite notar facilmente que a água tem um
calor específico bem maior do que o da prata (um mineral metálico) e granito (um
tipo de rocha), por exemplo. Em termos práticos isso significa que ao receberem
uma pequena quantidade de calor a prata (0,06 caloria) e o granito (0,20 caloria)
já aumentam suas temperaturas em 1oC, enquanto que a água, para variar sua
temperatura no mesmo valor, deve receber uma quantidade bem maior de calor
(1,00 caloria, ou seja, 5 vezes mais do que o granito e cerca de 16 vezes mais do
que a prata). Observe, ainda, que a amônia tem um calor específico maior ainda
do que a água.
 
<Observação início>
Ao esquentarmos água observamos a diferença de calor específico das
substâncias. Secolocarmos uma panela (metal) com água sobre o fogo observa-
se que a panela se aquece em questão de segundos, enquanto a água demora
vários minutos para se aquecer. Isso evidencia a diferença de calor específico
entre a panela e a água dentro dela.
<Observação fim>
 
2.1.3 Densidade
 
Este é um atributo dependente da massa de uma substância e do volume ocupado
por ela. A densidade da água pura é de 1 grama por centímetro cúbico (1g/cm3),
ou seja, se observarmos um cubo com 1 centímetro de lado e cheio de água pura,
a massa essa água será 1 grama (GARRISON, 2010). A exemplo do que
aconteceu com o calor específico, cada substância tem sua densidade. Na prática,
ao confrontarmos dois fluidos (líquido ou gás) ou um fluido e um sólido, com
densidades diferentes o que tiver densidade menor se posicionará em cima e o de
densidade maior embaixo. Por isso o navio flutua na água, por isso as rochas
afundam na água e por isso o óleo sempre fica sobre a água quando colocados em
contato.
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Até a água pode variar sua densidade. Como assim?
Note que a padronização é feita em relação à água pura. No entanto, na natureza,
a água não tem sempre as mesmas características e quase nunca é pura. Basta
notar a água doce dos rios e a água salgada dos oceanos (GARRISON, 2010). De
fato, algumas características da água interferem em sua densidade e, portanto,
afetam seu papel nos ecossistemas.
 
<Observação início>
Considera-se água pura aquela que é totalmente livre de outras substâncias,
sendo representada apenas por H2O, como aquela derivada dos processos de
destilação. A água que bebemos e usamos para higiene, chamada de potável, não
é quimicamente pura, uma vez que possui uma série de substâncias e íons
dissolvidos nela. A ingestão de água extremamente pura pode ser prejudicial à
saúde, pois ela irá retirar sais minerais importantes para o funcionamento do
nosso corpo.
<Observação fim>
 
Uma dessas características é a temperatura. A temperatura afeta a densidade da
água. Considerando-se, ainda, a água pura, se compararmos dois volumes iguais
de água, um com temperatura maior e outro com temperatura menor, as
densidades serão diferentes. O volume com temperatura menor terá densidade
maior (e vice versa) (GARRISON, 2010). Com relação a essa característica a água
nos reserva uma surpresa. Vejamos qual é analisando as quatro afirmações a
seguir:
 
1. A diminuição da temperatura da água aumenta sua densidade;
2. A diminuição da temperatura da água, se chegar a 0oC ou menos, causa seu
congelamento (água se torna sólida);
3. Substâncias em estado sólido costumam ter densidade maior do que a
mesma substância em estado gasoso ou líquido;
4. Substâncias mais densas do que a água líquida afundam;
 
Assim, da análise das afirmativas a) e b) acima depreende-se que a
diminuição da temperatura da água faz com que ela se torne gradativamente
mais densa ao mesmo tempo em que a torna sólida (gelo). O gelo sendo
sólido e frio espera-se que afunde quando colocado em contato com a água
líquida. Pergunta-se: é isso o que você observa em um copo com água e
gelo? De um ponto de vista ambiental, é isso o que se observa no mar que
rodeia a Antártica, repleto de icebergs? (Figura 6) A resposta para ambas as
perguntas é não. Isso porque a água apresenta mais uma de suas
particularidades.
 
