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Manual de Curso de licenciatura em Ensino de Geografia – 2o ano Hidrogeografia G0140 Universidade Católica de Moçambique Centro de Ensino a Distância Direitos de autor (copyright) Este manual é propriedade da Universidade Católica de Moçambique, Centro de Ensino à Distância (CED) e contém reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução deste manual, no seu todo ou em partes, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (electrónicos, mecânico, gravação, fotocópia ou outros), sem permissão expressa de entidade editora (Universidade Católica de Moçambique Centro de Ensino à Distância). O não cumprimento desta advertência é passível a processos judiciais. Universidade Católica de Moçambique Centro de Ensino à Distância - CED Rua Correira de Brito No 613-Ponta-Gêa Moçambique - Beira Telefone: 23 32 64 05 Cel: 82 50 18 44 0 Fax:23 32 64 06 E-mail: ced@ucm.ac.mz Website: www.ucm.ac.mz Agradecimentos A Universidade Católica de Moçambique - Centro de Ensino à Distância e o autor do presente manual, dr. Edson Feniche José Húo, gostariam de agradecer a colaboração dos seguintes indivíduos e instituições na elaboração deste manual: Pela maquetização e revisão final Heitor Simão Mafanela Simão Elaborado Por: dr. Edson Feniche José Húo Licenciado em Ensino de Geografia pela Universidade Pedagógica – Beira Colaborador do Curso de Licenciatura em Ensino de Geografia no CED Coordenação, Maquetização e Revisão Final: dr. Heitor Simão Mafanela Simão Licenciado em Ensino de Geografia pela Universidade Pedagógica – Beira Mestrando em Ciências e Sistemas de Informação Geográfica Coordenador do Curso de Licenciatura em Ensino de Geografia no CED Hidrogeografia G0140 i Índice Visão geral 1 Bem-vindo a Hidrogeografia ......................................................................................... 1 Objectivos do curso ....................................................................................................... 1 Quem deveria estudar este módulo ................................................................................ 2 Como está estruturado este módulo................................................................................ 2 Ícones de actividade ...................................................................................................... 3 Acerca dos ícones ........................................................................................ 3 Habilidades de estudo .................................................................................................... 3 Precisa de apoio? ........................................................................................................... 4 Tarefas (avaliação e auto-avaliação) .............................................................................. 4 Avaliação ...................................................................................................................... 5 Unidade I 7 Introdução a Hidrogeografia .......................................................................................... 7 Introdução ............................................................................................................ 7 Sumário ....................................................................................................................... 12 Exercícios.................................................................................................................... 13 Unidade II 15 Regimes hídricos e processos de formação .................................................................. 15 Introdução .......................................................................................................... 15 Sumário ....................................................................................................................... 21 Exercícios.................................................................................................................... 22 Unidade III 23 Propriedades físicas das águas naturais ........................................................................ 23 Introdução .......................................................................................................... 23 Sumário ....................................................................................................................... 38 Exercícios.................................................................................................................... 39 Unidade IV 40 Propriedades químicas das águas naturais .................................................................... 40 Introdução .......................................................................................................... 40 Sumário ....................................................................................................................... 51 Exercícios.................................................................................................................... 52 Unidade V 53 As bases dos processos de formação dos reservatórios aquáticos ................................. 53 Introdução .......................................................................................................... 53 Hidrogeografia G0140 ii Sumário ....................................................................................................................... 56 Exercícios.................................................................................................................... 56 Unidade VI 57 As leis básicas dos movimentos das águas ................................................................... 57 Introdução .......................................................................................................... 57 Sumário ....................................................................................................................... 63 Exercícios.................................................................................................................... 64 Unidade VII 65 A circulação das águas na natureza .............................................................................. 65 Introdução .......................................................................................................... 65 Sumário ....................................................................................................................... 70 Exercícios.................................................................................................................... 71 Unidade VIII 72 A influência dos processos hídricos sobre as condições naturais .................................. 72 Introdução .......................................................................................................... 72 Sumário ....................................................................................................................... 77 Exercícios.................................................................................................................... 78 Unidade IX 79 Os recursos hídricos na terra ........................................................................................ 79 Introdução .......................................................................................................... 79 Sumário ....................................................................................................................... 81 Exercícios.................................................................................................................... 81 Unidade X 82 A hidrografia dos glaciares .......................................................................................... 82 Introdução ..........................................................................................................82 Sumário ....................................................................................................................... 89 Exercícios.................................................................................................................... 90 Unidade XI 91 O balanço do gelo e da água nos glaciares ................................................................... 91 Introdução .......................................................................................................... 91 Sumário ....................................................................................................................... 97 Exercícios.................................................................................................................... 98 Unidade XII 99 Os reservatórios aquáticos especiais - águas subterrâneas ............................................ 99 Introdução .......................................................................................................... 99 Hidrogeografia G0140 iii Sumário ..................................................................................................................... 114 Exercícios.................................................................................................................. 115 Unidade XIII 116 Os movimentos das águas subterrâneas...................................................................... 116 Introdução ........................................................................................................ 116 Sumário ..................................................................................................................... 124 Exercícios.................................................................................................................. 