Águas - Planeta Terra

Águas - Planeta Terra

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Cadernos Temáticos de Química Nova na EscolaEdição especial – Maio 2001Águas no planeta Terra

Aágua é um recurso fundamen tal para a existência da vida, na forma que nós conhecemos.

Foi na água que a vida floresceu, e seria difícil imaginar a existência de qualquer forma de vida na ausência deste recurso vital. Nosso planeta está inundado d’água; um volume de aproximadamente 1,4 bilhão de km3 cobre cerca de 71% da superfície da Terra. Apesar disso, muitas localidades ainda não têm acesso a quantidades de água com características de potabilidade adequadas às necessidades do consumo humano.

A água tem sido um bem de extrema importância para o homem desde a descoberta de que a produção de alimentos dependia da oferta de água usada no cultivo. As cidades que se desenvolveram no antigo Egito, após a revolução agrícola que ocorreu cerca de 5.0 anos antes de Cristo, o fizeram próximas a rios que atendessem a suas demandas domésticas e agrícolas. Posteriormente, a água corrente também passou a ser utilizada na movimentação de máquinas que cortavam madeira, em moinhos de grãos e finalmente em processos industriais.

A grande oferta fez da água a substância ideal para ser empregada como solvente universal na limpeza e transporte de praticamente todos os resíduos gerados pelo homem. Ao redor de todo o mundo, as cidades foram se estabelecendo e crescendo próximas a grandes cursos d’água. Até os dias atuais, após seu uso nas mais diversas atividades, a água ainda é geralmente descartada para o corpo receptor mais próximo, muitas vezes sem que passe por qualquer tipo de tratamento. Não obstante, é verdadeiro afirmar que o baixo custo associado ao uso de enormes quantidades de água tem sido um dos pilares do desenvolvimento de nossa sociedade.

Algumas propriedades da água

A água é, certamente, a espécie química mais abundante na Terra. É, além disso, uma substância que pode ser encontrada, naturalmente, em todos os três estados físicos: sólido (gelo), líquido (água líquida) e gasoso (vapor). Sua capacidade em conduzir e estocar o calor (condutividade térmica e capacidade calorífica) também é única. Entre outros aspectos, a água tem um elevado calor de evaporação. Enquanto são necessários 0,239 J (1 caloria) para se elevar a temperatura de 1 g de água de 1 °C, esta mesma massa de água exige

Água e população mundial

A água potável de boa qualidade é fundamental para a saúde e o bemestar humano. Entretanto, a maioria da população mundial ainda não tem acesso a este bem essencial. Mais do que isto, existem estudos que apontam para uma escassez cada vez mais acentuada de água para a produção de alimentos, desenvolvimento econômico e proteção de ecossistemas naturais. Para exercer tais atividades, especialistas estimam que o consumo mínimo de água per capita deva ser de pelo menos 1000 m3 por ano. Cerca de 26 países, em sua maioria localizados no continente africano, já se encontram abaixo deste valor. Com o rápido crescimento populacional, acredita-se que inúmeras outras localidades deverão atingir esta categoria no futuro próximo. Várias regiões do planeta (Pequim, Cidade do México, Nova Deli e Recife, no Brasil) estão acima desse valor apenas devido à exploração de águas subterrâneas (Nebel e Wright, 2000).

Marco Tadeu Grassi

Um dos principais desafios mundiais na atualidade é o atendimento à demanda por água de boa qualidade. O crescimento populacional, a necessidade de produção de alimentos e o desenvolvimento industrial devem gerar sérios problemas no abastecimento de água nos próximos anos. Este texto trata da importância da água para a sobrevivência do homem e de toda a biota terrestre. Apresentam-se algumas das propriedades mais importantes da água e sua distribuição em nosso planeta. Descrevem-se as formas de uso deste recurso, assim como as principais fontes de poluição e finalmente discute-se a importância do tratamento da água na melhoria da qualidade de vida da população mundial.

padrões de qualidade da água, potabilidade, poluição, tratamento da água

32 Cadernos Temáticos de Química Nova na EscolaEdição especial – Maio 2001 cerca de 540 vezes mais energia para se evaporar (Masterton et al., 1990).