 
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Figura 6: Iceberg. Água em estado sólido tem densidade menor do que o estado
líquido.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9291/A_4_6.jpg
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
A água está presente em nosso planeta em três estados físicos (gasoso, líquido e
sólido) que nada mais são do que os reflexos das suas características
físicoquímicas. Ao receber calor a água deixa o estado líquido e se torna gás
(vapor de água). Por outro lado, ao perder calor ela tende a se aproximar de seu
ponto de congelamento (gelo). Ocorre que, contrariando o que ocorre com a
maioria das outras substâncias químicas, o estado sólido da água tem uma
densidade menor do que seu estado líquido (GARRISON, 2010). A maior
densidade da água é atingida quando ela chega por volta dos 4ºC, sendo que, a
partir daí, quanto mais ela se aproxima do zero grau a densidade volta a diminuir.
Isso faz com que o gelo flutue sobre a água sendo esta uma importante
característica para regular a temperatura do planeta e dos ambientes aquáticos
(GARRISON, 2010).
 
<Observação início>
Ao se aproximar do ponto de congelamento cada vez mais o ângulo entre os
átomos de hidrogênio e oxigênio da molécula de água se modificam, saindo dos
originais 105º para até 109º, criando os cristais de gelo. Isso tudo diminui os
espaços existentes de modo que o número de moléculas de água num mesmo
volume diminui (densidade diminui) e por isso seu volume deve aumentar cerca
de 9% (GARRISON, 2010).
<Observação fim>
 
2.1.4 Dissolução
 
A água líquida apresenta outra característica que a torna importante nos meios
naturais, no nosso dia a dia e até mesmo na indústria. É conhecida por sua
grande capacidade de dissolver outras substâncias (processo de solubilização)
formando assim as soluções aquosas. Isso ocorre devido a suas características
químicas (polaridade). Nessa solução o material dissolvido fica representado por
íons, o que aumenta bastante a condutividade elétrica da água (GARRISON,
2010). Vale considerar que a água que está na natureza é, em sua grande
maioria, uma solução aquosa e não água pura. Nela estão dissolvidas diferentes
substâncias que fazem com que a composição dessa solução também varie de
acordo com o local do planeta, os materiais com os quais teve contato, etc. Gases
como O2 e CO2 são comumente encontrados dissolvidos na água, em quantidades
diferentes dependendo do ambiente (GARRISON, 2010).
Costumamos aprender (e dizer) que a água é um solvente universal. De fato ela
pode dissolver uma grande quantidade de substâncias, mas nem todas. Óleos não
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são dissolvidos pela água por mais que sejam agitados. Por outro lado,
substâncias bem mais resistentes como rochas podem ser dissolvidas pela água,
sendo esta, inclusive, a origem do sal marinho (KARMANN, 2009).
 
2.1.5 Tensão superficial
 
Esse curioso fenômeno também resulta das propriedades físicas e químicas da
água. Na água líquida suas moléculas estão em contato o tempo todo fazendo
com que se atraiam mutuamente. Contudo, as moléculas da superfície estão em
contato com outras moléculas apenas em sua parte de baixo e dos seus lados,
uma vez que acima delas existe ar. Essa atração entre as molécula, quando vem
de todos os lados resulta numa força praticamente nula (a força exercida por uma
molécula é anulada pela atração da outra molécula sobre ela). Contudo, na
superfície as moléculas de água não têm a mesma relação com as moléculas do ar
fazendo com que essa região se torne uma superfície mais resistente e, até certo
ponto, elástica (GARRISON, 2010). Entre outros efeitos a tensão superficial da
água permite que alguns seres vivos se apoiem e até vivam sobre ela.
 
2.1.6 Viscosidade
 
È um tema também relacionado às características físico químicas da água e se
refere à resistência presente no momento do fluxo. Quando a água flui, ou seja,
se movimenta, a movimentação de suas moléculas define se a água terá uma
dificuldade maior (menor velocidade) ou menor (maior velocidade). Normalmente
seu aumento está relacionado com a diminuição da temperaturae aumento do
teor de sais dissolvidos (SUGUIO, 2006).
 
2.1.7 Capilaridade
 
Diz respeito à capacidade que a água tem de penetrar em espaços reduzidos
como aqueles existentes nos solos ou nas rochas. Isso permite que ela se
movimente internamente nos materiais e já áreas que não estejam em contato
direto com o maior volume de água do ambiente. Resulta da interação de alguns
fatores ambientais como a composição da solução aquosa, as dimensões do
espaço por onde deve passar, viscosidade, temperatura, entre outras (KARMANN,
2009).
 