125 Unidade XIV 126 A hidrografia dos rios ................................................................................................ 126 Introdução ........................................................................................................ 126 Sumário ..................................................................................................................... 136 Exercícios.................................................................................................................. 137 Unidade XV 138 Regime hídrico dos rios ............................................................................................. 138 Introdução ........................................................................................................ 138 Sumário ..................................................................................................................... 141 Exercícios.................................................................................................................. 142 Unidade XVI 143 A hidrografia dos lagos.............................................................................................. 143 Introdução ........................................................................................................ 143 Sumário ..................................................................................................................... 148 Exercícios.................................................................................................................. 149 Unidade XVII 150 A hidrografia dos pântanos ........................................................................................ 150 Introdução ........................................................................................................ 150 Sumário ..................................................................................................................... 153 Exercícios.................................................................................................................. 154 Unidade XVIII 155 Oceano mundial ........................................................................................................ 155 Introdução ........................................................................................................ 155 Sumário ..................................................................................................................... 157 Exercícios.................................................................................................................. 157 Unidade XIX 159 Os diferentes oceanos do mundo................................................................................ 159 Introdução ........................................................................................................ 159 Hidrogeografia G0140 iv Sumário ..................................................................................................................... 161 Exercícios.................................................................................................................. 162 Unidade XX 163 As propriedades físicas das águas oceânicas .............................................................. 163 Introdução ........................................................................................................ 163 Sumário ..................................................................................................................... 168 Exercícios.................................................................................................................. 169 Unidade XXI 170 Propriedades químicas das águas oceânicas ............................................................... 170 Introdução ........................................................................................................ 170 Sumário ..................................................................................................................... 172 Exercícios.................................................................................................................. 172 Unidade XXII 174 Os movimentos das águas oceânicas .......................................................................... 174 Introdução ........................................................................................................ 174 Sumário ..................................................................................................................... 178 Exercícios.................................................................................................................. 178 Unidade XXIII 179 Acção das águas marítimas e o aproveitamento económico do oceano mundial ......... 179 Introdução ........................................................................................................ 179 Sumário ..................................................................................................................... 185 Exercícios.................................................................................................................. 185 Unidade XIV 186 A poluição dos oceanos e mares ................................................................................ 186 Introdução ........................................................................................................ 186 Sumário ..................................................................................................................... 188 Exercícios.................................................................................................................. 188 Hidrogeografia G0140 1 Visão geral Bem-vindo a Hidrogeografia O material apresenta-nos pressupostos que se relacionam com a hidrosfera, no que se refere as águas superficiais (oceanos), as águas subterrâneas e as águas consolidadas (glaciares). Sobre os oceanos, nos proporcionara conhecimentos sobre os oceanos no seu todo, isto é, o seu conceito, suas divisões, suas características e o seu aproveitamento económico; sobre asaguas subterrâneas dar- nos-á pressupostos relativo as suas características gerais; e finalmente sobre os glaciares a bagagem será também em torno das suas características e a importância destes na manutenção do equilíbrio térmico da terra. Objectivos do curso Quando terminar o estudo de Hidrogeografia será capaz de: Objectivos Conceitualizar a Hidrogeografia; Descrever as propriedades físicas e químicas das águas; Debruçar sobre a circulação da água na natureza; Caracterizar os oceanos; Demonstrar a importância económica dos oceanos; Descrever os mecanismos de poluição dos oceanos; Caracterizar o litoral moçambicano; Caracterizar as águas subterrâneas; Explicar o processo de contaminação das águas subterrâneas; Caracterizar os glaciares; Descrever a importância dos glaciares na manutenção do equilíbrio térmico. Hidrogeografia G0140 2 Quem deveria estudar este módulo Este Módulo foi concebido para todos aqueles estudantes que queiram ser professores da disciplina de Geografia, que estão a frequentar o curso de Licenciatura em Ensino de Geografia, do Centro de Ensino a Distancia. Estendese a todos que queiram consolidar os seus conhecimentos sobre a Hidrogeografia. Como está estruturado este módulo Todos os módulos dos cursos produzidos pela Universidade Católica de Moçambique - Centro de Ensino a Distância encontram-se estruturados da seguinte maneira: Páginas introdutórias Um índice completo. Uma visão geral detalhada do curso / módulo, resumindo os aspectos-chave que você precisa conhecer para completar o estudo. Recomendamos vivamente que leia esta secção com atenção antes de começar o seu estudo. Conteúdo do curso / módulo O curso está estruturado em unidades. Cada unidade ncluirá uma introdução, objectivos da unidade, conteúdo da unidade incluindo actividades de aprendizagem, um summary da unidade e uma ou mais actividades para auto-avaliação. Outros recursos Para quem esteja interessado em aprender mais, apresentamos uma lista de recursos adicionais para você explorer. Estes recursos podem incluir livros, artigos ou sites na internet. Tarefas de avaliação e/ou Auto-avaliação Tarefas de avaliação para este módulo encontram-seno final de cada unidade. Sempre que necessário, dão-se folhas individuais para desenvolver as tarefas, assim como instruções para as completar. Estes elementos encontram-se no final do modulo. Comentários e sugestões Esta é a sua oportunidade para nos dar sugestões e fazer comentários sobre a estrutura e o conteúdo do curso / módulo. Os seus comentários serão úteis para nos ajudar a avaliar e melhorar este curso / modulo. Hidrogeografia G0140 3 Ícones de actividade Ao longo deste manual irá encontrar uma série de ícones nas margens das folhas. Estes icones servem para identificar diferentes partes do processo de aprendizagem. Podem indicar uma parcela específica de texto, uma nova actividade ou tarefa, uma mudança de actividade, etc. Acerca dos ícones Os ícones usados neste manual são símbolos africanos, conhecidos por adrinka. Estes símbolos têm origem no povo Ashante de África Ocidental, datam do século 17 e ainda se usam hoje em dia. Habilidades de estudo Durante a formação, para facilitar a aprendizagem e alcançar melhores resultados, implicará empenho, dedicação e disciplina no estudo. Isto é, os bons resultados apenas se conseguem com estratégias eficazes e por isso é importante saber como estudar. Apresento algumas sugestões para que possa maximizar o tempo dedicado aos estudos: Antes de organizar os seus momentos de estudo reflicta sobre o ambiente de estudo que seria ideal