Modificações da energia solar para energia química, elétrica, mecânica proporcionam a energia necessária para todos os trabalhos por nós desenvolvidos.
Por mais que a energia mecânica possa ser gerada pela queda em uma cachoeira girando uma roda e então ser transformada em energia elétrica.
De alguma forma todo esse processo é orquestrado inicialmente pelo sol.
Seja de forma indireta como proporcionando a existência da queda da cachoeira, como também dos fluxos de água e movimentos do ar, são todos processos influenciados pelo sol (evaporando as substâncias formando nuvens e etc), que junto com a ação dele sobre as plantas e o bioma da região estabelecem os padrões de clima da Terra.
Ou de forma direta incidindo sobre plantas que capturam pelas suas células fotossintetizantes essa energia e a transforma em energia química ao utilizar para formar ligações entre carbono e hidrogênio a partir de moléculas de CO2.
Sendo então o sol essencial para que exista energia na Terra e consequentemente trabalho.
Primordialmente ele é essencial para a existência da vida da forma que se conceitua.
Energia que Alcança a Terra
Nem toda a energia que o sol emite e que alcança a Terra é utilizada nos processos produzidos por organismos.
Na verdade a parte da energia luminosa do sol utilizada e transformada pelos seres fotossintetizantes em energia química é mínima.
Estima-se que atinja a Terra cerca de 13 x 10^23 calorias de energia do sol por ano.
Porém, por volta de 30% é imediatamente refletida de volta ao espaço em forma de luz, como a emitida pela lua e outros satélites e planetas (como observamos a noite no céu parte da luz que eles refletem).
20% é absorvida pela atmosfera para produção de reações por seus gases. Não chegam a alcançar a superfície terrestre.
Dos 50% restantes, grande parte é absorvida por várias partes da superfície terrestre e transformada em calor, como a parte que incide sobre as águas dos mares e rios, que gera calor suficiente para evaporá-las e formar as nuvens.
Então dessa energia absorvida pela Terra, que é por volta de 50% da luz emitida pelo sol que chega aqui, somente 1% dos 50% absorvido pela superfície é captado por células de organismos fotossintetizantes.
Convertida assim, somente essa porcentagem pequena de toda a energia, em energia que movimentará todos os organismos vivos da Terra.
A energia que o sol provém a Terra, promovendo seu aquecimento e aos seres vivos promovendo todas suas atividades é na verdade uma chuva constante de radiação eletromagnética.
Radiação é constituída por luz visível e invisível.
A luz de comprimento de onda compreendido entre 400 nm e 750 nm é visível.
Um nanômetro é 10^-9m.
0,001 menor que o micrômetro que é 10^-6m.
Estruturas compreendidas entre distâncias menores que 100 micrômetros só se consegue enxergar com auxílio do microscópio, pois os olhos humanos não conseguem produzir resolução em distâncias a baixo dessa.
Se houver duas linhas separadas por uma distância menor que 100 micrômetros, nossos olhos a enxergarão como uma única linha, não importa o quanto aumentemos a imagem, ela sempre será uma única linha.
O que importa é a resolução, não o tamanho da imagem.
De qualquer forma, quanto as ondas, conseguimos ver a luz que produz ondas de comprimento nessa faixa.
As ondas de rádio são muito grandes, que passa dos 750 nm, então não conseguimos ver a luz que ela produz.
Cada comprimento de onda dentro dessa faixa, dependendo de qual delas é refletido pelo objeto, emitirá aos nossos olhos um tom dentre as cores que conseguimos enxergar.
Para além da extremidade vermelha do espectro visível, situa-se a luz infravermelha, que são ondas de comprimento maior que 750 nm e são ondas de menor energia.
Se somente ondas de comprimento que geram a luz vermelha, então se uma luz vermelha, for emitida sobre um objeto que a reflita, como um objeto branco (uma folha de papel), a veríamos sendo refletida então o objeto que era branco à luz do sol, será visto vermelho.
Objetos que são brancos, refletem todas as ondas visíveis a nós que são emitidas sobre ele.
Se somente essa luz infravermelho for apontada para um objeto e ele a refletir, se pudéssemos enxergá-la sendo refletida, esse objeto teria uma cor da qual não conhecemos.
Além da extremidade violeta do espectro de luz (cores) visíveis, está é a luz ultravioleta, que tem comprimento de onda menor que 400 nm e maior energia.