<Saiba mais início>
 Para mais detalhes sobre as características físicas e químicas da água não
deixe de assistir ao vídeo “Como tudo funciona – água”, disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=yoEjO7z8d4I
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<Saiba mais fim>
 
2.2 Origem da água
 
A água nos cerca em diversas situações cotidianas sendo fundamental para nossa
existência e para o funcionamento do planeta. Vale lembrar que no estado líquido
está presente apenas na Terra. E isso faz muita diferença. Mas, enfim, qual a
origem da água em nosso planeta? Desde quando ela integra nossa natureza?
A origem desse bem tão precioso não é única definir sua origem ainda é um
assunto bastante controverso. Costuma-se considerar duas prováveis origens,
sendo elas: terrestre e extraterrestre. A primeira se refere à água originada no
próprio planeta enquanto a segunda se refere à água que chegou ao planeta
através de corpos extraterrestre como asteroides (SUGUIO, 2006; KARMANN,
2009).
Quando tratamos da origem terrestre da água é necessário voltarmos ao início do
planeta, quando ele ainda estava em processo de formação. De acordo com os
modelos científicos, a Terra teria se formado há aproximadamente 4 bilhões e 600
milhões de anos (4,6 bilhões de anos) através de um processo chamado acresção
planetária (CORDANI & PICAZZIO, 2009).
 
<Observação início>
O processo da acresção planetária considera que os planetas rochosos do Sistema
Solar teriam se formado através da colisão e fusão de partículas sólidas, ou seja,
asteroides de diferentes tamanhos, com liberação de bastante energia e grande
aumento de temperatura. Assim, enquanto os asteroides não acabaram os
planetas continuaram crescendo.
<Observação fim>
 
 Como resultado a aparência do planeta era de uma imensa esfera de
material em fusão e incandescente, desde a sua superfície até o interior. Aos
poucos, à medida que os impactos de novos asteroides diminuiu, o planeta foi se
resfriando de fora para dentro e sofrendo o processo de desgaseificação
(também chamado de degaseificação por alguns autores). Assim, os gases
contidos no material em fusão foram sendo liberados conforme o material
endurecia, ficando acumulados ao redor da Terra e formando nossa atmosfera
primitiva (CORDANI & PICAZZIO, 2009; KARMANN, 2009; GARRISON, 2010).
Entre esses gases estaria a água na forma de vapor.
 Todo este raciocínio surgiu por analogia a um processo semelhante que
ocorre desde aquela época. Quando o magma extravasa do interior do planeta
pela abertura de um vulcão e chega à superfície terrestre há liberação de gases
contidos no material em fusão (Figura 7), à semelhança do ocorrido durante a
desgaseificação nos primórdios do planeta. Esses gases correspondem a uma rica
combinação de substâncias variadas como monóxido de carbono (CO), dióxido de
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carbono (CO2), nitrogênio (N2), hidrogênio (H2), amônia (CH4), água (H2O), entre
outros (SALGADO-LABOURIAU, 2001; CORDANI & PICAZZIO, 2009; OLIVEIRA et
al., 2009), algo muito semelhante ao que teria existido em nossa atmosfera
primitiva.
 
 
Figura 7: Vulcão liberando gases que irão compor a atmosfera, entre eles muito
vapor de água.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_3744/016.gif
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
<Observação início>
Na década de 1950 o cientista norte americano Stanley Miller realizou um
experimento científico no qual simulava as condições da Terra primitiva e
investigava a possibilidade de surgimento de matéria orgânica a partir de material
inorgânico. Os gases selecionados para representar a atmosfera, entre eles o
vapor de água, indicavam uma atmosfera primitiva bem diferente da atual (Figura
8).
<Observação fim>
 
