A água é a essência da vida. Nenhum ser vivo na Terra pode sobreviver por muito tempo sem ele. Imagens Trout55 / Getty Em sua forma mais pura, é inodoro, quase incolor e insípido. Está em seu corpo, a comida que você come e as bebidas que você bebe. Você o usa para se limpar, sua roupas, seus pratos, seu carro e tudo mais ao seu redor. Você pode viajar com ele ou pular para se refrescar nos dias quentes de verão. Muitos dos produtos que você usa todos os dias contêm ou foram fabricados com ele. Todas as formas de vida precisam disso, e se eles não conseguirem o suficiente, eles morrem. As disputas políticas giram em torno dele. Em alguns lugares, é um tesouro e é incrivelmente difícil de conseguir. Em outros, é incrivelmente fácil de conseguir e depois desperdiçado. Que substância é mais necessária à nossa existência do que qualquer outra? Água.
Em sua forma mais básica, água é uma molécula com um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio, ligados entre si por compartilhados elétrons . É em forma de V molécula polar , o que significa que ele é carregado positivamente perto dos átomos de hidrogênio e negativamente perto do átomo de oxigênio. As moléculas de água são naturalmente atraídas e aderem umas às outras por causa dessa polaridade, formando um ligação de hidrogênio . Esta ligação de hidrogênio é a razão por trás de muitas das propriedades especiais da água, como o fato de ser mais denso no estado líquido do que no estado sólido (o gelo flutua na água). Veremos mais detalhadamente essas propriedades especiais mais tarde.
A água é a única substância que ocorre naturalmente como um sólido (gelo), um líquido e um gás (vapor d'água). Cobre cerca de 70 por cento da Terra para um total de aproximadamente 332,5 milhões de milhas cúbicas (1, 386 milhões de quilômetros cúbicos) [fonte:U.S. Geological Survey]. Se você estiver familiarizado com as linhas "Água, agua, em todos os lugares, nem uma gota para beber "do poema" The Rime of the Ancient Mariner, "você entenderá que a maior parte dessa água - 97 por cento dela - é intragável porque é salgada (veja a ilustração na próxima página). Apenas 3 por cento do suprimento de água do mundo é água doce, e 77 por cento disso está congelado. Dos 23 por cento que não estão congelados, apenas meio por cento está disponível para fornecer todas as instalações, animal e pessoa na Terra com toda a água de que precisam para sobreviver [fonte:National Geographic].
Portanto, a água é muito simples, direito? Na realidade, há muitas coisas sobre ele que os cientistas ainda não entendem completamente. E o problema de ter certeza de que está limpo o suficiente, a água potável está disponível para todos e tudo que precisa é tudo menos simples. Neste artigo, veremos alguns desses problemas. Também exploraremos exatamente quais plantas, animais e pessoas fazem com a água e aprendem mais sobre o que torna a água tão especial.
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De onde vem nossa água? Muitas vezes há discussão nas notícias sobre o encolhimento do abastecimento de água no mundo, mas isso não é totalmente preciso. A quantidade de água não está diminuindo, mas a demanda por ele está aumentando constantemente. Alguns cientistas acreditam que a população mundial, atualmente em 6 bilhões, dobrará até 2050 [fonte:Cossi]. Além disso, a quantidade de água limpa e potável está diminuindo constantemente devido à poluição.
Para muitas pessoas em países industrializados, pegar água é tão fácil quanto abrir uma torneira, e é bastante barato. Mas a água doce não é distribuída uniformemente em todo o mundo. Mais da metade do abastecimento de água do mundo está contido em apenas nove países:os Estados Unidos, Canadá, Colômbia, Brasil, a República Democrática do Congo, Rússia, Índia, China e Indonésia, fonte:Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentável]. Áreas urbanas, obviamente, têm uma necessidade maior de água além do básico para beber e saneamento. Mas a superpopulação em países subdesenvolvidos significa que muitas pessoas nem mesmo entendem o básico.
A maior parte da água doce do mundo - cerca de 2,4 milhões de milhas cúbicas (10 milhões de quilômetros cúbicos) dela - está contida no subsolo aquíferos . O resto vem de:
[fonte:Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentável]
A distribuição de água tem tudo a ver com fronteiras políticas, desenvolvimento econômico e riqueza. Na Cidade do México, por exemplo, 9 por cento da população usa 75 por cento da água disponível, e uma infraestrutura em ruínas significa que até metade do abastecimento de água é perdido por vazamentos de canos e evaporação [fonte:Cossi].