De acordo com evidências fósseis, os organismos fotossintetizantes são encontrados sendo tardios à procariotos heterotróficos.
Tendo sido encontrado fóssil de ser autótrofo de 3,4 bilhões de anos atrás, cerca de 100 milhões de anos após a primeira evidência fóssil de vida na Terra.
Porém parece certo que os fotossintetizantes já existiam muito antes disso, inclusive antes dos heterótrofos.
Heterótrofos obtém energia a partir de moléculas orgânicas produzidas por fontes externas.
Como nessa época, quando a primeira vida surgiu por volta de 3,8 bilhões de anos atrás a Terra tinha o estado pastoso por ser ainda muito quente com forte incidência de energia solar e violentas tempestades ocorrendo em sua atmosfera, onde havia altas descargas de energia elétrica provocada por relâmpagos.
Nesse ambiente com excesso de energia deu a muitas moléculas a possibilidade de serem criadas.
Não só moléculas precursoras desse aglomerado de aminoácidos, lipídeos e outras moléculas orgânicas que deram origem à seres vivos, mas como também moléculas que poderiam servir de alimento a esses seres.
Porém com o tempo, a quantidade de compostos orgânicos que poderiam ser utilizados para prover energia tenderiam a diminuir, por isso a importância do surgimento de seres autótrofos, que conseguiam produzir seus próprios compostos orgânicos, utilizando simplesmente energia provida pelo sol e CO2 obtido do meio.
Nesse processo havia um fator muito importante que influenciou grandemente a evolução da vida.
Na produção de matéria orgânica, esses seres liberavam oxigênio.
O aumento do oxigênio livre na Terra pela liberação desse gás como metabólito de seres autótrofos influenciou muito em diversas características da Terra e da vida.
Por volta de 2 bilhões de anos atrás, passou-se a ter uma enorme quantidade de oxigênio livre na atmosfera.
De acordo com o registro fóssil, esse aumento de oxigênio livre de forma abundante foi acompanhado pelo surgimento das primeiras células eucariontes.
Essa evolução que o oxigênio provavelmente providenciou a vida, foi devido a possibilidade que ele deu aos seres vivos de utilizar o oxigênio para degradar a matéria orgânica liberando muito mais energia, em um processo chamado de respiração.
Até então os organismos somente poderiam produzir energia pela degradação da matéria orgânica que ingerisse ou produzisse de forma anaeróbica, processo que gera muito menos energia.
O aumento de energia que podia ser produzida, consequentemente de energia que podia ser utilizada, fez com que os organismos tivessem a capacidade de evoluir mais suas estruturas.
Mas o que mais auxiliou no processo de desenvolvimento e evolução da vida proporcionado pelo oxigênio livre foi seu aumento na atmosfera que se misturou com oxigênio já preexistente nela e essas moléculas foram então convertidas em moléculas de ozônio.
Por volta de 450 milhões de anos atrás uma grande camada de moléculas de ozônio, passou a estar em quantidade suficiente para constantemente cobrir toda a atmosfera terrestre.
Essa camada foi importante pois ela absorve raios de luz emitidos pelo sol de onda curta, como a onda ultravioleta que é vem junto com as outras ondas emitidas na luz do sol.
Porém agora ela era absorvida na camada de ozônio e não chegava mais a superfície terrestre.
As ondas UV são altamente deletérias aos organismos vivos.
Sem elas, eles puderão sair das águas e sobreviver em ambientes antes inexploráveis, como as superfícies das águas e a terra.
Os primeiros seres multicelulares foram formados em não menos do que 650 milhões de anos atrás.
E as primeiras plantas somente bem depois da formação completa da camada de ozônio.
Ondas ultravioleta têm comprimento menor do que 400 nm a cada onda.
Essas ondas fazem parte da luz do sol e são um dos tipos mais energéticos emitidos por ele, podendo causar fotólise (cisão pela luz) mais facilmente e produzir reações.
Comprimentos de onda menores que 300 nm podem atacar as moléculas envolvidas em processos biológicos, moléculas orgânicas.
Como a mais importante dentre elas, o DNA, que controla a hereditariedade e a síntese de todas as outras biomoléculas.