Figura 8: Experimento de Stanley Miller investigando a composição da atmosfera
primitiva da Terra na geração de moléculas orgânicas.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_3743/8.gif
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
 A partir das evidências apontadas acima é possível entender como vapor
de água se acumulou na atmosfera. Mas como e quando a água líquida chegou à
superfície? A água se manteve na atmosfera na forma de vapor enquanto a
temperatura do planeta esteve alta o suficiente para impedir que houvesse a
condensação (CORDANI & PICAZZIO, 2009; KARMANN, 2009). Conforme
mencionado anteriormente a Terra estava em processo de resfriamento de fora
para dentro, o que atingiu a atmosfera que foi resfriando até o momento (algo
entre 4,4 e 4 bilhões e anos no passado) em que água líquida de formou e as
primeiras gotas de chuva caíram sobre a superfície e puderam infiltrar no solo e
se acumular nas suas depressões formando os primeiros lagos, rios e oceanos
(BALL, 2015). Normalmente a água que se forma por esses meios é chamada de
juvenil (KARMANN, 2009). Há autores que sugerem que essas primeiras chuvas
do planeta tenham caído por cerca de 20 milhões de anos em grande quantidade
e de maneira incessante (GARRISON, 2010).
 Ao longo dos anos de pesquisa científica foram surgindo evidências de que
os corpos rochosos que vagam no espaço (isto é, asteroides e cometas) e chegam
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até a superfície da Terra contêm pequenas e variadas quantidades de água em
sua composição (MARLY, 2012). Cometas são formados por gases congelados e
entre esses gases pode haver vapor de água. Os asteroides, por sua vez, são
materiais sólidos de natureza rochosa ou metálica e podem conter água na forma
de minerais hidratados (KARMANN, 2009). Esta corresponderia à origem
extraterrestre da água no planeta, embora seja difícil calcular a exata contribuição
dessa fonte para o planeta (MARLY, 2012). Vale lembrar, entretanto, que a Terra
foi formada pela colisão e fusão de asteroides e que durante muito tempo sofreu
com os impactos frequentes desses corpos. Sendo assim, esta pode ter sido uma
importante fonte de água do planeta (GENDA & IKOMA, 2008; MARLY, 2012).
 
<Saiba mais início>
 Uma boa fonte de informações sobre a origem do planeta e de seus
constituintes é o documentário “Construindo o planeta Terra”, disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=MPATtHrY1AM
<Saiba mais fim>
 
 Há estimativas de que o volume de água do planeta tem se mantido
praticamente o mesmo há bilhões de anos (KARMANN, 2009). Esta informação
merece destaque pelo fato de se referir ao volume total de água (vapor, líquida e
sólida) e não apenas a água líquida. Parece certo, de acordo com os registros
geológicos, que a Terra passou por momentos de mais calor ou de mais frio e isso
tudo altera o estado físico da água (SALGADO-LABOREAU, 2001; TEIXEIRA et al.,
2009). No entanto há uma diferença importante entre alterar o estado físico e
desaparecer com a água (ou destruí-la). Nos períodos em que a Terra esteve mais
quente a cobertura de gelo diminuiu (o gelo derreteu) e a água líquidafoi
transformada em vapor. Por outro lado, em momentos mais frios a cobertura de
gelo aumentou na superfície do planeta (FAIRCHILD, 2009). Repare que isso é
diferente de destruir a molécula de água e usar seus átomos fundamentais para
compor outras moléculas.
 Por fim, mas não menos importante, ocorrem em nosso planeta alguns
processos que trabalham com a geração e destruição de água. Os principais são
as reações da fotossíntese e da respiração (Figura 9). Na primeira há consumo e
destruição de água e gás carbônico para fabricação de carboidratos, oxigênio e
mais água. Na segunda, água e carboidrato são degradados para formação de
mais água e gás carbônico (KARMANN, 2009).
 
 
Figura 9: Relação entre fotossíntese e respiração.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9655/53.gif
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
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<Observação início>
O microbiologista holandês C. Van Niel, em 1932, foi responsável por
investigações iniciais a respeito da fotossíntese, sendo famoso seu experimento
com sulfobactérias onde comparou o processo desenvolvido por elas à
fotossíntese, o que permitiu identificar a quebra da molécula de água e
consequente liberação de oxigênio.
<Observação fim>
 
2.3 Água no planeta
2.3.1 Diversidade
 
No item 3 foi apresentada a origem da água em nosso planeta. Mas quais as
condições em que essa água se apresenta? Os primeiros corpos de água já tinham
as mesmas características de hoje em dia? Para responder a essas e outras
questões temos que fazer analogias com os processos equivalentes que ocorrem
hoje em dia. A chuva é resultado de um processo de condensação do vapor de
água da atmosfera e posterior aglutinação das pequenas gotas formadas (Figura
10) (SALGADO-LABOURIAU, 2001; KARMANN, 2009).
 