para si: Estudo melhor em casa/biblioteca/café/outro lugar? Estudo melhor à noite/de manhã/de tarde/fins de semana/ao longo da semana? Estudo melhor com música/num sítio sossegado/num sítio barulhento? Preciso de um intervalo de 30 em 30 minutos/de hora a hora/de duas em duas horas/sem interrupção? É impossível estudar numa noite tudo o que devia ter sido estudado durante um determinado período de tempo; Deve estudar cada ponto da matéria em profundidade e passar só ao seguinte quando achar que já domina bem o anterior. É preferível saber bem algumas partes da matéria do que saber pouco sobre muitas partes. Deve evitar-se estudar muitas horas seguidas antes das avaliações, porque, devido à falta de tempo e consequentes ansiedade e insegurança, começa a ter-se dificuldades de concentração e de memorização para organizar toda a informação estudada. Para isso torna-se necessário que: Organize na sua agenda um horário onde define a que horas e que matérias deve estudar durante a semana; Face ao tempo livre que resta, deve decidir como o utilizar produtivamente, decidindo quanto tempo será dedicado ao estudo e a outras actividades. É importante identificar as ideias principais de um texto, pois será uma necessidade para o estudo das diversas matérias que compõem o curso: A colocação de notas nas margens pode ajudar a estruturar a matéria de modo que seja mais fácil identificar as partes que está a estudar e Pode escrever conclusões, exemplos, vantagens, definições, datas, nomes, pode também utilizar a margem para colocar comentários seus relacionados com o que está a ler; a melhor altura para sublinhar é imediatamente a seguir à compreensão do texto e não depois de uma primeira leitura; Hidrogeografia G0140 4 Utilizar o dicionário sempre que surja um conceito cujo significado desconhece; Precisa de apoio? Caro estudante, temos a certeza que por uma ou por outra situação, o material impresso, lhe pode suscitar alguma duvida (falta de clareza, alguns erros de natureza frásica, prováveis erros ortográficos, falta de clareza conteudística, etc). Nestes casos, contacte o tutor, via telefone, escreva uma carta participando a situação e se estiver próximo do tutor, contacteo pessoalmente. Os tutores têm por obrigação, monitorar a sua aprendizagem, dai o estudante ter a oportunidade de interagir objectivamente com o tutor, usando para o efeito os mecanismos apresentados acima. Todos os tutores têm por obrigação facilitar a interacção, em caso de problemas específicos ele deve ser o primeiro a ser contactado, numa fase posterior contacte o coordenador do curso e se o problema for de natureza geral. Contacte a direcção do CED, pelo número 825018440. Os contactos só se podem efectuar, nos dias úteis e nas horas normais de expediente. As sessões presenciais são um momento em que você caro estudante, tem a oportunidade de interagir com todo o staff do CED, neste período pode apresentar duvidas, tratar questões administrativas, entre outras. O estudo em grupo com os colegas é uma forma a ter em conta, busque apoio com os colegas, discutam juntos, apoiemse mutuamente, reflictam sobre estratégias de superação, mas produza de forma independente o seu próprio saber e desenvolva suas competências. Tarefas (avaliação e auto- avaliação) O estudante deve realizar todas as tarefas (exercícios, actividades e autoavaliação), contudo nem todas deverão ser entregues, mas é importante que sejam realizadas. As tarefas devem ser entregues antes do período presencial. Para cada tarefa serão estabelecidos prazos de entrega, e o não cumprimento dos prazos de entrega, implica a não classificação do estudante. Os trabalhos devem ser entregues ao CED e os mesmos devem ser dirigidos ao tutor\docentes. Podem ser utilizadas diferentes fontes e materiais de pesquisa, contudo os mesmos devem ser devidamente referenciados, respeitando os direitos do autor. Hidrogeografia G0140 5 O plagiarismo deve ser evitado, a transcrição fiel de mais de 8 (oito) palavras de um autor, sem o citar é considerado plagio. A honestidade, humildade científica e o respeito pelos direitos autoriais devem marcar a realização dos trabalhos. Avaliação Você será avaliadodurante o estudo independente (80% do curso) e o período presencial (20%). A avaliação do estudante é regulamentada com base no chamado regulamento de avaliação. Os trabalhos de campo por ti desenvolvidos, durante o estudo individual, concorrem para os 25% do cálculo da média de frequência da cadeira. Os exames são realizados no final da cadeira e durante as sessões presenciais, eles representam 60%, o que adicionado aos 40% da média de frequência, determinam a nota final com a qual o estudante conclui a cadeira. A nota de 10 (dez) valores é a nota mínima de conclusão da cadeira. Nesta cadeira o estudante deverá realizar 3 (três) trabalhos, 2 (dois) testes e 1 (exame). Algumas actividades práticas, relatórios e reflexões serão utilizados como ferramentas de avaliação formativa. Durante a realização das avaliações, os estudantes devem ter em consideração a apresentação, a coerência textual, o grau de cientificidade, a forma de conclusão dos assuntos, as recomendações, a identificação das referências utilizadas, o respeito pelos direitos do autor, entre outros. Os objectivos e critérios de avaliação estão indicados no manual. consulteos. Hidrogeografia G0140 7 Unidade I Introdução a Hidrogeografia Introdução Nesta unidade iremos discutir sobre a Hidrogeografia, seu conceito, objecto de estudo, o percurso histórico e noções de hidrosfera no cômputo geral. É necessário que para o estudo de uma ciência iniciemos de antemão com os conhecimentos de base de modo que o estudante da disciplina saiba o que lhe espera. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Conceituar a Hidrogeografia; Identificar o seu objecto de estudo; Descrever o seu percurso histórico; e Descrever de modo geral a hidrosfera. Conceito e objecto de estudo da Hidrogeografia “Dentro das ciências fisico – geograficas, inclui-se a Hidrogeografia que tem como objecto de estudo os fenomenos que tem lugar na hidrosfera. […] a hidrosfera corresponde a parte liquida da geosfera, vemos entao que os fenomenos hidrogeograficos serao os correspondentes , tanto a aguas continentais superficiais ou subterraneas, como aos do Hidrogeografia G0140 8 oceano”. (FACULDADE DE LETRAS DA UEM 1982, p. 61) Hidrogeografia é a ciência que estuda as aguas e a sua descriçao (a origem, ocorrência e distribuição dos fenómenos aquáticos na superfície da terra). O percurso histórico da Hidrogeografia Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigação em larga escala são atribuídos ao Faraó Menés, fundador da primeira dinastia egípcia, que barrou o rio Nilo próximo a Mênphis, com uma barragem de 15m e extensão de aproximadamente 500 metros, para alimentar o canal de irrigação. Também no Egito encontram-se os primeiros registros sistemáticos de níveis de enchentes. Estes registos datam de 3.500 a.C. e indicavam aos agricultores a época oportuna de romper os diques para inundar e fertilizar as terras agricultáveis. Nota-se que, aos egípcios, pouco importava o estudo da Hidrologia como ciência e sim a sua utilização. Muitos conceitos erróneos e falhas de compreensão atravessaram o desenvolvimento da engenharia no seu sentido actual. Os gregos foram os primeiros filósofos que estudaram seriamente a Hidrologia, com Aristóteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas. Sua maior dificuldade era explicar a origem da água subterrânea. Somente na época de Leonardo da Vinci (por volta de 1.500 d.C.) a ideia da alimentação dos rios pela precipitação começou a ser aceita. No entanto, foi apenas no ano de 1694 que Perrault, através de medidas pluviométricas na bacia do rio Sena, demonstrou, quantitativamente, que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume escoado. O astrónomo inglês Halley, em 1693, provou que a evaporação da água do mar era suficiente para responder por todas as nascentes e fluxos d’água. Mariotte, em 1686, mediu a velocidade do rio Sena. Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia permitiram inúmeros avanços no Século XVIII, incluindo o teorema de Bernoulli, o Tubo Pitot e a Fórmula de Chèzy, que formam a base da Hidráulica e da Mecânica dos Hidrogeografia G0140 9 Fluidos. Durante o Século XIX, foram feitos significantes avanços na teoria da água subterrânea, incluindo a Lei de Darcy. No que se refere à Hidrologia de águas superficiais, muitas fórmulas e instrumentos de medição foram criados. Chow (1954) chamou o período compreendido entre 1900 e 1930 ficou conhecido como o Período do Empirismo. O período de 1930 a 1950 seria o Período da Racionalização. Datam desta época o Hidrograma Unitário de Sherman (1932) e a Teoria da Infiltração de Horton (1933). Entre 1940 a 1950 foram feitos significantes avanços no entendimento do processo de evaporação. Em 1958, Gumbel llança as bases da moderna hidrologia estocástica. A partir da década de 70, a Hidrologia passa a contar com os avanços computacionais, o que levaram ao desenvolvimento de muitos modelos de simulação” (STUDART e CAMPOS s/d, p. 4 - 5) Objectos aquaticos e noção da hidrosfera O recurso aquático predominante na hidrosfera é o oceano se seguindo restantes ambientes aquáticos, como rios, lagos, lagoas e mares e todas as águas subterrâneas, bem como as águas marinhas, águas glaciais e lençóis de gelo, vapor de água, as quais correspondem a 71% de toda a superfície terrestre. É pertinente que ao falarmos da hidrosfera nos restringíssemos em primeira mão sobre as teorias que explicam a sua origem. O surgimento da Hidrosfera é