Os principais componentes da atmosfera são o Oxigênio (O2) e o Nitrogênio (N2), eles absorvem comprimentos de onda até 250 nm, protegendo a Terra de muitas reações que poderiam ser causadas por essas ondas bem energéticas.
Porém não protegem a superfície terrestre e a vida de todos os comprimentos deletérios, pois são transparentes às ondas de comprimento entre 250 nm e 300 nm, permitindo que luzes com ondas nessa faixa que chegam do sol atravesse a atmosfera.
Então essa é a importância da camada que surgiu de ozônio (O3).
Ela fica nas camadas superiores da atmosfera, chamada de estratosfera e ainda mais além.
As moléculas de ozônio são menores do que as de oxigênio e nitrogênio.
Elas são componentes dessa camada que é bem grande e difusa, estendendo-se desde uma altitude de 90 Km até uns 30 Km da superfície terrestre.
Porém essa espessura só se dá devido ao caráter difuso desse gás, pois se todo esse ozônio fosse comprimido a uma pressão chamada normal, que é a vigente a nível do mar, daria uma camada com apenas alguns centímetros de espessura.
Sendo esse gás, tênue e frágil, o único que absorve radiação ultravioleta de comprimentos de onda entre 250 nm e 300 nm, sem ele a vida não poderia ser estabelecida na terra.
O ozônio existente na atmosfera não pode ser trocado pelo ozônio produzido pelas cidades industriais, que é nocivo. Pois esse ozônio das baixas altitudes jamais conseguiria resistir a uma ascensão do solo à atmosfera.
Porque ele é um gás altamente reativo e que passou a existir na atmosfera pela própria ação da luz ultravioleta do sol sobre o O2.
Essa é uma reação em cadeia de radicais, assim como a reação de halogenação de alcanos.
Portanto tem a existência de passos propagadores da cadeia e passos extintores.
- Passos propagadores:
Passo 1: O2 -(ação da luz)-> O* + O*
* O asterisco representa que houve uma quebra homolítica, onde cada oxigênio que fazia uma ligação covalente com o outro oxigênio, fica com seu próprio elétron. Permanecendo com um elétron desirmanado na última camada.
Sendo então um radical livre.
Essa luz utilizada nesse primeiro passo foram comprimentos de onda inferiores a 250 nm, que é através dessa absorção, para a cisão da sua molécula, que o O2 protege a Terra desses comprimentos de onda.
Passo 2: O* + O2 + M -> O-O2 + M^(partícula energizada)
Nesse passo da reação, o radical se choca ao O2 e se liga a ele, liberando energia.
Porém nenhuma ligação é rompida então essa energia que é liberada se permanecer bastante tempo na molécula de ozônio que acabou de se formar, voltará a romper essa molécula, pelo ozônio permanecer excitado.
Para que resulte então em um produto estável, é necessário em uma reação assim, uma terceira molécula que irá se colidir ao produto, podendo ser essa molécula nesse caso, o M, ou um O2 ou um N2, por exemplo.
Assim irá então poder dissipar esse excesso de energia em forma de energia cinética, ou seja, em forma de calor.
* A molécula do ozônio é um Híbrido de Ressonância:
Não é uma molécula que pode ser representada facilmente por um estrutura de Lewis, sendo que nenhuma dessas duas formas acima caracterizam sua estrutura.
Pois ela seria uma mistura das duas, já que evidências experimentais mostram que as ligações entre os oxigênios do ozônio são equivalentes.
Portanto as duas ligações aos oxigênio possuem a mesma força, necessitam da mesma quantidade de energia para romperem e tem o mesmo comprimento que é cerca de 0,128 nm entre cada núcleo.
Esse mesmo caso de híbrido de ressonância acontece com um composto muito conhecido que é o benzeno, onde todas as suas ligações ganham um tamanho intermediário, não sendo nem o tamanho de ligação simples ou de dupla entre carbonos.
Passo 3: O3 -(ação da luz)-> O2 + O*
Essa luz que é absorvida na cisão da molécula de ozônio é entre 250 e 300 nm, que é a forma que o ozônio protege a Terra da ação dessa radiação nociva.
- Passos extintores:
O* + O* -> O2 (colisão de radicais)
O* + O3 -> O2 + O2
Nesse último passo há formação de moléculas mais estáveis.