 
Figura 10: Formação das nuvens a partir da condensação do vapor de água.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_12290/05.png
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
O vapor é água em estado gasoso e livre de sais ou outras substâncias. Quando
condensa resulta em água pura, a qual em seu trajeto até a superfície do planeta
acaba incorporando gases ou partículas sólidas dispersas na atmosfera. Ao chegar
à superfície tem características de uma solução levemente ácida, estando longe de
ser uma água salgada ou salobra. Portanto, fica fácil perceber que os primeiros
oceanos não eram formados por águas salgadas. De fato, os corpos d’água do
início do planeta continham apenas água doce (KARMANN, 2009). Contudo, a
realidade atual é outra.
Na natureza a água pode ser encontrada em três condições no que diz respeito à
salinidade. Podemos encontrar água com baixíssima salinidade (próxima de zero),
chamada de água doce, formando os rios e a maioria dos lagos. Águas com
salinidade intermediária, chamada de salobra, formando lagunas, alguns lagos e
regiões de estuário. Por fim temos a água com salinidade alta, chamada de
salgada ou marinha, encontrada nos oceanos ao redor do mundo (GARRISON,
2010).
 
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<lembrete início>
Dependendo da área de estudo a representação da salinidade pode ser feita
usando-se a unidade partes por mil (%O) ao invés de partes por cem
(porcentagem, %), isso porque as variações observadas na casa de 0,1% são
bastante significativas, por exemplo, na Oceanografia.
<lembrete fim>
 
2.3.2 Definição da Salinidade
 
A salinidade da água é definida pela concentração de sólidos inorgânicos
presentes. Nos oceanos atuais pode variar entre 3,3% e 3,7% (média é de 3,5%)
dependendo de fatores como evaporação, precipitação (chuva, por exemplo) e
chegada de água doce pelos rios. É o equivalente a se dizer que cada litro da água
do mar contém cerca de 35 gramas de sal. Regiões com altas taxas de
evaporação possuem maior salinidade, enquanto seu valor diminui em áreas mais
frias e com aporte de água doce. A água menos salina do planeta é encontrada no
Golfo da Finlândia, no Mar Báltico. É possível que alguns corpos d’água tenham
salinidade maior que a média (por exemplo, Mar Morto), mas representam
exceções (GARRISON, 2010).
 
<Observação início>
A evaporação de toda a água dos oceanos deixaria uma gigantesca cobertura de
sal em nossa superfície. Estimativas apontam que toda a superfície ficaria debaixo
de uma camada de mais de 40 metros de sal (GARRISON, 2010).
<Observação fim>
 
 Apenas sete íons correspondem a 99% de todo material dissolvido na
água. Destaque para os íons cloreto (Cl-) e sódio (Na+) que se combinam quando
a água evapora, formando o cloreto de sódio ou sal de cozinha (NaCl) (Figura 11)
(GARRISON, 2010).
 
 
Figura 11: Representação dos íons (cloro e sódio) dissolvidos na água.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9812/08.jpg
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
Além dos íons considerados componentes principais dos oceanos é possível
encontrarmos nutrientes, gases (por exemplo, O2, CO2, N2, H2), compostos
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orgânicos (por exemplo, lipídios, proteínas, carboidratos, hormônios, vitaminas) e
elementos traço (aqueles que apresentam concentrações inferiores a 1 parte por
milhão – ppm; por exemplo Mn, Pb, Hg, Au, I, Fe). (GARRISON, 2010).
Mas qual a origem desses sólidos dissolvidos, levando-se em conta que a chuva é
de água doce? Para essa resposta é necessário lembrarmos-nos da capacidade
solvente da água. Durante os bilhões de anos em que a chuva tem caído no
planeta ela escorre e se infiltra por rochas e solos de composição bastante
variada. Muitos dos minerais que formam essas rochas são solúveis em água,
liberando íons que irão fazer parte da composição da solução aquosa (GARRISON,
2010). Sempre que a água possui um fluxo (movimentação) se desloca das áreas
mais altas para as mais baixas carregando consigo os íons dissolvidos. Os oceanos
representam exatamente essas áreas mais baixas e a água sai deles apenas por
evaporação, deixando para trás os íons (principalmente cálcio e bicarbonato).
Contudo, estudos tem demonstrado que a composição média das águas dos
oceanos não combina exatamente com a composição média das águas dos rios
que desembocam nos oceanos. Sendo assim, a salinidade tem outra fonte além
daquela já descrita. Estudos apontam que o processo de desgaseificação que
ocorre desde os primórdios do planeta contribui com a liberação de alguns
compostos e elementos químicos (por exemplo, CO2, Cl, S, H) do manto terrestre,
os quais completariam a composição da água salgada observada atualmente
(GARRISON, 2010). Assim, dia após dia, desde o início das chuvas no planeta, a
salinidade tem sido definida.
Era de se esperar, no entanto, que pela quantidade de tempo envolvido nesse
processo (bilhões de anos) a salinidade fosse maior do que a observada. No
entanto, a natureza tem mecanismos que retiram o sal da água do mar e o deixa
armazenado em rochas e minerais (TEIXEIRA et al., 2009; WICANDER &
MONROE, 2009). Esse fenômeno pode ser visto ocorrendo atualmente nas
margens do Mar Morto, cobertas por depósitos de sal.
 
