Oficina
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O Macro no Micro e o Micro no Macro
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Os temas ligados à vida e a astronomia estão profundamente ligados. Desde o surgimento do Universo até as alterações climáticas, os céus tem tido grande influência sobre os seres vivos no nosso planeta.
Martín Makler
CBPF/CNPq (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas)
Clube de Astronomia de Niterói – Mário Schenberg
Introdução
Exploraremos a relação entre o Microcosmo e o Macrocosmo.
A influência do macro no micro surge com o próprio nascimento do Universo: toda a matéria nele presente teria sido criada frações de segundo após o "Big-Bang". Os elementos químicos que compõem os seres vivos (como carbono, oxigênio e enxofre) foram criados nas estrelas. A Terra surgiu junto como os outros planetas, o Sol, asteróides e cometas. Nem é preciso falar da influência do Sol, sem o qual nenhuma forma de vida seria possível na Terra. Os astros ainda tem uma grande influência no dia a dia dos seres vivos: dias e noites, estações do ano, e marés são ciclos que regem a vida de todos os organismos. Há ainda as variações da atividade solar.
No entanto, não é só o Macrocosmo que influencia o Microcosmo. O micro também afeta o macro. As primeiras formas de vida foram capazes de mudar completamente a composição de nossa atmosfera. Agora os seres humanos também estão alterando a Terra de forma global. Com a exploração espacial o Homem tem expandido a sua atuação para fora do planeta levando alguns dos seus maus hábitos para o espaço. Por outro lado a conquista do cosmo tem levado ao desenvolvimento de novas tecnologias menos agressivas ao meio ambiente.
Vamos então começar esse passeio, que se iniciará com o surgimento do Universo e se encerrará com a conquista do espaço pelo Homem. Nesse caminho certamente aparecerão muitos termos novos; no entanto nomes são só nomes, e mesmo os mais assustadores não devem desviar a tenção do leitor. Às vezes a narrativa se complica, mas tudo isso é recompensado quando percebemos o enorme salto das fronteiras do conhecimento humano, e descobrimos uma nova relação do Homem com o Cosmos.
Como tudo começou
Hoje em dia sabemos que o Universo está se expandindo, ou seja as galáxias distantes da nossa estão se afastando umas das outras. Há muitas evidências de que no passado ele foi muito denso e quente (bem mais quente que as estrelas!), e há uns 15 ou 20 bilhões de anos teria havido uma espécie de "grande explosão" (Big Bang) que deu origem ao Universo tal como o conhecemos. Algumas frações de segundo após o Big Bang o Universo era composto de uma matéria estranha. Entre um centésimo de segundo e cem segundos após essa "explosão" foram produzidos os átomos. No entanto nessa época só apareceram os elementos mais leves como o hidrogênio e hélio. O hidrogênio puro é hoje raro na Terra, mas aparece combinado com outros elementos, como por exemplo na água (H2O). O hélio é bastante raro em nosso planeta. Ele é o gás utilizado para encher os balões ou bexigas.
Então, como teriam surgido os outros elementos presentes na Terra, como oxigênio (O), enxofre (S), nitrogênio (N), ferro (Fe) etc.? Esses elementos foram (e ainda são) produzidos nas estrelas. Elas "queimam" o Hidrogênio e Hélio num processo chamado fusão nuclear. Este processo libera enormes quantidades de energia e cria novos elementos como os citados acima.
As estrelas têm um ciclo de vida. Elas nascem em nuvens de gás compostas basicamente de Hidrogênio e Hélio que chamamos de nebulosas. Depois "queimam" o seu combustível produzindo novos elementos e liberando energia. A sua morte pode ocorrer de dois modos: Após algumas reações nucleares o combustível se esgota e a estrela se esfria liberando alguns gazes, formando o que chamamos de anã branca. Isto ocorre com as estrelas menores que 4 vezes a massa do Sol. As estrelas maiores vão produzindo novos elementos até chegar ao ferro, quando explodem subitamente liberando uma quantidade enorme de energia. Essa explosão é chamada de supernova, e nesse processo são formados os elementos mais pesados que o ferro, como mercúrio (Hg), chumbo (Pb), e urânio (U). O resíduo da supernova é espalhado no espaço dando origem a uma nova nebulosa.
Como aqui na Terra nós encontramos todos esses elementos, isto significa que o Sol, e todos os planetas foram formados numa nebulosa que resultou de uma supernova. Toda a matéria da qual somos constituídos foi produzida nas estrelas. Nós somos poeira de estrelas!