Comparativamente com outros hidretos, observa-se que a água apresenta temperaturas de fusão e ebulição bem mais elevadas, conforme mostra a Tabela 1. Estas características são bastante importantes para a existência de vida na Terra, uma vez que a forma líquida é o estado físico predominante (Bunce, 1993).

Uma outra propriedade da água, pouco usual, porém igualmente importante, é que a forma líquida apresenta uma densidade maior que a forma sólida. Se o contrário fosse verdade, durante o inverno as águas de inúmeros rios e lagos localizados no hemisfério norte de nosso planeta, ao se congelarem, se depositariam no fundo dos mesmos. Sob estas condições, provavelmente não se fundiriam novamente no verão. Assim sendo, a mistura que ocorre na primavera e outono desempenha um papel importante na recirculação de nutrientes. Esta mistura só ocorre porque a água tem sua densidade máxima a 4 °C. Durante o outono, quando as temperaturas das águas de inúmeros lagos cai para valores próximos a 4 °C, as águas superficiais se tornam mais densas que as águas mais profundas e assim se deslocam para o fundo, misturando as espécies dissolvidas, num movimento vertical.

Distribuição da água na Terra

Toda a biota, assim como a maior parte dos ecossistemas terrestres, além dos seres humanos, necessitam de água doce para sua sobrevivência. Entretanto, cerca de 97,5% da água de nosso planeta está presente nos oceanos e mares, na forma de água salgada, ou seja, imprópria para o consumo humano. Dos 2,5% restantes, que perfazem o total de água doce existente, 2/3 estão armazenados nas geleiras e calotas polares. Apenas cerca de 0,7% de toda a água está disponível para o nosso consumo, sendo encontrada na forma de rios, lagos, água subterrânea, incluindo ainda a água presente no solo, atmosfera (umidade) e na biota (Figura 1).

No nosso planeta, a água se apresenta em diferentes compartimentos, conforme mostra a Tabela 2 (USGS, 1999). A quantidade de água presente em cada um destes compartimentos, assim como o seu tempo de residência, varia bastante. Os oceanos se constituem no maior destes compartimentos, onde a água tem um tempo de residência de aproximadamente 3 mil anos. Eles são ainda a fonte da maior parte do vapor d’água que aporta no ciclo hidrológico. Sendo grandes acumuladores do calor oriundo do sol, os oceanos desempenham um papel fundamental no clima da Terra.

O segundo maior reservatório de água do planeta são as geleiras e calotas polares. O continente Antártico contém cerca de 85% de todo o gelo existente no mundo. O restante pode ser encontrado no Oceano Ártico e ainda na Groenlândia. As águas subterrâneas encontram-se abaixo da superfície em formações rochosas porosas denominadas aquíferos. Estas águas têm influência e também são influenciadas pela composição química e pelos minerais com os quais estão em contato. Os aquíferos são reabastecidos pela água que se infiltra no solo e eventualmente flui para reservatórios que se localizam abaixo de seu próprio nível.

Corpos de água doce em contato direto com a atmosfera compreendem lagos, reservatórios, rios e riachos. Coletivamente, estas águas são chamadas de superficiais.

A concentração de sais na água faz com que as águas superficiais sejam divididas em duas grandes categorias. Águas doces se distinguem de águas salinas pelo seu baixo conteúdo de sais, sendo normalmente encontradas em rios e lagos.

O exemplo mais significativo de águas salinas é o das águas oceânicas. Via de regra, águas salinas apresentam níveis de cerca de 35 g.L-1 de espécies dissolvidas, entre as quais as predominantes são formadas por íons de sódio e cloreto. O encontro das águas doces e salinas resulta em regiões denominadas estuários. Nestas regiões, observa-se geralmente um gradiente de salinidade, cujos níveis aumentam à medida que se aproxima da foz do rio.