2.3.3 Gases dissolvidos
 
 Nos ambientes aquáticos as características químicas da água são
importantes para definir os processos biogeoquímicos. Parte dessas características
é dada pelos gases atmosféricos que se dissolvem nas águas superficiais de rios,
lagos e oceanos. Os gases mais abundantes nas águas marinhas são o nitrogênio,
oxigênio e dióxido de carbono. Deve ser mencionadoque características físicas da
água como temperatura e densidade afetam sobremaneira a solubilidade dos
gases (GARRISON, 2010).
 
<Observação início>
A temperatura das águas é decisiva para a definição da solubilidade dos gases.
Águas polares possuem maior volume de gases dissolvidos do que as águas
tropicais.
<Observação fim>
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 Entre os gases mais abundantes o Nitrogênio aparece no topo da lista.
Essencial aos seres vivos (faz parte das proteínas, por exemplo), está presente
em grande concentração na atmosfera (aproximadamente 78%) e também de
maneira saturada nas camadas superiores dos oceanos (cerca de 48% dos gases
dissolvidos). Contudo, sua utilização pela maioria dos seres vivos não ocorre de
maneira direta, dependendo de sua fixação em substâncias químicas por seres
vivos específicos como bactérias. Em segundo lugar, o Oxigênio corresponde a
cerca de 36% dos gases dissolvidos nas águas dos oceanos. Além de ser
assimilado a partir da própria atmosfera o oxigênio resulta da fotossíntese de
algas, cianobactérias e vegetais (GARRISON, 2010).
Por sua vez o dióxido de carbono é muito solúvel em água e corresponde a
aproximadamente 15 dos gases dissolvidos. Vale destacar que ele pode-se
combinar com a água formando o ácido carbônico, pode ser rapidamente usado
pelas plantas em seu crescimento e pode formar o íon carbonato que dará origem
a minerais (calcários) e pode ser usado por animais para construir suas carapaças
e conchas, o que faz com que a quantidade sempre esteja abaixo daquela que
poderia estar. Ainda assim, existe mais dióxido de carbono dissolvido nos oceanos
do que na atmosfera (GARRISON, 2010).
 Levando-se em conta os ciclos biogeoquímicos que envolvem O2 e CO2
pode ser observado que seu comportamento na água, sobretudo oceânica, é bem
diferente. Como o O2 é originado pela fotossíntese as camadas mais superficiais
da água, local de vida dos seres fotossintetizantes, são as mais ricas nesse gás,
que diminui de quantidade em partes mais profundas. Já com o CO2 ocorre o
inverso. Como ele é um composto muito usado pelos seres fotossintetizantes sua
concentração é pequena nas águas oceânicas superficiais e aumenta em direção
ao fundo, onde há poucos seres que irão consumi-lo (GARRISON, 2010).
 
2.3.4 Balanço ácido base
 
 Com exceção da água pura, as demais apresentam desequilíbrio em suas
proporções de íons hidrogênio (H+) e hidróxido (OH-), tornando-se ácida ou
básica. A água marinha é, na maioria das vezes, levemente alcalina (pH 7,8).
Esse valor depende, sobremaneira, da solubilidade do CO2 e, conforme visto no
item anterior, ela pode variar com a profundidade e a temperatura da água, por
exemplo. Sendo assim o pH da água dos oceanos também varia nesses termos,
podendo variar entre 7,0 e 8,5 (GARRISON, 2010).
 