Durante o passo 2 dos passos formadores da cadeia, forma-se o O3 e no passo 3 forma-se O2 de volta, esse equilíbrio de interconversão entre moléculas de O2 e O3 foi o que manteve a Terra protegida de raios nocivos durante anos.
CFC's
Porém nos anos 70, percebeu que átomos de Cloro, como os providos de gases que vinham sendo muito utilizados nos últimos anos, eram capazes de interromper a cadeia de formação de ozônio.
Esses átomos de cloro foram encontrados presentes na atmosfera superior pela fotólise de CFC's pela luz ultravioleta.
Certos gases foram sintetizados com o objetivo de serem utilizados em sistemas de compressão de frigoríferos e aparelhos de ar condicionados, também foram usados como gases propulsores em latas de aerossol (spray).
Eles deveriam ser facilmente compressíveis, inertes e não tóxicos.
Chegou-se então a elaboração dos CFC's.
São conhecidos coletivamente como clorofluorcarbonetos, como por exemplo o CFC 11 que é o CF3Cl, nome IUPAC: cloro-trifluor-metano.
Durante dezenas de anos eles funcionaram admiravelmente e por isso foram extensamente utilizados.
Porém quando os aparelhos que os continham eram utilizados esse gás era liberado e ia subindo lentamente na atmosfera.
A mesma inércia química que tinha sido uma das características que o fizeram ser adotados, os mantinham intactos durante a subida na atmosfera.
Quando chegavam a estratosfera e sofriam a incidência dos raios ultravioleta tinham então suas ligações partidas.
Interrompimento da Cadeia
O átomos de cloro então soltos na atmosfera, conseguem reagir com o O3 que são as partículas mais instáveis na atmosfera, precisando de pouca energia para ter suas reações rompidas, o contrário do O2.
Forma-se então ClO, impedindo a utilização das partículas de O3 para absorção de ondas de radiação nociva, ou seja, impedindo o passo 3 de ocorrer.
Cl* + O3 -> ClO + O2
Essa partícula formada, ClO, reage ainda com o radical O*:
ClO + O* -> Cl* + O2, impedindo o passo 2, onde ocorre a formação de ozônio de acontecer.
Sendo átomos de Cl um inibidor da cadeia, ele impede de milhares de ciclos que seriam gerados pela cisão de uma molécula de O2 e milhares de partículas de O3 que seriam geradas nessas cadeias, de ocorrer.
Ainda o Cl nem ao menos é consumido, ele forma sua própria cadeia, sendo regenerado seu radical a cada cadeia que interrompe.
Então cada Cl* que é solto de uma molécula de CF3Cl, por exemplo, impede constantemente a formação de cerca de 100.000 moléculas de ozônio.
Embora o uso de CFC's foi impedido por um acordo internacional, no Protocolo de Montreal em 1987, onde os países se comprometeram a reduzir imediatamente a produção de CFC's e cessá-la a partir de 1996.
Até se descobrir quais os gases eram inofensivos à camada de ozônio foi permitido utilizar os hidroclorofluorcarbonetos ou os hidrofluorcarbonetos, que devido a presença de ligações entre carbono e hidrogênio são mais facilmente oxidados durante sua ascensão à estratosfera.
De qualquer modo, não se sabe quando a utilização e fabricação desses gases no mundo será completamente cessada e os CFC's têm subida vagarosa, mesmo que se toda a utilização consiga ser eliminada, não se pode prever os estragos que poderão ser causados pelo efeito em sua totalidade daqui a dezenas de anos.
O dano provocado sobre a camada de ozônio hoje, foi provocado por uma fração muito pequena dos CFC's utilizados e que já conseguiram alcançar a estratosfera, comparado a todo o CFC's já liberado pelo ser humano e que está em constante e lenta ascensão.
Por isso o buraco na camada de ozônio na Antártida só continua a alargar-se e há sinais de que produz um acentuado esvaziamento da camada de ozônio sobre o oceano ártico.
Hoje de manhã, 24/06/12, estava assistindo A Grande Ideia no SBT e mostrou um cara que está faturando com uma empresa de água que diz coletar água manualmente do degelo das geleiras polares e a está vendendo engarrafada.
Vídeo da reportagem:
Se existe toda essa pureza nessa água, eu não sei, mas com certeza mostra que de todo o tipo de situação dá para se tirar um lado positivo e um lado para se lucrar...
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