Estuários se caracterizam por sua complexidade, onde espécies particuladas e dissolvidas estão sujeitas a mudanças bastante bruscas nos ambientes químico e físico. As maiores alterações ocorrem em função de fatores tais como pH e salinidade. Qual-

Águas no planeta Terra

Tabela 1: Propriedades físicas de alguns hidretos simples.

Tabela 2: Distribuição da água em nosso planeta. ReservatóriosVolume, km3Percentual, %

97,5% Água salgada

Água doce acessível

Calotas polares e geleiras

Figura 1: Distribuição da água na Terra.

3 Cadernos Temáticos de Química Nova na EscolaEdição especial – Maio 2001 quer mudança em um deles pode levar à precipitação de espécies dissolvidas ou ainda à redissolução de materiais anteriormente presentes em sólidos suspensos ou nos sedimentos. Os elementos que não sofrem qualquer alteração durante este processo de mistura, ou seja, aqueles que não se precipitam ou não se dissolvem, apresentam um comportamento que é denominado conservativo. Comportamentos não conservativos resultam da precipitação ou ainda da redissolução de espécies através do estuário.

Um exemplo típico de comportamento não conservativo é a precipitação do ferro coloidal, que ocorre à medida em que se aumenta a salinidade da água de um estuário. Como resultado, o ferro acaba sendo depositado nos sedimentos.

Do ponto de vista ambiental, um importante reservatório são os mangues, nos quais os níveis do lençol freático se encontram praticamente na superfície. Estes ecossistemas suportam uma vasta população de plantas e animais, constituindo-se em berçários bastante importantes para a vida selvagem.

Finalmente, a atmosfera é o compartimento que contém a menor quantidade de água, além de ser aquele onde a água tem o menor tempo de residência, cerca de 10 dias. A atmosfera contribui para a precipitação, que em última instância é o meio através do qual a água que se evapora predominantemente dos oceanos é devolvida à terra.

O ciclo hidrológico (Figura 2), através da evaporação das águas oceânicas e da precipitação, principalmente, é responsável pela reposição da água doce encontrada no planeta (Manahan, 1997). Contudo, como todos nós sabemos, a ocorrência de chuva no planeta se dá de forma bastante diferenciada. Regiões com regimes de precipitação bastante abundantes dão suporte a densas florestas. Outras regiões têm ocorrência de chuvas praticamente nula e se constituem em desertos. Em virtude disto, podemos imaginar volumes bastante variáveis de água circulando sobre diferentes regiões do globo. Em regiões com índices elevados de ocorrência de chuva, existe água suficiente para toda a biota natural, assim como para os seres humanos. Entretanto, em regiões mais secas, especialmente aquelas com elevada densidade populacional, existe um número crescente de conflitos em função das necessidades humanas e naturais.

Existem ao redor do planeta inúmeras situações de ecossistemas em estresse devido à escassez de água. Além disso, são também vários os casos de disputas existentes entre países que dispõem da mesma fonte de água que deve atender às demandas oriundas de atividades agrícolas, urbanas e industriais (Ortolano, 1997).

Especialistas acreditam que dentro de cerca de 20 anos, no máximo, teremos no mundo uma crise semelhante à do petróleo, em 1973, relacionada com a disponibilidade de água de boa qualidade. Assim como ocorreu com o petróleo no passado, a água está se transformando em uma commodity1 em crise. Esta perspectiva preocupante e bastante realista se deve à provável escassez da água no futuro. Para tanto, basta mencionar que nos últimos 15 anos a oferta de água limpa disponível para cada habitante do planeta diminuiu quase 40% (Nebel e Wright, 2000).