O Sistema Solar se formou então a partir de uma nebulosa. Em torno de uma massa central - que iria dar origem ao Sol - girava uma nuvem de gás e poeira que foi se achatando, tomando a forma de disco. Nesse disco começaram a se aglomerar algumas partículas que, através de muitas colisões, iriam originar os planetas. É por isso que eles giram no mesmo sentido e quase no mesmo plano.
Os planetas dividem-se em dois grupos:
Os que se parecem com a Terra são chamados terrestres (ou telúricos). São rochosos e de tamanho comparável ao do nosso planeta. Pertencem a essa classe: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
Devido à sua proximidade do Sol, Mercúrio é quente de mais e não possui atmosfera. Os outros três planetas tem atmosfera.
Os gigantes gasosos constituem o segundo grupo. São planetas bem maiores do que a Terra, com uma camada atmosférica muito grossa e um pequeno núcleo sólido. Pertencem a essa classe: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.
Plutão não se encaixa em nenhum desses grupos. Provavelmente ele foi um satélite de Netuno.
O efeito estufa
Quando um carro fechado fica exposto ao Sol por alguns minutos o seu interior esquenta muito. Esse fenômeno se chama efeito estufa. Como isto ocorre? A luz do Sol entra no carro pelos vidros, esquentando o seu interior. Haveria duas formas do calor sair do carro:
Junto com o ar,
por radiação.
A primeira não é possível pois os vidros estão fechados.
E a radiação? Quando um objeto esquenta ele emite o que nós chamamos de radiação infravermelha. É esse tipo de processo que é utilizado nos fornos que tem uma resistência (como as torradeiras). O vidro não deixa passar essa radiação (ele apenas a reflete) assim o carro esquenta cada vez mais, produzindo o efeito estufa.
Com a Terra acontece exatamente o mesmo. A luz do Sol incide sobre a superfície de Terra, esta esquenta e emite radiação infravermelha. Uma parte é retida no nosso planeta, e a outra é emitida de volta para o espaço. Aqui o CO2 da atmosfera faz o papel do vidro. Quanto mais dióxido de carbono menos radiação pode sair da Terra. Então o aumento do gás carbônico na atmosfera pode causar um aquecimento global.
A Evolução dos Climas
Veremos nessa seção como evoluíram os climas de Vênus, da Terra e de Marte. Isso ajudará a compreender como se deu o surgimento da vida, como esta mudou completamente a composição da própria Terra, e como o Homem pode agora destrui-la.
Há uns 4 bilhões de anos atrás o Sistema Solar já estava praticamente formado. Esses três planetas tinhas oceanos, rios e uma densa camada de CO2 (gás carbônico). O efeito estufa levava a uma temperatura de uns 100oC na Terra e 80oC em Marte.
Depois os três planetas devem ter transformado parte de seu CO2 em carbonatos (graças à presença da água). No entanto, devido à sua alta temperatura, Vênus foi perdendo a sua água, e os carbonatos passaram a ser transformados novamente em gás carbônico. Quanto mais CO2, mais a temperatura aumentava, o que destruía ainda mais os carbonatos, liberando mais gás carbônico, até não haver mais carbonatos: é a situação atual.
Em Marte parte da atmosfera foi perdida, devido à baixa gravidade do planeta e talvez por causa de alguma colisão. O efeito estufa diminuiu, e a temperatura baixou o suficiente para permitir um ciclo de CO2. Uma fração do gás carbônico se condensa em cada calota polar dependendo da estação, cobrindo as geleiras permanentes de uma neve carbônica (gelo seco)
Na Terra um clima mais temperado se deu pela transformação progressiva do CO2 atmosférico em carbonatos (devido à presença da água), o que provocou uma lenta diminuição do efeito estufa inicial.
O Aparecimento da Vida na Terra
Há 3,4 bilhões de anos nos mornos oceanos da época, minúsculos organismos unicelulares se reproduziam e multiplicavam. Eles se nutriam pela fermentação das matérias orgânicas produzidas pela luz do Sol ou trazidas pelos cometas. Exemplos modernos desse tipo de vida são o Lactobacilos (a bactéria do ácido láctico), ou certas bactérias sulfurosas que reduzem sulfatos em H2S ou em FeS. Depois de uma longa evolução, as bactérias aprenderam a utilizar a fotossíntese. Eram as algas azuis unicelulares, que "comiam" o CO2 atmosférico dissociando-o graças à luz solar, e liberavam o oxigênio: pela primeira vez traços de oxigênio apareciam em nossa atmosfera.