<Observação início>
Água ou solução quando é ácida possui excesso de íons H+, e quando é básica
(também chamada alcalina) possui excesso de íons OH-, o que pode ser medido
pela escala de pH, sendo pH 7 considerado neutro.
<Observação fim>
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 Por sua vez, as águas continentais tem pH variando entre 6,0 e 8,0,
embora valores mais extremos possam ser encontrados. A influenciar essa
variação estão os ácidos orgânicos (por exemplo ácido sulfúrico, nítrico, oxálico)
resultantes da decomposição da matéria orgânica nos continentes ou na própria
água. Exemplos brasileiros de áreas com águas ácidas (podendo chegar a 4,0) são
a Amazônia, as áreas de restinga no litoral e regiões com turfeiras. Nesses locais
a água tem a cor de chá típica, resultante também do tanino presente na
vegetação decomposta (ESTEVES, 2011).
 Corpos d’água com grande alcalinidade (podendo chegar a 8,9) se
desenvolvem em locais onde as condições de decomposição de matéria orgânica
não são muito desenvolvidas, em regiões com precipitação menor do que a
evaporação, em regiões continentais muito influenciadas pelo mar (lagunas) e em
regiões com relevo cárstico que inclui cavernas (ESTEVES, 2011).
<Observação início>
Basta uma ida à loja de aquário e peixes ornamentais para constatar que cada
espécie necessita de um pH ideal para viver. Tal fato é reflexo do pH específico do
local original de vida desses animais.
<Observação fim>
 
Comunidades biológicas em corpos d’água de qualquer parte do planeta
apresentam grande interação com o pH. As comunidade interferem no pH, bem
como o pH interfere no desenvolvimento e funcionamento destas comunidades. O
pH atua diretamente nos processos de permeabilídade da membrana celular,
interferindo, portanto, no transporte iônico intra e extra celular e entre os
organismos e o meio (ESTEVES, 2011).
 
2.4 Distribuição da água no planeta
 
Sem pensarmos em um ecossistema específico podemos avaliar como a água está
distribuída em nosso planeta. Primeiro é preciso lembrar que ela pode se
apresentar na forma de vapor, gelo ou líquido. Especificamente para esta última
condição, devemos considerar também sua salinidade. Em seguida deve-se
considerar todos os possíveis reservatórios de água da hidrosfera (SUGUIO &
BIGARELLA, 1990). O resultado está sintetizado na figura 12.
 
 
Figura 12: Relação dos reservatórios de água da hidrosfera e as respectivas
porcentagens.
(c)
Acessado em 28 de setembro de 2015
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Logo de cara é possível observar a supremacia da água salgada (97%) sobre a
água doce (Figuras 12 e 13) (SUGUIO & BIGARELLA, 1990). Vale lembrar que os
oceanos são o lar de incontáveis espécies e desempenham papel fundamental no
controle da temperatura do planeta. Contudo, para os ecossistemas terrestres e
para a maioria das atividades humanas ela não pode ser usada diretamente. O
volume relativamente pequeno e a importância da água doce para a humanidade
fazem desse um recurso natural precioso e ameaçado.
 
Figura 13: Mapa mundi evidenciando o predomínio de água salgada no planeta.
Distribuição dos oceanos também representada.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_9639/150.2.gif
Acessado em 28 de setembro de 2015
 
Levando-se em conta o volume total de água, a pequena porcentagem de água
doce (Figura 12) ainda assim representa um grande volume. No entanto, a água
doce não está apenas nos rios e lagos. Pelo contrário, cerca de 99% de toda água
doce está aprisionada na forma de geleiras e água subterrânea. Concluindo-se a
análise é possível observar que apenas 1% de toda a água doce líquida da
superfície está nos rios (Figura 12) (SUGUIO & BIGARELLA, 1990). Ainda assim
esse corresponde a um grande volume.
A Organização Mundial da Saúde (OMS), órgão da Organização das Nações Unidas
(ONU), estima cerca de 1500 m3/habitante/ano de água doce como a quantidade
mínima para cada ser humano manter um nível confortável de saúde e higiene. Se
for feito o cálculo repartindo-se sobre toda a água doce líquida do planeta pela
estimativa da população mundial, pode-se observar facilmente que essa meta é
superada em muitos metros cúbicos, havendo cerca de 6500 m3/habitante/ano
(HIRATA et al., 2009). Por que, então, ainda hoje em dia são comuns cenas de
escassez de água em diferentes partes do mundo como o nordeste brasileiro e
algumas regiões africanas (Figura 14)?
 