Mesmo o Brasil, que conta com cerca de 12% da água doce disponível no mundo, não deverá escapar da crise hídrica que está sendo prevista. No nosso caso, vale ressaltar que mais de 80% de todo o volume de águas superficiais disponíveis no país se encontram na região amazônica. Os 20% restantes estão distribuídos por todo o país, de maneira pouco uniforme, e se destinam a abastecer aproximadamente 95% da população brasileira (Rebouças et al., 1999).

Em todo o mundo, em média, o maior uso que se faz da água é na agricultura. A irrigação retira aproximadamente 69% da água de boa qualidade do planeta. A irrigação consiste em um tipo de uso denominado consuntivo. Isto quer dizer que o recurso utilizado não retorna para a mesma fonte de onde é proveniente. As atividades industriais, ao contrário, são consideradas não consuntivas, uma vez que a água, embora possa estar contaminada com determinados resíduos, retorna para sua fonte, permanecendo disponível. Estas atividades consomem cerca de 23% e o homem,

Águas no planeta Terra

Água subterrânea Infiltração

Figura 2: O ciclo hidrológico.

Especialistas acreditam que dentro de cerca de 20 anos, no máximo, teremos no mundo uma crise semelhante à do petróleo, em 1973, relacionada com a disponibilidade de água de boa qualidade

34 Cadernos Temáticos de Química Nova na EscolaEdição especial – Maio 2001 através do uso direto, é responsável pelo consumo de 8% da água disponível no planeta. Certamente estes valores percentuais podem variar dependendo da disponibilidade da água, do grau de desenvolvimento da região e até mesmo de aspectos culturais. Em algumas partes dos Estados Unidos, por exemplo, o uso doméstico da água pode atingir 600 L por habitante, por dia. Em alguns países africanos, ao contrário, o uso de água per capita não é superior a 10L ao dia (Nebel e Wright, 2000).

Os dados apresentados anteriormente deixam claro que o estresse hídrico previsto não é mera especulação. Ao contrário, para atender a uma demanda crescente por alimentos, frente às estimativas de crescimento populacional feitas pela Organização das Nações Unidas (ONU) para os próximos anos, a expectativa é de um maior uso de água na irrigação.

Qualidade e poluição da água

Tão ou mais importante que a questão envolvendo a quantidade de água disponível, apresenta-se também a questão da qualidade da água disponível. A qualidade da água ao redor de nosso planeta tem se deteriorado de forma crescente, especialmente nos últimos 50 anos. Problemas relacionados com a poluição da água se intensificaram principalmente após a Segunda Guerra Mundial, quando foram observados aumentos significativos nos processos de urbanização e industrialização. Antes de falar em poluição de águas, entretanto, é necessário que este termo seja definido de forma adequada. A Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo, a CETESB, define poluição como “qualquer substância que possa tornar o meio ambiente impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, à fauna, à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade”.

Portanto, qualquer substância causadora de poluição é denominada poluente.

A poluição das águas é principalmente fruto de um conjunto de atividades humanas. E os poluentes alcançam águas superficiais e subterrâneas de formas bastante diversas. Este aporte é arbitrariamente classificado como pontual ou difuso, principalmente para efeito de legislação. Fontes pontuais compreendem a descarga de efluentes a partir de indústrias e estações de tratamento de esgoto, dentre outras. Estas fontes são de identificação bastante fácil e portanto podem ser facilmente monitoradas e regulamentadas. É relativamente fácil se determinar a composição destes resíduos, assim como definir seu impacto ambiental. Além disso, é possível se responsabilizar o agente poluidor, caso haja necessidade. Ao contrário, as fontes difusas apresentam características bastante diferenciadas. Elas se espalham por inúmeros locais e são particularmente difíceis de serem determinadas, em função das características intermitentes de suas descargas e também da abrangência sobre extensas áreas. Fontes difusas incluem o escoamento superficial urbano, escoamento superficial de áreas agrícolas, deposição atmosférica (seca e úmida), etc (Bunce, 1994).

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