As algas azuis se disseminaram há 2 bilhões de anos. Mas foi só há 600 milhões de anos que se produziu uma verdadeira explosão de novas formas de vida. Eram os animais pluricelulares, cujos restos geológicos se tornaram abundantes graças a suas conchas de fosfatos ou de calcário. Como todos os animais viviam na água, os continentes continuavam estéreis e completamente desertos.
Há 350 milhões de anos as primeiras plantas e os primeiros animais emergiam da água para colonizar os continentes. Sucessoras das algas azuis, as plantas utilizavam a luz do Sol para transformar o CO2 em alimentos; assim foi produzida a totalidade do oxigênio presente na atmosfera, diminuindo a quantidade de gás carbônico até os seus valores atuais.
O oxigênio não é somente um veneno que as plantas expelem, mais é uma anomalia em desequilíbrio químico com o resto da biosfera. O fogo se encarregava de tempos em tempos de corrigir essa anomalia. No entanto alguns parasitas aprenderam a utilizar esse gás perigoso respirando-o; são os animais, e somos nós mesmos!
A Estabilização do Clima
A existência de água no estado líquido faz da Terra um planeta excepcional sob vários aspectos. Um fator importante está no seu papel, junto com o CO2, na estabilização do clima. A chuva dissolve o gás carbônico presente na atmosfera e forma o ácido carbônico diluído. Esse ácido ataca as rochas e produz carbonatos, que acabam se sedimentando no fundo dos oceanos. Depois de muitos milhares de anos os sedimentos acabam provocando o crescimento de cadeias de montanhas e o aparecimento de vulcões. A temperatura elevada da lava destrui os carbonatos, de modo que as erupções vulcânicas jogam o CO2 de volta na atmosfera. Esse ciclo do carbono, que passa do CO2 aos carbonatos e depois retorna ao CO2, é muito lento (podendo durar 1 milhão de anos), mas a sua tendência é estabilizar o clima.
Se a temperatura dos oceanos aumenta, há uma maior evaporação, provocando mais chuvas. As chuvas reciclarão o gás carbônico em carbonatos, e a diminuição de CO2 na atmosfera reduzirá o efeito estufa, freiando o aumento da temperatura. Reciprocamente uma diminuição da temperatura dos oceanos gera menos chuvas, logo mais CO2 na atmosfera, um efeito estufa maior, reduzindo o resfriamento.
Como a vida utiliza o carbono, seu surgimento na Terra interferiu nesse processo. A primeira interferência séria data das conchas, já que elas utilizam grandes quantidades de carbonato de cálcio. Isto freia o ciclo do carbono, mas não o interrompe, já que as conchas acabam sendo recicladas nos sedimentos no fundo do mar.
Já a interferência das plantas é bem mais séria. As plantas se apropriam de aproximadamente um quarto do CO2 disponível para a sua própria utilização, e isto ocorreu por 300 milhões de anos. Quando elas morrem uma parte das matérias orgânicas se decompõe: o carbono que se oxida volta ao CO2; mas uma fração é acumulada ao longo das centenas de milhões de anos em grandes reservas de carvão e petróleo.
Se o clima atual é temperado é porque as plantas diminuíram consideravelmente o efeito estufa do CO2 atmosférico colocando grandes quantidades de carbono no solo.
Atualmente, a nossa necessidade excessiva de energia nos faz queimar rapidamente todo o carvão e todo o petróleo, restituindo assim o CO2 à atmosfera. Esta última continha apenas 0,027% de CO2 no começo do século, e hoje contém 0,034%. O efeito estufa aumenta, e o clima global está mais ou menos um grau mais quente que há cem anos atrás. É difícil fazer o balanço a curto e a longo prazo. Se não houver uma adaptação a essa mudança, daqui a 2 ou 3 séculos seremos obrigados a conviver com temperaturas uns 10 graus acima da média em todo o planeta. Não é preciso dizer que conseqüências catastróficas teria o derretimento das calotas polares.
Como de qualquer forma nós só temos reservas para mais algumas dezenas de anos de petróleo, e alguns séculos de carvão, seria razoável diminuir o nosso consumo. Devemos mudar as nossas fontes de energia, proteger vegetação e aumentar as nossas florestas. Como o deutério é abundante na água dos mares, esperamos que a fusão nuclear nos permita em breve utilizá-lo como fonte primária de energia. A longo prazo a melhor solução continua sendo a utilização da energia solar que, na nossa escala, é inesgotável.