discutível. Existem várias hipóteses e teorias que explicam este acontecimento e todas elas estão em conexão com a origem da Terra. A primeira teoria de E. Zuss, a evaporação do magma, defende que a hidrosfera resultou das emanações do magma em fusão, no processo do vulcanismo, tendo alimentado a atmosfera em vapor de água, gases e poeiras. As poeiras teriam contribuído para a formação de núcleos de condensação e consolidado a crusta terrestre, o que poderia ter Hidrogeografia G0140 10 facilitado a consolidação e a retenção da água; a segunda foi defendida por Vinogradov por volta do ano 1959, onde segundo o autor, a hidrosfera terá resultado da actividade vulcânica através do qual foi emitido o magma e as substâncias voláteis e infusíveis como amoníaco, cloro, oxigénio, hidrogénio, dióxido de carbono que teriam se deslocado por convecções à superfície da Terra local pelo qual processou-se a refrigeração e cristalização da massa fundida. A água teria se sintetizado a partir oxigénio e hidrogénio que se deslocavam à atmosfera em forma de vapor de água. Tendo o vapor de água se refrescado e condensado a elevadas altitudes da atmosfera, as gotas de água submetidas à força de gravidade, caiam em direcção à superfície da Terra que de novo evaporavam-se, elevando-se às camadas superiores da atmosfera para transmitir o calor terrestre ao espaço cósmico frio. Como resultado deste mecanismo de troca de energia entre os espaços cósmico frio e terrestre quente, as primeiras gotas de chuva teriam atingido a superfície da Terra; e finalmente temos a teoria catastrófica que defende que a hidrosfera teria se formado a partir dos fragmentos resultantes da colisão de duas estrelas. Os fragmentos dispersos pelo universo foram colidindo durante longo período de tempo. A Terra foi recebendo os meteoritos e planetóides que nela colidiam devido a sua maior força de atracção. Estes meteoritos continham muita água. Os meteoritos incandescentes ao colidirem com a Terra, tornaram- se num oceano de magma. A contínua queda dos meteoritos sobre o oceano de magma, fez com que os materiais mais pesados (ferrosos) se afundassem e o vapor de água contido neles se evaporasse para alta atmosfera,tendo-se condensado e criado aí nuvens espessas. Hidrogeografia G0140 11 A medida que a queda dos planetóides foi diminuindo, a temperatura do oceano do magma foi baixando e consequentemente a temperatura do ar, o que condicionou a descida das espessas nuvens que provocaram chuvas intensas que reduziram cada vez mais a temperatura da terra, o que favoreceu a que a água da chuva atingisse a superfície da Terra e, assim, se formasse a Hidrosfera. Actualmente, tem lugar a transferência de água a partir das rochas em fusão, do manto para os oceanos – água juvenil (que se origina nas altas profundidades e supõe-se estar relacionada com a actividade magmática). Contudo, este acréscimo é compensado pelo equilíbrio mantido através da perda de uma parte de água sob efeito do bombardeamento de raios solares sobre as gotas de água (vapor de água) o que concorre para que uma parte de hidrogénio liberto escape do efeito gravitacional para o espaço cósmico. A hidrosfera será neste caso a esfera que compõe todas as águas do planeta, os quais formam uma camada descontínua sobre a superfície da Terra. O termo hidrosfera vem do grego: hidro + esfera = esfera da água as quais correspondem a 71% de toda a superfície terrestre. Esta esfera compreende todos os rios, lagos, lagoas, as águas subterrâneas e as águas glaciais, bem como as águas marinhas onde esta ultima perfaz cerca de 97%, ocupando o maior espaço. Para cada um dos componentes da hidrosfera podemos encontrar algumas ciências específicas que se dedicam a estudo de cada uma delas, nomeadamente, a oceanografia, estuda os oceanos e mares no que respeita as suas propriedades físicas e químicas, bacias oceânicas entre outros aspectos; a potamologia, estuda o comportamento dos cursos de água, tanto superficiais como subterrâneas (rios e aguas subterrâneas), a sua localização e utilização relacionado com o resto dos fenómenos físico – Hidrogeografia G0140 12 geográficos em especial com os climatológicos, geomorfológicos, pedológicos, entre outros; e a limnologia, estuda os lagos e pântanos. Sumário A Hidrogeografia é uma área da Geografia Física que se dedica ao estudo da parte líquida da terra. Ela tem como objecto de estudo as águas que correspondem a maior parte da terra relativamente a parte continental. Para o seu estudo (que deve ser feito em partes) ela subdivide-se em oceanografia, limnologia e potamologia. A parte líquida na terra surge, segundo algumas teorias, pela emanação vulcânica, donde durante a sua actividade libertou/liberta gases, poeiras e vapor de água. Este último elemento condensou-se a partir da poeira (núcleo de condensação) e daqui estava criada as condições para que ocorresse a precipitação e se criasse os primeiros cursos de água. A outra teoria, que pelo teor, se baseia na primeira também alega que a parte líquida surge por meio de actividades vulcânicas que libertou para a terra gases como, o oxigénio, o hidrogénio, entre outros, donde na fusão do oxigénio e hidrogénio criou-se condições para a formação da água. O historial sobre o estudo das águas surge, obviamente, depois do processo da sua formação. No processo do percurso histórico das águas, numa perspectiva mais científica, há que destacar o contributo dos gregos que foram os primeiros filósofos que estudaram seriamente a Hidrologia, com Aristóteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas. Após esta descoberta várias e distintas ideias, de outros autores, foram surgindo e continuam surgindo ate os dias presentes. Hidrogeografia G0140 13 Exercícios 1. De o conceito da Hidrogeografia. 2. Diga em que campo das ciências geográficas se enquadra. 3. Faça uma abordagem sobre a história da hidrologia desde o passado ate em épocas actuais. 4. Estabeleça a distinção entre a teoria de Zuss e de Vinogradov e explica, segundo o ultimo autor, de que forma a terra baixou a temperatura uma vez que ela era um “lago de magma”. Entregar o exercício 2, 3 e 4 desta unidade. Hidrogeografia G0140 15 Unidade II Regimes hídricos e processos de formação Introdução Esta unidade debruçar-se-á sobre o comportamento das águas na terra, que é em função das condições que lhes são submetidas, isto é, a variação do nível do caudal dos rios, por exemplo, varia em função do clima, do terreno que percorre, do relevo, entre outros factores. Abordara também sobre os processos de formação dos recursos hídricos, em que neste processo, de acordo com os componentes dissolvidos da água e dos fenómenos decorrentes na natureza (clima, evaporação, entre outros), elas/as águas naturais se distinguem uma das outras. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Explicar o comportamento do caudal das águas em função das condições que lhe são submetidas; Descrever o processo de formação dos recursos hídricos na terra; e Distinguir as distintas águas existentes no globo terrestre. Os regimes hídricos Referem-se aos comportamentos das águas no que respeita ao seu aumento ou redução ao longo do ano. Hidrogeografia G0140 16 Fazendo uma analise sobre o regime hídrico das águas dos oceanos podemos notar que estas recebem constantemente a agua provinda das rochas em fusão existentes no interior da terra. Esta emissão contribuiria bastante para o aumento das águas marinhas mas porque uma parte da água existente na atmosfera é dissolvida pela luz solar e outras escapam a gravidade terrestre se perdendo no espaço parece haver compensação entre a água ganha e perdida fazendo com que os níveis das águas oceânicas se mantenham quase constante. O apontamento apresentado pela Faculdade de letras da UEM (1982, p. 65) subscreve este fenómeno: “parece estar claro que a agua presente na terra tem a sua origem nas rochas em fusão existentes sob a crusta terrestre. Quando estas rochas, através das erupções vulcânicas entram em contacto com o mar, desprendem grandes quantidades de vapor de água. No momento da formação da crusta terrestre terão sido estas rochas que transportaram, desta forma, as aguas que agora existe nos oceanos. Porque a crusta terrestre existente situada sob os oceanos se renova permanentemente a partir destas rochas em fusão, verifica-se, por isso, um fornecimento contínuo de água designada por água juvenil”. O volume das águas oceânicas deveria pois aumentar continuamente. Mas porque, em contrapartida, uma fracção de água presente na atmosfera é dissolvida pela luz solar nas altitudes mais elevadas, e uma parte das moléculas assim formadas, particularmente o H [hidrogénio], escapam a atracção terrestre, esta perda de vapor de água parece compensar rigorosamente o fornecimento da água juvenil” (Faculdade de letras da UEM 1982, p. 65). Porem, a partir da acção do clima, por meio de aumento da temperatura que se fez sentir em algumas épocas, o nível das aguas dos oceanos tende a aumentar. Veja: “As águas marinhas elevam os oceanos ate um nível que nos serve de referencia para medir as altitudes e as profundidades. Esse nível, a escala humana, não parece variar. No entanto, o volume das águas Hidrogeografia G0140 17 marinhas varia em função da quantidade de gelo depositado nos continentes. Durante os últimos 500 000 anos, os climas sofreram variações de grande amplitude, ate ao ponto fazer variar esse volume de tal modo que o nível dos mares se modificou em uma centena de metros. Efectivamente, a superfície ocupada pelos gelos, assim como a espessura da capa de gelo aumenta ou diminui segundo o frio seja mais ou menos