Alguns países não têm água limpa suficiente para suas populações em rápido crescimento, e eles não podem pagar a infraestrutura necessária para limpá-lo e transportá-lo. Por exemplo, a maioria das pessoas nas cidades chinesas sofre com a escassez de água, e a maior parte das águas subterrâneas da China, lagos e rios estão poluídos. Cerca de 700 milhões de chineses têm acesso apenas à água potável que não atende aos padrões estabelecidos pela Organização Mundial da Saúde [fonte:OMS].
Os países do Oriente Médio usam a menor quantidade de água por pessoa porque há poucas fontes naturais de água doce. Em contraste, o uso de água é maior nos Estados Unidos do que em qualquer outro país, com cerca de 60, 000 pés cúbicos (1, 700 metros cúbicos) de água usada por pessoa em 2002 [fonte:Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico]. Mas mesmo dentro dos Estados Unidos, existem alguns estados e regiões que não possuem água suficiente para abastecer suas populações. As regiões costeiras da Flórida têm tanta água salgada que devem ter água doce canalizada de áreas do interior, o que levou a disputas políticas pelo controle do abastecimento de água.
Esta fotografia aérea mostra danos ao Mar de Aral causados pelo desvio de sua água. Foto cedida pela NASA Em muitas áreas, a água é regulamentada e distribuída pelos governos. Nos Estados Unidos, é regulado pelo Lei da Água Potável Segura . Contudo, o controle do governo nem sempre atende aos melhores interesses de todas as pessoas. Na década de 1930, para irrigar campos de algodão, o governo soviético criou canais para desviar os rios que alimentavam o Mar de Aral (localizado entre o Cazaquistão e o Uzbequistão). Como resultado, a área da superfície do mar diminuiu em mais de 50% e seu volume em 80% nos últimos 50 anos [fonte:Swanson]. Sua salinidade aumentou e ficou poluído com pesticidas, escoamento de fertilizantes e resíduos industriais. A perda do mar significou o declínio da indústria da pesca comercial, que ajudou a colocar a região na pobreza. Os poluentes do leito marinho exposto foram encontrados no sangue de pinguins da Antártida [fonte:Swanson].
Algumas regiões privatizaram sua distribuição de água, o que freqüentemente leva a conflitos. No final dos anos 1980, o Reino Unido vendeu seus conselhos de água (organizações governamentais de abastecimento de água) para empresas privadas, que melhorou a infraestrutura. Muitas pessoas ficaram indignadas com o fato de as empresas poderem lucrar com essa necessidade básica, especialmente quando as pessoas que não podiam pagar suas contas sofreram penalidades severas. O problema foi corrigido posteriormente com legislação.
Em 2000 e 2005, manifestantes foram às ruas na Bolívia para protestar contra a privatização do abastecimento de água. Quando empresas estrangeiras assumiram o sistema de água da Bolívia, o custo da água tornou-se muito caro para os pobres. Na cidade de El Alto, “o custo de conseguir uma conexão de água e esgoto excedeu a renda de um salário mínimo de meio ano” [fonte:Shultz]. A revolta de 2000, chamadas de "Guerras da Água da Bolívia, "levou à lei marcial e 100 feridos. Depois de ambos os incidentes, o governo boliviano cancelou os contratos da empresa privada.
Atualmente, mais de um bilhão de pessoas, cerca de 17 por cento da população mundial, não tem acesso a água limpa [fonte:Organização Mundial da Saúde]. Existem várias organizações governamentais e não governamentais, incluindo UNICEF e Water Aid, trabalhando para ajudar comunidades pobres na Ásia e na África a obter suprimentos sustentáveis de água potável e instalações de saneamento. A escassez de água acontece nos Estados Unidos, também - muitos estados têm programas para ajudar os desfavorecidos a obter água suficiente e pagar suas contas de água e esgoto.
Obviamente, a falta de água é um grande problema. Mas por que isso, exatamente? Na próxima seção, veremos o papel que a água desempenha no corpo humano.
Conservando Água
Uma maneira de ajudar a reduzir a demanda por água é conservá-la o ano todo. Muitas áreas proíbem regar o gramado e jardim quando a água está acabando, mas aqui estão algumas coisas fáceis que você pode fazer por conta própria:
Para mais dicas, verifique este link da EPA.