Figura 14: Realidade do nordeste brasileiro submetido a condições de estiagem.
http://www.objetivo.br/conteudoonline/imagens/conteudo_447/12.jpg
Acessado em 28 de setembro de2015
 
Para a compreensão desses cenários de seca deve-se levar em conta o fato de
que a existência de um grande volume de água doce líquida no planeta não
significa que ela está distribuída de forma igual por todos os continentes e nem
por todos os países. A água doce, que se apresenta na forma de rios, lagos e
aquíferos, depende de uma série de variáveis que incluem desde condições
climáticas, passando por relevo e indo até a porosidade das rochas da região. Por
exemplo, grande parte da região sudeste brasileira apresentou diminuição dos
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seus reservatórios de água doce líquida na metade da segunda década do século
XXI devido a variações climáticas que causaram diminuição das chuvas, fazendo
com que grande parte da população tivesse seu acesso à água limitado pelas
autoridades (HIRATA et al., 2009).
 
<Saiba mais início>
 A ANA – Agência Nacional de Águas é um órgão do governo que tem como
missão “implementar e coordenar a gestão compartilhada e integrada dos
recursos hídricos e regular o acesso a água, promovendo seu uso sustentável em
benefício das atuais e futuras gerações.” Em seu site estão disponíveis várias
publicações sobre o tema. Vale a pena conferir em:
http://www2.ana.gov.br/Paginas/imprensa/Publicacoes.aspx
<Saiba mais fim>
 
Apenas a conjunção de condições ótimas poderá garantir à localidade ou região o
aporte de água necessário para atingir as metas da OMS. Além disso, questões
culturais, algumas delas milenares, fazem com que existam populações de seres
humanos vivendo nas áreas em que sabidamente há pouca água disponível.
 Situações de escassez como as mencionadas acima dependem de ações
governamentais ou de mobilização da sociedade civil para que sejam contornadas,
levando mais qualidade de vida às populações na forma de água potável e
irrigação, por exemplo. Existem muitos casos pelo mundo (HIRATA et al., 2009),
mas um exemplo brasileiro merece atenção. A região nordeste do Brasil sofre
sabidamente com a estiagem duradoura, especialmente em sua região semiárida.
Medidas mitigadoras sugeridas envolvem a transposição das águas do Rio São
Francisco. Essa é uma ideia, embora apenas recentemente tenha sido colocada
em prática, circula na sociedade brasileira desde a metade do século XIX
(CRISPIM & WATANABE, 2000).
Ao longo do século XX algumas medidas governamentais (criação de órgãos e
programas para lidar com a questão da seca) foram realizadas, embora os
resultados tenham ficado aquém das expectativas e a vida pouco mudou no
Semiárido (CASTRO, 2011). Na primeira década do século XXI teve início o
desenvolvimento de um projeto que visa garantir água a cerca de 12 milhões de
habitantes até 2025, em vários estados do nordeste. Trata-se do Projeto de
Integração do Rio São Francisco com as Bacias Hidrográficas do Nordeste
Setentrional, popularmente conhecido como Projeto de Transposição do Rio São
Francisco (CASTRO, 2011).
Exercício 1:
Com relação à característica química da água podemos dizer que os átomos de
hidrogênio e oxigênio de uma mesma molécula se ligam através de:
 
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A)
pontes de hidrogênio
 
B)
ligações fosfodiéster
 
C)
pontes de hidrogênio
 
D)
ligações polares
 
E)
ligações apolares
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Exercício 2:
Com base na capacidade térmica da água podemos considerar correto que:
 
A)
a água nunca se congela
 
B)
ao se resfriar, a água se torna gasosa
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C)
a água não tem capacidade de armazenar temperatura
 
D)
a água se aquece e se resfria lentamente
 
E)
ao se aquecer, a água se torna sólida
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