intenso; uma quantidade de água mais ou menos grande é assim retirada ou fornecida aos oceanos. Devido a isso, no período das glaciações o nível dos mares e oceanos desce, pondo a descoberto por toda a parte a plataformacontinental, os rios vem-se então forçados a abrir o seu curso sobre um terreno anteriormente ocupado pelo mar. [Em períodos relativamente quente o nível do mar é relativamente alto devido ao degelo] Como ainda existe uma massa de gelo que é de cerca de 2% da massa dos oceanos, o nível do mar pode ainda elevar-se cerca de uma centena de metros. Isto seria suficiente para que a maior parte das capitais do mundo como o Tóquio, Londres, Nova York e Paris se visem inundadas pelas águas.” (1982, 65). Hoje vivemos um regime capitalista, uma economia baseada no mercado em que o que transparece é o facto de o desenvolvimento económico assumi a prioridade nos objectivos traçados em diferentes regiões em detrimento dos cuidados a ter com a natureza. Assim sendo, hoje devido as actividades industriais temos vivido uma era das mudanças climáticas, manifesta por aumento da temperatura mundial. Com isso nas zonas polares assiste-se um crescente derretimento do gelo, facto que tem contribuído para o aumento do nível médio das águas do mar. Os rios podem apresentar-se com um caudal fraco (estiagem) ou alto (cheia) em função da abundância ou não da chuva ou degelo. O regime de um rio depende da alimentação (proveniente da chuva ou degelo), do relevo (a forte inclinação do leito favorece o escoamento rápido das aguas), do clima, da natureza das regiões atravessadas (as rochas permeáveis retardam a escorrência e Hidrogeografia G0140 18 restituem lentamente as aguas infiltradas, regularizando assim o regime do rio. Pelo contrario, a totalidade das aguas das chuvas corre rapidamente sobre as rochas impermeáveis, determinando grandes inundações) e da existência da vegetação e de lagos reguladores. De acordo com o seu regime os rios classificam-se de diferentes formas. Deste modo podemos classificar os rios em regime constante ou permanente, periódico ou cíclico, irregular ou intermitente e torrencial. Existem três tipos de lagos, nomeadamente, emissor, intermédio ou de passagem e receptor. De acordo com o seu tipo o regime dos lagos irá variar em função do comportamento do caudal dos rios. Por exemplo os lagos intermédios e receptor não apenas recebem directamente a agua provinda das chuvas ou degelo mas da alimentação destes por parte dos rios. Quanto o curso das águas subterrâneas, o comportamento do nível das águas vária de acordo com a intensidade das precipitações, estação do ano, grau de humidade da região, percurso dos cursos de água (rios) e proximidade relativa ao mar. “Quanto maior for o grau de humidade e pluviosidade, proximidade do mar e a existência de rios, tanto mais alto será o nível da toalha. Pelo contrário, será menor nas regiões de escassa humidade e durante a estação seca”. (Faculdade de letras da UEM, p. 79) Os processos de formação dos objectos aquáticos “Parece estar claro que a água presente na terra tem a sua origem nas rochas em fusão existentes sob a crusta terrestre. Quando estas rochas, através de erupções vulcânicas, entram em contacto com o mar, desprendem grande quantidade de vapor de água. No momento da formação da crusta terão sido estas rochas que transportaram, desta forma, a água que agora existe nos oceanos.” (Faculdade de letras da UEM 1982, p. 65). Hidrogeografia G0140 19 Consultar apontamentos sobre a origem da hidrosfera. Durante o processo do surgimento da hidrosfera (esfera de agua) foram simultaneamente criadas, para além dos oceanos, os rios, lagos e águas subterrâneas. É preciso também entender-se que para se ter essas componentes da hidrosfera foi necessário a existência de depressões, alias, no conceito destas componentes o termo referido é parte integrante. Dai que os movimentos naturais da terra como os sismos (os efeitos de sismos sobre o terreno podem ser muito notáveis “os grandes sismos estão em geral ligado a deslocamento de falhas. Quando esta intercepta a superfície, a sua rejeição origina desnivelamento verticais e deslizamentos horizontais […] podem desviar rios, originar lagos […]” idem, p. 51, sublinhado do autor), os vulcões (responsável pela formação dos lagos vulcânicos localizados em crateras) e a tectónica de placas (ver teoria de translação de continentes de Alfred Wegener – 1912. Substanciando a ideia deste autor admite-se que “ao longo das cristas oceânicas o material rochoso do interior do manto sobe e espraia-se para cada lado. Assiste-se assim uma expansão continua dos fundos dos oceanos para cada linha de crista, a velocidade que varia de 1 a 9 cm por ano. Conclui-se portanto que a crusta oceânica se esta formando continuamente ao longo das grandes crista submarinas” (Idem, p. 44, sublinhado do autor)) desempenharam um papel fundamental na criação das tais depressões. As águas naturais As águas naturais são aquelas que resultam da actividade natural da terra (resultam da actividade vulcânica, das aguas contidas em algumas rochas no interior da terra, da agua existente em meteorito, de acordo com algumas teorias). A formação da hidrosfera ocorreu Hidrogeografia G0140 20 de forma natural e em períodos que antecedem o aparecimento do Homem. Na terra podemos encontrar a água em diferentes locais e sob diversas formas de acordo com a sua composição química. Assim de acordo como local de ocorrência a água pode se encontrar no subsolo (em lençóis freático, provenientes das precipitações e rios devido a permeabilidade do solo onde assentam os rios); agua superficial doce (encontra-se a superfície, formando cursos de água em quantidades e volumes diferentes. Em resultado da sua ocorrência, surgem rios, lagos e pântanos); agua dos oceanos e mares (são outra forma de ocorrência das águas superficiais, porém, dada as suas características particulares apresenta um elevado teor de sais, 30 a 35 g/l); e Glaciares (representam-se pelas grandes superfícies geladas dos círculos polares, pelas neves das regiões de latitudes e altitudes pronunciadas). De acordo com a composição química as águas podem se classificar em águas minerais (estão em contacto com as rochas e dissolvem os minerais nelas existentes, é a água com grande teor de minerais) e, podem ser águas salgadas (contém grande teor de sais); águas duras (contêm maior percentagem de alguns sais e sobretudo carbonato e magnésio. Estas particularizam-se pelo facto de não reagirem com soda cáustica. Não se utiliza sabão, quando fervida formam uma crosta no fundo); águas pesadas (contêm cerca de 4% de sais, 96% água puramente dura); e água mineral potável (é a água de circulação subterrânea, considerada bacteriologicamente própria, com características físico - químicas estáveis na origem, dentro da gama de flutuações naturais de que podem eventualmente resultar efeitos favoráveis à saúde e que se distingue da água de beber comum - a chamada agua potável) pela sua pureza original e pela sua composição específica caracterizada pelo teor de substâncias minerais ou outros constituintes. Hidrogeografia G0140 21 Avaliando as condições da qualidade para o uso, as águas naturais podem ser potável (apresenta padrões mínimos óptimos para o consumo humano e ou para outras actividades económicas) e água insalubre (imprópria para o consumo humano) Sumário Concluímos que, o regime hídrico refere-se ao comportamento do caudal em diferentes épocas do ano que reage a diversas situações que a natureza lhe submete. As águas do mar devido a constante emissão das águas juvenis, provinda do interior da terra, deveria estar a aumentarem. Este fenómeno não acontece porque parte da água evaporada é dissolvida pela luz solar e a outra parte perde-se pelo espaço, escapando do efeito da gravidade. Deste modo as águas oceânicas mantêm-se no mesmo nível, digamos. Atendendo apenas a abordagem supra citada ficamos convencidosde que, há de facto uma estabilidade, porem, com o fenómeno actual das mudanças climáticas, caracterizado por um aquecimento global, protagonizada pela crescente actividade humana, o nível médio das aguas do mar aumentou e/ou ira aumentar devido ao derretimento do gelo. Quanto ao nível do caudal dos rios, lagos e os aquíferos, salientar que para além de outros factores, estes estão fundamentalmente dependentes das condições climatéricas da região em que se localizam. A origem dos recursos hídricos esta relacionado, segundo teorias, com as actividades vulcânicas e com os meteoros que atingiram a terra. Estas teorias explicam o surgimento das águas, porem, é bom associar estes fundamentos com os agentes da geodinâmica interna (tectonismo, sismos e vulcanismo) que contribuíram/contribuem para a modelação da crosta terrestre (aparecimento de depressões), locais onde as aguas se instalam. Hidrogeografia G0140 22 As águas existentes na terra, de acordo com a sua localização e composição, se distinguem entre si, classificando-se respectivamente em águas superficiais, subterrâneas, glaciárias, doce, salgadas e duras. Exercícios 1. Descreve a influência dos glaciares no aumento dos níveis das águas oceânicas e faça uma análise das suas consequências sob ponto de vista dos prejuízos dos ecossistemas das fozes dos rios (tanto da flora como da fauna) e sob ponto de vista social e económico, atendendo a invasão das águas nas zonas costeiras. Entregar o exercício 1 desta unidade. Hidrogeografia G0140 23 Unidade III Propriedades físicas das águas naturais Introdução Esta unidade ira fornecer pressupostos sobre as propriedades físicas das águas naturais, destacando, a transparência, a temperatura, a densidade, a alteração do volume específico, a adesão, a tensão superficial, a capilaridade, a cor e as propriedades térmicas e eléctricas. Estas características reflectem as evidências macroscópicas. Fornecer-nos-a também conhecimentos sobre a estrutura molecular e os estados da agua. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Descrever as propriedades físicas da água; Identificar os componentes da estrutura molecular da agua; e Identificar os estados da água e explicar os processos de transição. As propriedades físicas das águas Transparência É a propriedade que tem os corpos de se deixar atravessar pela luz. A transparência das águas varia de acordo com o tipo e quantidade Hidrogeografia G0140 24 de partículas inorgânicas e orgânicas dissolvidas e em suspensão, contidas nas águas naturais. São estes elementos que reduzem a penetração da luz, reduzindo a actividade fotossintética. A transparência vária de alguns cm até 50m. Os instrumentos que permitem determinar o grau de transparência é chamado de disco de Secchi e o instrumento de “células fotoelectricas de celenio”. Quanto maior a absorção da radiação, maior será a transparência das águas e consequentemente maior será a produtividade de plâncton. A transparência das águas é determinada por alguns factores, nomeadamente, as substâncias orgânicas e inorgânicas dissolvidas e em suspensão, a profundidade, o estado de tempo (nebulosidade), e a variação da intensidade luminosa (diurna e anual). Temperatura A água pode ser encontrada na natureza em diferentes estados em função do clima vigente na região onde se encontra o recurso hídrico. Uma pequena variação da temperatura atmosférica ou do globo, pode alterar completamente as condições do ciclo hidrológico, retardando-o, devido à congelação, ou acelerando-o, intensificando a evaporação com o aumento da temperatura. Densidade À temperatura ambiente, a água líquida fica mais densa à medida que diminui a temperatura, da mesma forma que as outras substâncias. Mas a 4 °C (ou 3,98 °C mais precisamente), logo antes de congelar, a água atinge sua densidade máxima e a partir do seu congelamento a densidade começa a diminuir. Hidrogeografia G0140 25 Fonte: Google - Wikipédia, a enciclopédia livre Em grandes massas de água, quando a temperatura nas camadas superficiais diminui muito e aproxima-se daquele valor (4º C), estabelecem-se correntes de subsidência que, por seu turno, são compensadas pela ascensão da água menos densa (mais quente) proveniente das camadas mais profundas. Esta característica é importante para a ordem ecológica e é graças a ela que os seres vivos de regiões glaciares ou sob efeito de invernos rigorosos, conseguem sobreviver, durante largo tempo. Por outro lado, o movimento daí resultante é responsável pelo equilíbrio térmico entre as regiões ou superfícies congeladas e as regiões Tabela 1 - Densidade da água em gramas por centímetro cúbico em várias temperaturas TEMPERATURA (°C) DENSIDADE (g/cm³) 100 0,9584 80 0,9718 60 0,9832 40 0,9922 30 0,9956502 25 0,9970479 22 0,9977735 20 0,9982071 15 0,9991026 10 0,9997026 4 0,9999720 0 0,9998395 −10 0,998117 −20 0,993547 −30 0,983854 Hidrogeografia G0140 26 relativamente mais quentes. Alteração do volume específico Esta associada às transições de fase da água, têm consequências importantes em todo o ciclo. Sabe-se que a água é das poucas substâncias em que o volume específico aumenta quando se dá a solidificação, daqui resulta que o gelo pode flutuar nos oceanos, o que obsta, portanto, a congelação progressiva a partir do fundo dos oceanos para a superfície das águas, nas regiões polares, como frequentemente acontece. Este facto é fundamental para a sobrevivência dos seres vivos nas águas das camadas inferiores das regiões polares e dos lagos em que se verifica a congelação. Adesão A água adere a si mesma por coesão, por ser polar. Pelo mesmo motivo, também apresenta fortes propriedades de adesão. Numa superfície de vidro muito limpa, a água ali depositada pode formar uma fina camada, porque as forças moleculares entre o vidro e a água (forças adesivas) são mais fortes que as coesivas. Figura 1- Gotas de orvalho aderidas a uma teia de aranha Fonte: Internet – Google Tensão superficial A água tem uma alta tensão superficial, causada pela forte coesão entre as moléculas. Isso é perceptível quando se deposita uma Hidrogeografia G0140 27 pequena quantidade de água sobre uma superfície não solúvel como a do polietileno; a água se mantém reunida em gotas. O outro efeito da tensão superficial são as ondas capilares, que são as ondulações que se formam ao redor do impacto de gotas na superfície da água, e às vezes ocorrem quando sobem correntes fortes de água sob a superfície. A aparente elasticidade causada pela tensão superficial é o que move as ondas. Figura 2 – O impacto de uma gota de água provoca uma repercussão "para cima" circular rodeado por ondas capilares Fonte: Internet – Google Figura 3 - Exemplo da manifestação da tensão superficial: Uma margarida abaixo do nível da água, que forma uma superfície curva acima dela. É a tensão superficial que impede que a água submerja a flor. Fonte: Internet – Google Hidrogeografia G0140 28 Capilaridade Refere-se a capacidade que a água tem de ascender à superfície por capilaridade contra a força de gravidade, fazendo com que ela mantenha os solos húmidos mesmo nos períodos secos; permite também que as plantas absorvam a água dos lençóis freáticos. Cor Em óptica, a cor é uma sensasão fisiológica provocada pela acção da luz incidente numa região da retina sobre os pigmentos dos cones dessa região. Ela está relacionada com certa qualidade da mesma luz que a produz, qualidade que pode ser rigorosamente definida pela sua composição espectral. Para o caso particular das águas naturais, esta varia de manancialpara manancial. A água do mar apresenta uma cor variável devido a nebulosidade, natureza do fundo das regiões próximas do litoral. Mesmo assim, o mar é tanto mais azul quanto mais límpida estiverem as suas águas. A cor natural das águas do mar é azul porque as radiações azuis no espectro solar são as menos absorvidas e que, por isso, sofrem maior dispersão, penetram a maiores profundidades, ou seja, são reflectidas como se dá na atmosfera. Existem mares que não possuem a cor azul, este facto é devido às infinidades de partículas que contém em suspensão (orgânicas e inorgânicas), os inúmeros e pequeníssimos seres platónicos e os detritos inorgânicos arrancados pelas águas do mar às costas e os que os ventos e os rios estão constantemente a lançar no mar, alteram a cor natural das águas do mar e tornam-nas esverdeadas e diminui-lhes a transparência. Tais partículas possuem coloração esverdeada e conclui-se que as águas azuis são pobres em plâncton. Observe como a cor da água vária em função da latitude: Região equatorial e tropical – águas azuis. Hidrogeografia G0140 29 Nas regiões de latitude média e altas, apresentam sempre uma cor esverdeada devido a abundância das diatomácias (algas microscópicas). A mesma latitude, nas zonas de grandes desertos, as águas apresentam um tom azul vivo devido a uma penúria da matéria orgânica e da vida. Diz-se que o azul é a cor dos desertos nos oceanos. Perto da costa onde, finas partículas de lodo estão com frequência em suspensão, a água é turva, de cor amarela- esverdeada e, por vezes, vermelha conforme a cor dos sedimentos. Por vezes na embocadura dos rios é nítido o limite entre as águas costeiras e as águas dos rios, como acontece na embocadura dos rios Púnguè e Búzi, na baía de Mazanzane em Sofala. As vezes as águas do mar apresentam na sua superfície cores como branco (mar de leite) e vermelho (mar de sangue). A cor branca deve-se a multiplicação de plâncton em quantidade, o que faz com que a superfície tenha um aspecto de gelatina esbranquiçada. Se certos organismos de plâncton de cor vermelha adquirem um certo desenvolvimento excessivo, as águas tomam uma cor vermelha – mar vermelho; apresentam algumas vezes uma cor avermelhada devido a abundância de algas denominadas trichodesmium. A cor das águas dos lagos vária consoante a nebulosidade, tipo de nuvens e fundamentalmente, a existência de partículas orgânicas e inorgânicas que lhes emprestam determinadas cores. As diferentes tonalidades adquiridas pelas águas dos lagos são mais notáveis nos períodos de chuvas, onde a actividade erosiva e de transporte é bastante elevada. Hidrogeografia G0140 30 A cor das águas dos lagos pode variar, entre azul-marinho (quando o céu estiver limpo e se não houver muitos organismos vivos), e um esverdeado turvo para vermelho quando se regista predominância de phitoplacton e quando o escoamento é excessivo. A cor da água dos rios conhece variações locais e sazonais, isto é, de acordo com o tipo de materiais detríticos dissolvidos ou em suspensão que arrastam consigo, assim como com o regime das chuvas. No tempo chuvoso, os rios apresentam cores que variam entre vermelho e castanho sem deixarem de ser turva. Quando transportam no seu leito quantidades consideráveis de material detrítico de origem vegetal, podem apresentar uma cor esverdeada. Está claro que se as condições atmosféricas forem calmas e o rio apresentar uma boa profundidade, as suas águas tendem para o azul que pode ter várias tonalidades. A cor das águas sólidas (glaciares) tendem, quase sempre, a apresentar uma cor esbranquiçada. Esta particularidade estará relacionada com o seu albedo bastante elevado (80%) que são superficiais e que fisicamente absorvem muito pouca energia solar, aliás, elas devolvem-na para a atmosfera. Condutibilidade eléctrica A condutividade eléctrica de uma solução é uma medida da quantidade de carga transportada pelos iões. Quando a fonte de iões provém de impurezas a condutividade transforma-se numa medição de pureza. Quando menor a condutividade, mais pura é a solução. Água como matéria e sua estrutura molecular O mundo em que vivemos apresenta uma grande variedade de formas, cores, temperaturas, movimentos, entre outras propriedades e através dos órgãos dos sentidos, percebemos que podemos tocar uma pessoa, uma planta, a água e outras que apenas sentimos como o ar e a humidade. Hidrogeografia G0140 31 A água e todas outras substancias supra citadas por mais diferente que possam parecer todas ocupam um lugar no espaço, são feitas de matéria. Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa um lugar no espaço e a água como matéria apresenta estas características. A matéria água é composta por moléculas e átomos. É possível perceber que a matéria pode existir em três estados físicos diferentes, o sólido, o líquido e o gasoso. É também possível verificar que alguns corpos podem mudar de estado físico, ou seja, deixar de ser sólido e passar para líquido e do líquido passar para o estado gasoso. Um exemplo disso é a água, que pode existir no estado sólido (como gelo), no estado líquido (como água), ou no estado gasoso (como vapor). Sobre a estrutura molecular salientar cada molécula de água é composto por dois átomos de hidrogénio (H) ligado a um átomo de oxigénio (O). A molécula de agua é a menor partícula que pode existir na substancia química agua. Por exemplo: imagine uma gota de agua que você divide em partes e uma dessas partes você continua dividindo ate chegar na menor porção da substancia agua. A essa menor porção se dá o nome de molécula da água. A partir desse exemplo podemos extrair a própria definição de molécula: “ […] é a menor porção de uma substancia, tendo a mesma composição desta substancia”. (BARROS e PAULINO 2001, p. 106) Assim, a substancia química agua é constituída por um conjunto de moléculas de agua e esta substancia é insípida (sem gosto), inodoro (sem cheiro) e incolor (sem cor, é transparente). As moléculas são ainda constituídas por partículas menores, os átomos, neste caso a molécula de água é composto por átomos de hidrogénio e oxigénio. Hidrogeografia G0140 32 O estado físico de toda substancia e em particular da água depende da arrumação de suas moléculas e de seus átomos, isto é, depende de como se organizam as suas minúsculas partes constituintes e essa organização depende das condições a que determinada substancia esta submetida. A organização molecular da agua no estado sólido as moléculas de agua encontram-se fortemente ligadas entre si, vibrando em torno de posições fixas; no estado líquido as moléculas de água não ficam tão próxima entre si como no estado sólido, vibram mais intensamente, livremente e escorregam uma sobre as outras; e finalmente no estado gasoso as moléculas de água apresenta grande distancia umas das outras e em movimento totalmente desordenado, chocando-se entre si. Figura 4 – Estrutura molecular da água Fonte: Internet – Google O estado da água Podemos encontrar a agua na natureza sob três estados, com destaque para, o estado liquido, gasoso e sólido. A água no estado Hidrogeografia G0140 33 líquida encontramos em zonas de clima quente (zona intertropical) e em algumas épocas do ano (de Julho a Dezembro a temperatura aumenta no hemisfério sul e de Janeiro a Junho o mesmo fenómeno acontece no hemisfério norte) em clima temperado (zona temperada) estão distribuído nos oceanos, mares, rios, lagos, nos seres vivos entre outros locais; a água no estado gasoso é aquelas que encontramos em forma de vapor contido no ar. Esta água pode- se encontrar distribuído em toda troposfera apenas diferenciando-se em proporções nas diferentes regiões climáticas, sendo predominante na região intertropical.O vapor de água que se forma na terra e vai para o ar tem sua origem na evaporação da água dos mares, rios, lagos e ate na transpiração dos seres vivos. A água evaporada se condensa e se transforma em gotículas. Essas gotículas vão se juntando formando as nuvens; e a água no estado sólido é aquela que se encontra em forma de gelo. Podemos localiza-las em regiões de clima frios e em algumas épocas do ano (de Julho a Dezembro a temperatura diminui no hemisfério norte e de Janeiro a Junho o mesmo fenómeno acontece no hemisfério sul) no clima temperado. A água neste estado é encontrada em forma de neve, granizo, geada e icebergs. Para a passagem de um estado para o outro a água obedece certos processos de acordo com a temperatura a ela submetida, nomeadamente, a solidificação (passagem do estado liquido para o sólido); a fusão (passagem de uma substancia do estado sólido para o liquido); a vaporização (passagem da agua do estado liquido para gasoso). Este processo pode ocorrer em forma de ebulição ou evaporação; a liquefacção ou condensação (passagem da agua do estado gasoso para o liquido); e sublimação (passagem da agua do estado sólido para o gasoso ou vice - versa). Hidrogeografia G0140 34 Figura 5 – Estados e processos de transição da água Fonte: Internet - Google Densidade A densidade é a propriedade física da matéria que descreve o grau de compactação das substâncias. Para conhecermos o grau de compactação das substâncias e em particular da água devemos partir da seguinte definição: “densidade de uma substancia é a razão entre a massa e o seu volume […] D = m : V” (BARROS e PAULINO 2001, p. 131). Para medirmos a massa de uma substancia ou de um corpo devemos colocar a substancia numa balança (a unidade de massa miligrama - mg, grama - g e quilograma - kg) e para saber o volume podemos usar um copo ou jarra graduada que apresentam marcas que indicam a unidade em centímetros cúbicos (cm3) ou milímetros (ml): 1 cm3 = 1ml. Quanto mais compactadas estiverem as suas partículas individuais, mais densa é essa substância. Diferentes substâncias têm diferentes densidades, o que é bastante útil para a sua identificação. A densidade das substâncias é determinada experimentalmente mas o valor obtido é variável Hidrogeografia G0140 35 porque o volume das substâncias vária com pressão e a temperatura. Algumas substâncias como a madeira, o óleo, a gasolina tem diferentes densidades, pois há diferentes substancia destes tipos. Portanto as substancias mais densas são mais pesadas que as menos densas (“leves”) ou, as substancia mais densas apresentam maior quantidade de matéria (massa) por unidade de volume (ser mais pesado significa ter mais massa) e as substancias menos densas tem menor quantidade de matéria por unidade de volume. Em cada substancia a matéria pode estar mais concentrada ou menos concentrada dependendo da proximidade entre os seus átomos ou as suas moléculas. Por exemplo comparando a agua e o óleo, notamos que as moléculas da agua estão mais concentrada/próxima umas das outras que as do óleo. Tabela 2 – Variação da densidade de acordo com o tipo de substancia SUBSTANCIA DENSIDADE Água doce 1 g/cm3 Água do mar 1,03 g/cm3 Gelo 0,91 g/cm3 Gasolina 0,7 g/cm3 Álcool 0,8 g/cm3 Petróleo 0,85 g/cm3 Óleo 0,9 g/cm3 Hidrogeografia G0140 36 Ar 0,0013 g/cm3 Cortiça 0,24 g/cm3 Vidro 2,6 g/cm3 Madeira 0,5 g/cm3 Mercúrio 13,6 g/cm3 Alumínio 2,7 g/cm3 Ferro 7,8 g/cm3 Chumbo 11,3 g/cm3 Ouro 19,3 g/cm3 Fonte: extraído do livro: ciências: o meio ambiente Propriedades térmicas e eléctricas Os recursos hídricos apresentam grande capacidade de conservação da temperatura, ela aquece e arrefece mais lentamente relativamente a superfície terrestre. A temperatura das águas resulta da troca de calor entre o oceano e a atmosfera. Este calor é emitido pela radiação solar, onde o oceano recebe a luz do sol e emite uma radiação infravermelha. Estas trocas fazem-se igualmente por condução, como por exemplo quando uma corrente quente circula sobre uma massa de ar frio, como é o caso da corrente do golfo sobre as massas de ar polar de Canadá. Por último essas trocas produzem-se em especial sobre forma de calor latente (a evaporação da agua retira o calor da agua e liberta-o para a atmosfera). Nas zonas tropicais as águas absorvem um excesso de calor da ordem dos 100W/m2 e nas latitudes elevadas restitui o calor a Hidrogeografia G0140 37 atmosfera. É sobretudo por este motivo que o clima é mais suave no inverno nas zonas próximas ao oceano em particular (por se constituírem grandes e contínuos reservatórios de agua diferentemente dos rios, lagos e pântanos) do que nas zonas continentais. Quanto as propriedades eléctricas da água, salientar que este apresenta fraca ou forte condução dependendo dos seus componentes. A condução é fraca quando há grande concentração de sais (sulfatos, sódio, cloreto, entre outros) e quando temos grande concentração de metais a água passa a ser bom condutor de electricidade (ver apontamentos sobre a condutividade eléctrica da agua). A condutividade eléctrica da água Define-se como sendo a capacidade que a água tem em conduzir a corrente eléctrica, que resulta da dissolução das moléculas que compõe a água. As moléculas não dissociadas não tomam parte na condução e a condutibilidade depende do número de iões presentes. Portanto, a condutibilidade resulta do movimento de iões na água: os catiões (+) deslocam-se para os cátodos (-) e os aniões (-) para ânodos (+). A água que se encontra na natureza nunca é pura por excelência, ela contém sempre substâncias estranhas. A água dos mares, oceanos, rios são fortes ou fracos condutores de acordo com a quantidade de óxidos e bases e outras substâncias sólidas. As águas subterrâneas são fortes condutores de