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Por que os humanos precisam de água? Nossos corpos são cerca de 60% de água [fonte:Mayo Clinic]. A água regula a temperatura do nosso corpo, move nutrientes através de nossas células, mantém nossas membranas mucosas úmidas e elimina os resíduos de nossos corpos. Nossos pulmões são 90 por cento de água, nossos cérebros são 70% de água e nosso sangue é mais de 80% de água. Simplificando, não podemos funcionar sem ele. A maioria das pessoas transpira cerca de dois copos de água por dia (0,5 litros). Cada dia, também perdemos um pouco mais de um copo de água (237 ml) ao expirar, e eliminamos cerca de seis xícaras (1,4 l) dele. Nós também perdemos eletrólitos - minerais como sódio e potássio que regulam os fluidos do corpo. Então, como podemos substituí-lo?
Podemos obter cerca de 20% da água de que precisamos por meio dos alimentos que comemos. Algumas comidas, como melancia, são quase 100 por cento de água. Embora a quantidade de água de que precisamos a cada dia varie, geralmente são cerca de oito xícaras (2 litros). Mas, em vez de se preocupar em entrar nessas oito xícaras, você deve beber apenas quando começar a sentir sede. Você pode obter sua água bebendo outras bebidas - mas algumas bebidas, como álcool, pode deixá-lo mais desidratado.
Se sua urina é amarelo escuro, você pode não estar bebendo água suficiente. Claro, você precisa de mais água quando está se exercitando; doente com diarréia, vômito ou febre; ou em um ambiente quente por um longo tempo. A maioria das pessoas consegue sobreviver apenas alguns dias sem água, embora dependa de vários fatores, incluindo sua saúde e meio ambiente. Alguns duram até duas semanas. Seguidores de um menino budista meditando no Nepal afirmam que ele passou dois anos sem comida ou água, mas os médicos não conseguiram comprovar isso [fonte:All Headline News].
Quando você não consegue água suficiente, ou perder muita água, torna-se desidratado . Os sinais de desidratação leve incluem boca seca, sede excessiva, tontura, tontura e fraqueza. Se as pessoas não recebem fluidos neste momento, eles podem sofrer desidratação severa, que pode causar convulsões, respiração rápida, um pulso fraco, pele solta e olhos fundos. Em última análise, a desidratação pode causar insuficiência cardíaca e morte.
A desidratação causada pela diarreia é uma das principais causas de morte em países subdesenvolvidos. Quase 2 milhões de pessoas, principalmente crianças, morrem todos os anos [fonte:OMS]. Consumir água poluída com contaminantes biológicos e não ter acesso a instalações sanitárias adequadas pode levar a doenças como malária e cólera e parasitas como criptosporidiose e esquistossomose. A água também pode ser contaminada com produtos químicos, pesticidas e outras substâncias naturais.
Na próxima página, aprenderemos sobre como purificar a água.
Água que é segura para beber é chamada água potável , ou água potável, em contraste com Água segura , que pode ser usado para banho ou limpeza. Nos Estados Unidos, a Agência de Proteção Ambiental define níveis máximos para os 90 contaminantes de ocorrência mais comum. Se algo acontecer ao seu abastecimento de água, seu fornecedor deve contatá-lo para informá-lo sobre os cuidados que você deve tomar.
O tratamento da água requer seis etapas básicas.
Na próxima seção, veremos mais de perto exatamente como a água circula nas células animais e vegetais.
Técnicas de sobrevivência na águaSe sua água ficar contaminada e você não tiver água engarrafada, você pode purificá-lo de algumas maneiras diferentes. Se estiver nublado, primeiro filtre-o com panos limpos ou deixe-o assentar e depois despeje a água limpa. Então, você pode ferver a água por um minuto para matar a maioria dos organismos causadores de doenças.
Você também pode adicionar um oitavo de uma colher de chá de alvejante doméstico por galão de água (ou seguir as instruções do rótulo). Você deve dobrar a quantidade se a água estiver descolorida ou turva. Mexa e deixe descansar por 30 minutos. Tabletes de alvejante com cloro são vendidos em lojas de suprimentos para camping para purificar a água potável. Você também pode usar cinco gotas de iodo por galão para desinfetar a água.
Armazene água fervida ou desinfetada em água limpa, recipientes cobertos. Se a água fervida tiver um gosto muito chato ou o gosto do cloro for muito forte, despeje de um recipiente para outro.