Os restos das atividades humanas começam a pesar na balança. Além de alterarmos a composição da atmosfera em CO2, mas nós acrescentamos gases que alteram a transparência da atmosfera no infravermelho, no visível ou no ultravioleta. Um desses efeitos é a destruição progressiva da camada de ozônio devido a uma reação química com os clorofluorocarbonos (CFCs). Hoje em dia quase nenhum spray contém CFCs, mas estes gases ainda são utilizados na construção da maioria das geladeiras e ar condicionados, e na produção de espumas. Além disso, ainda não se sabe bem qual é o efeito dos gases que substituem os CFCs na atmosfera.
É graças à planetologia comparada que nós começamos a compreender um pouco da natureza desses problemas. Assim, como ocorre com freqüência, é uma ciência pura, às vezes considerada "inútil" que nos mostra o quanto a nossa atmosfera é frágil e o quanto uma compreensão profunda de sua ecologia deve se tornar fundamental para a sobrevivência de nossa espécie.
A Origem da vida
Há uns 40 anos Urey e Miller fizeram experiências mostrando que todas as moléculas utilizadas pela vida podem ser produzidas espontaneamente a partir de moléculas ainda mais simples, como a água, o amoníaco (NH3) ou o ácido cianídrico (HCN) como fonte de nitrogênio, e o metano (CH4) ou o formaldeído (H2CO) como fonte de carbono. Isto ocorre sob certas condições favoráveis, que foram associadas às que ocorriam na Terra primitiva: oceanos, atmosfera, descargas elétricas dos raios a luz ultravioleta do Sol etc.
Mais recentemente, descobriu-se que essas moléculas estão presentes em alguns tipos de meteoros (os condritos carbonados) e talvez nos cometas! Isso não é tão surpreendente já que a molécula da água a do ácido cianídrico e a do formaldeído existem em abundância no espaço interestelar. Há mesmo uma possível identificação de glicina (o mais leve dos aminoácidos) no espaço. É possível que os aminoácidos existam em abundância no espaço interestelar, formados por uma química de baixas temperaturas da qual apenas começamos a compreender os mecanismos. Talvez eles tenham sido formados no processo que deu origem ao Sistema Solar.
O importante é que muitos aminoácidos, incluindo a maioria dos utilizados pela vida, existem nesses meteoros. No cometa Halley, a sonda soviética Vega detectou fragmentos moleculares que constituem a assinatura de moléculas que compõem o ADN (purinas e pirimidinas). Aliás, um grande número de condritos e cometas teriam caído na superfície dos planetas terrestres. Os cometas podem ter tido uma influência importante ao trazer água sobre esses planetas.
Já vimos que a maioria dos átomos presentes nos seres vivos foi criada no núcleo das estrelas. Parece agora que todos os precursores químicos da vida foram trazidos do céu por um pouco de poeira de estrelas cobertas de gelo interestelar (os cometas).
Assim, parece que aqui na Terra essa poeira de estrelas, que tomou progressivamente consciência da própria existência, esteja preparada para a conquista do Cosmos, para a descoberta de nossas origens.
Influências do Sol na Terra
Não foi só no surgimento da vida que os céus tiveram um papel importante. O Sol controla quase tudo que ocorre na Terra. Sem ele nenhuma planta sobreviveria, e a temperatura diminuiria a menos de 200oC impedindo qualquer forma da vida.
O movimento de rotação da Terra entorno dela mesma, faz com que hajam os dias e as noites. Para nós que estamos rodando junto com a Terra, é o Sol que gira ao nosso redor, nascendo e se pondo a cada dia.
Devido ao seu movimento entorno do Sol (translação), e à inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à sua órbita; várias regiões do globo recebem a luz solar de forma diferente ao longo do ano: são as estações. Novamente, como estamos nos movendo junto com a Terra, para nós é o Sol que altera o seu movimento. Assim, no verão o Sol percorre uma trajetória mais "reta" no céu (ele fica mais alto), por isso os dias tem maior duração. Além disso é fácil ver que o Sol "a pino" esquenta mais do que quando ele está baixo no céu. Por esses motivos o verão é mais quente.
Já no inverno o Sol tem uma trajetória mais inclinada, os dias duram menos e a incidência dos raios solares esquenta menos. Por isso o inverno é mais frio. Primavera e outono são as estações intermediárias.