acordo com a quantidade de ácidos e sais e outras substâncias sólidas concentradas. A impureza transforma a água num condutor eléctrico. A temperatura também é determinante na condutibilidade da água. Por exemplo, o oceano mundial apresenta uma condutibilidade que Hidrogeografia G0140 38 é inversamente proporcional a latitude, isto é, há maior condutibilidade em regiões de latitude baixa (zonas quentes) que nas de altas latitudes (zonas frias). Acredita-se que há maior salinidade nas região intertropical pelos níveis de evaporação existente, e de acordo com Jessen (1998, p.16) “a uma dada temperatura, quanto maior for a salinidade, maior será a condutividade media […]”. Nas águas do mar a condutibilidade eléctrica é largamente utilizada para a determinação da salinidade. Sumário Todo corpo apresenta particularidades que o identifica e com a água não é diferente. Ela é caracterizada fisicamente por apresentar em temperatura ambiente de 4º C uma maior densidade e abaixo desta (no estado sólido) a densidade diminui, facto que é pouco comum com outros corpos na natureza. A água possui a capacidade de deixar passar a luz, designado por transparência. Ela varia de acordo com os níveis de substâncias nela dissolvidas; a sua temperatura vária em função da zona em que a massa aquática se localiza, assim, nas regiões polares elas são frias e nas equatoriais tornam-se quentes. A água altera o seu volume específico também sob as condições que estiver sujeito, deste modo, quando a temperatura ambiente é inferior ao 4º C ela começa a congelar e o seu volume aumenta, podendo flutuar na água no estado líquido. A adesão é outra característica das águas. Elas tem a capacidade de unirem-se quando espalhadas; a tensão superficial que resulta da forte adesão entre as moléculas da água faz com que esta tenha uma característica, a superfície, semelhante ao elástico. Hidrogeografia G0140 39A água é também caracterizada por apresentar a cor, a capilaridade e a condutividade eléctrica. A primeira varia em função das substâncias existentes na água, por exemplo, quando as aguas apresentarem uma cor esverdeada ou avermelhada ela tende a adoptar estas cores; a segunda corresponde a capacidade da água ascender a superfície por forças capilares, isto é, ascende a superfície contrariando a lei gravitação universal; e a terceira corresponde a capacidade que a agua tem de conduzir a corrente eléctrica, sendo maior quanto maior quantidade de substancias tanto orgânicas e inorgânicas dissolvida nela. Na natureza a agua tem o seu lugar, facto que o faz ser considerada uma matéria. Ela, em função da temperatura ambiente, comporta os três estados (liquido, gasoso e sólido), caso raríssimo. Exercícios Entregar o exercício 1, 2 a) e 3 desta unidade. 1. Explica por palavras próprias e com mais subsídios a tensão superficial, a adesão, a capilaridade e a capacidade térmica da água. 2. Investigue o seguinte: defende-se que várias propriedades peculiares da água, como, a flutuação do gelo, o elevado calor de vaporização, a forte tensão superficial, o alto calor específico e as propriedades solventes quase universais são devidas às ligações de hidrogénio. a) Explique porque. 3. Aborde com pormenores o porquê da maior condutividade eléctrica no momento em que maior é o índice das substâncias dissolvidas nas águas. Hidrogeografia G0140 40 Unidade IV Propriedades químicas das águas naturais Introdução Nesta unidade falaremos sobre as características químicas das águas naturais, no que respeita, ao sabor, a dureza e ao cheiro. Abordaremos ainda sobre a sua capacidade de dissolução, o ciclo hidrológico e as impurezas existente nas águas e sua origem. Ao completar esta unidade / lição, você será capaz de: Objectivos Descrever as características químicas das águas naturais; Explicar a capacidade de dissolução da água; Conhecer as origens das impurezas existentes nas águas; e Descrever o ciclo hidrológico. As propriedades químicas das águas Quimicamente a água nunca ocorre na natureza de forma pura devido ao contacto que tem com outros elementos químicos que se encontram nas rochas, solos e atmosfera. Os que passam por rochas dissolvem minerais de silício, magnésio, cálcio e influenciam as águas, tornando-as minerais. Dentre as características químicas da água, destacam-se: Hidrogeografia G0140 41 Dureza Define-se como a capacidade da água de reagir ao sabão. Quando a água é dura requer grande quantidade deste produto para produzir espuma. Esta característica é causada pelos iões metálicos dissolvidos na água como o cálcio, magnésio, ferro e alguns outros. De um modo geral, a dureza da água calcula-se em termos de quantidade equivalente de carbonato de cálcio e segundo a variação deste componente, a água classifica-se em branda, quando a concentração for de 0-60 mg/l, medianamente dura quando for 60- 120 mg/, dura 120-180 mg/l e muito dura 180 mg/l ou mais. Sabor e odor Na forma pura a água é insípida e inodora, porém a interferência de substâncias estranhas pode lhe proferir um sabor e um cheiro particular. Água como dissolvente Dificilmente a água é encontrada em estado de pureza na natureza isto porque a água é um solvente poderoso, ou seja, tem a capacidade de dissolver inúmeras substâncias (gases, sais, etc). As substâncias que se misturam bem e se dissolvem na água, como, os sais (o sal é resultante da combinação de um acido e um hidróxido; o exemplo mais conhecido é o cloreto de sódio, vulgo sal da cozinha (NaCl); os sais tem sabor salgado e em alguns momentos amargo (sulfato de magnésio – MgSO4)) são conhecidas como substâncias hidrossoluveis, ao passo que as que não se misturam bem em água, como por exemplo, gorduras e óleos são chamadas hidrofóbicas. A capacidade de uma substância se dissolver em água depende de ela poder ou não igualar ou superar as grandes forças atractivas que as moléculas de água exercem umas sobre as outras. Se uma substância tiver propriedades que a Hidrogeografia G0140 42 impeçam de superar essas grandes forças intermoleculares, suas moléculas são “expulsas” da água, e não se dissolvem. Quando um composto iónico ou polar entra em contacto com a água, é rodeado por moléculas de água (hidratação). O tamanho relativamente pequeno das moléculas de água tipicamente permite que muitas delas rodeiem uma única molécula de soluto. As extremidades parcialmente negativas do dipolo da água são atraídas pelos componentes positivamente carregados do soluto, e vice- versa com as extremidades positivas. Em geral, substâncias iónicas e polares como ácidos (normalmente tem sabor azedo, como, o limão e o vinagre; eles tem a capacidade de alterar a cor de certas substancias e servem para testar alguns metais), álcoois (OH) e sais são relativamente solúveis em água, e substâncias apolares como gorduras e óleos, não. Moléculas apolares permanecem juntas na água porque é energeticamente mais favorável para as moléculas de água ligar-se umas às outras por ligações de hidrogénio que se envolverem com as moléculas apolares. Um exemplo de soluto iónico é o sal de cozinha; o cloreto de sódio, NaCl, se separa em catiões Na+ e aniões Cl−, cada um rodeado por moléculas de água. Os iões são então facilmente separados de sua rede cristalina. Um exemplo de soluto não iônico é o açúcar comum. Os dipolos da água criam ligações de hidrogénio com as regiões polares da molécula de açúcar (grupos OH) e lhe permitem ser misturada na solução. As dissoluções em que a água é dissolvente apresentam uma extrema importância, pois, permitem a obtenção dos produtos usados no nosso dia-a-dia. Por exemplo: “formol (agua + aldeido fórmico) – usado principalmente em laboratórios na conservação de animais ou fetos mortos, para serem Hidrogeografia G0140 43 estudados; limpa – forno (agua + hidróxido de sódio) – usado para remover gorduras;” (BARROS e PAULINO 2001, p. 126). Para destas substâncias temos o vinagre e a água sanitária. As dissoluções em que a água participa também são fundamentais para a manutenção da vida no organismo. Veja alguns exemplos: “[…] as plantas absorvem sais minerais do solo […]. Os sais minerais, porem, são absorvido pelas raízes apenas quando estão dissolvidos em água; o sangue é, na verdade, uma mistura heterogénea. Visto a olho nu, tem um aspecto uniforme, mas ao microscópio revela uma parte líquida (plasma sanguíneo) em que estão imersos inúmeros globos vermelhos, glóbulos brancos e plaquetas. O plasma sanguíneo ‘e principalmente constituído de água. Dissolvida nesta água, encontram-se varias substancias: glicose, vitaminas, etc. essas substancias, fundamentais para a nossa vida, são absorvido no intestino e distribuídas para as varias partes do corpo. Assim, a água do sangue actua como um veículo de transporte e distribuição de substâncias úteis nela dissolvida”. (idem) As impurezas da água e sua origem A poluição da água compromete o seu uso e pode atingir o homem de forma directa, pois ela é usada por ele para ser bebida, higiene pessoal, lavagem de roupas e utensílios e, principalmente, para sua alimentação e dos animais domésticos. Além disso, abastece as cidades, sendo também utilizada nas indústrias e na irrigação agrícola. Por isso, a água deve ter aspecto limpo, pureza de gosto e estar isenta de microrganismos patogénicos, o que é conseguido através do seu tratamento, desde da recolha nos rios até à chegada nas residências urbanas ou rurais. A água é considerada de boa qualidade quando apresenta menos de mil coliformes fecais e menos de dez microrganismos patogénicos por litro (como aqueles causadores de verminoses, cólera, esquistossomose,
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