As marés são causadas pela ação conjunta do Sol e da Lua. A atração gravitacional combinada desses astros tende a "deformar" a Terra. Como o água é deformada mais facilmente que a parte sólida, em alguns lugares a nível do mar aumenta, enquanto em outros, diminui. As marés constituem um ciclo importante para várias formas de vida associadas ao mar, inclusive o Homem (principalmente os pescadores). Em alguns lugares é possível utilizar as marés como fonte de energia, construindo hidrelétricas que aproveitem a diferença do nível do mar.
A influência menos conhecida do Sol é certamente a variação de sua atividade. A nossa estrela, como muitas outras, sofre variações periódicas. Ele tem um ciclo de 11 anos bem conhecido, e um ciclo de umas centenas de anos ainda em estudo. Este último teria sido responsável pelos invernos muitos rigorosos registrados na Europa no século XVII. O ciclo de 11 anos se manifesta através de jatos de partículas e da emissão de raios de altas energias. A atividade do Sol está também associada à manchas solares: quanto mais manchas, mais ativo ele está.
As partículas com carga elétrica atingem a Terra nas regiões polares, causando as auroras. Os raios energéticos contribuem com o equilíbrio do ozônio na atmosfera. Por um mecanismo ainda não bem conhecido esses mensageiros do Sol influenciam a vida na Terra, gerando alterações no geomagnetismo, nas auroras ou no crescimento das arvores. As variações da atividade solar também influenciam drasticamente as telecomunicações e todos os circuitos eletrônicos no espaço devido à emissão das partículas e raios de altas energias, podendo causar sérios danos aos satélites.
O Homem e o espaço
O gênero humano é agora capaz de transcender os limites de seu ovo cósmico. A eterna busca do conhecimento, somada também a interesses bélicos e comerciais, levou à conquista de um novo território: o espaço.
A utilização do espaço pelo Homem tem levado consigo as suas contradições. Além da possibilidade do seu uso para fins não pacíficos, um elemento que tem preocupado muito os cientistas é o lixo espacial. Existem mapeamentos dando conta da presença de milhares de objetos em órbita da Terra. São satélites "abandonados", restos dos foguetes que os colocaram em órbita e todo tipo de sobras. Há também pequenos detritos que não podem ser monitorados. Esses objetos se movem a velocidades da ordem de milhares de quilômetros por hora, comparáveis à velocidade de uma bala de revólver. Eles podem danificar outros satélites, ou o que é pior: perfurar a roupa espacial de um astronauta. Há um tratado de que, após a inutilização de um satélite, este deva ser jogado de volta na Terra para não poluir o espaço. Ele deve ser lançado de forma a que o atrito com a atmosfera o destrua e que não caiam detritos sobre a Terra. Mesmo assim esse procedimento não pode ser utilizado com os satélites militares, que carregam materiais radioativos perigosos se caíssem na Terra.
No espaço também existe uma espécie de "especulação imobiliária". Alguns satélites, como por exemplo os utilizados nas telecomunicações, só podem ser colocados em órbita a uma dada distância da Terra, e sempre sobre o equador (essa órbita é chamada geoestacionária). Isto significa que esses satélites só podem ocupar um círculo bem definido em torno da Terra, e portanto o espaço para eles é limitado. E quem é dono desse espaço? Existem tratados internacionais regulamentando a "posse" desses locais, e para variar as nações ricas levam a maior fatia. Há pequenos países, praticamente desconhecidos que também tem posse de "territórios" no espaço, e "emprestam" essas posições para algumas empresas. Felizmente o Brasil tem um espaço garantido lá em cima.
A exploração espacial levou ao desenvolvimento de muitas tecnologias novas, uma lista tão grande que não permitiria citar a todas. Vejamos só alguns exemplos: dispositivos eletrônicos, miniaturização, teflon e velcro.
A conquista do espaço também forçou o desenvolvimento de tecnologias limpas. O ar e a água consumidos nas cápsulas espaciais devem ser reciclados ao máximo. Essas tecnologias desenvolvidas especialmente para o espaço acabam sendo levadas e aplicadas na Terra.
Conclusão
Vimos que as diversas formas de exploração de outros mundos conduzem à melhor compreensão do nosso próprio. O Homem tem hoje o desafio de proteger o seu planeta e viver em harmonia com a natureza. Tem também o anseio de se expandir pelo cosmo, conquistando novos espaços, mas deve ter consciência de que a Terra é única.
Bibliografia
Cosmos, Carl Sagan, editora Francisco Alves (1980).
Pour comprendre l’univers, A. H. Delsemme, J. C. Pecker, H. Reeves, editora De Boeck (1988).
2006-10-10 04:29:16
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answer #3
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answered by Anonymous
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