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A água regula a temperatura das plantas e transporta nutrientes através delas. Martin Poole / Digital Vision / Getty Images As plantas contêm ainda mais água do que os animais - a maioria delas contém de 90 a 95% de água [fonte:BBC]. Assim como acontece com os animais, a água regula a temperatura da planta e transporta nutrientes através dela. Mas, em vez de beber e comer água, as plantas obtêm-no através do orvalho, irrigação e precipitação.
As plantas absorvem água através de suas raízes, e os verdes usam em fotossíntese , que é como eles criam açúcar para alimentos. (Você pode aprender mais sobre o processo de fotossíntese em Como funciona a Terra.) As plantas também precisam de água para se sustentar. Pressão do processo de osmose - o movimento da água de fora para dentro das células da planta - mantém as paredes celulares da planta.
Quando você rega uma planta, suga a água através ação capilar . Em seguida, a água viaja das raízes através de tubos chamados vasos de xilema . A água atinge as folhas da planta e escapa por pequenos orifícios chamados estômatos , que abrem quando a planta precisa esfriar. Este processo é chamado transpiração e é semelhante a como as pessoas (e alguns animais) suam. O dióxido de carbono também entra na planta através dos estômatos.
O processamento de água é mais complicado para animais e pessoas, embora também seja semelhante em vários aspectos. A água que você consome é absorvida na parte superior do intestino delgado por osmose. Ele entra na corrente sanguínea e é transportado por todo o corpo. Ao contrário das células vegetais, Contudo, as células animais não possuem paredes celulares. É por isso que os animais têm sistemas circulatórios - caso contrário, nossas células absorveriam água e sal até incharem. Nossos sistemas circulatórios movem a água pelo nosso corpo e a removem conforme necessário por meio de suor e micção.
Alguns animais, como um organismo microscópico chamado de tartígrado , pode ficar sem água por um período de tempo extraordinário. Se o ambiente do tartígrado não tiver água suficiente, o animal vai para uma vida sem água, chamado anidrobiose . O açúcar ocupa o lugar da água em suas células, tornando-o impermeável a extremos de temperatura. Seu metabolismo diminui, e o tartígrado permanece nesse estado de mal vivo até que tenha água suficiente para realmente viver novamente.
Algumas plantas também encontraram maneiras únicas de viver com pouca ou nenhuma água. Uma maneira é uma variação da fotossíntese chamada Fotossíntese do Metabolismo do Ácido Crassuláceo (CAM) . Na fotossíntese CAM, uma planta armazena dióxido de carbono como ácido e mantém seus estômatos fechados durante o dia para economizar água (a evaporação ocorre mais lentamente à noite). Ele pode até manter seus estômatos fechados o tempo todo se as condições forem especialmente áridas. Os cactos usam a fotossíntese CAM para sobreviver ao calor extremo e à seca do deserto.
Próximo, vamos ver como o hidrológico , ou água, funções de ciclo.
O vapor de água que acaba nas nuvens eventualmente se condensa em gotículas de água e precipita como chuva, granizo, granizo ou neve. Pete Turner / The Image Bank / Getty Images O ciclo da água é o movimento contínuo da água dentro e ao redor da Terra. Como mencionado anteriormente, a água nunca vai embora - apenas muda de forma. O sol impulsiona todo o ciclo da água e é responsável por seus dois componentes principais: condensação e evaporação . Quando o sol aquece a superfície da água, ele evapora e acaba na atmosfera como vapor d'água. Ele esfria e sobe, tornando-se nuvens, que eventualmente se condensam em gotas de água. Dependendo da temperatura da atmosfera e outras condições, a água precipita como chuva, granizo, granizo ou neve.
Parte dessa precipitação é capturada pelas copas das árvores e evapora novamente na atmosfera. A precipitação que atinge o solo torna-se escoamento , que podem se acumular e congelar em coberturas de neve ou geleiras. Também pode se infiltrar no solo e se acumular, eventualmente armazenando em aquíferos . Um aquífero é um grande depósito de água subterrânea que pode ser extraído e usado. Este escoamento também vem de degelo , que ocorre quando o sol e as mudanças climáticas derretem a neve e o gelo. Finalmente, parte desse escoamento retorna para lagos e oceanos, onde é novamente evaporado pelo sol. Você pode aprender mais sobre o ciclo da água em Como funciona a Terra.
A água que cai no solo e fica no solo acaba evaporando e se retirando para a atmosfera. Mas as águas subterrâneas, que é a principal fonte de nossa água potável, pode se acumular em aqüíferos ao longo de milhares de anos. Aquíferos não confinados tem o lençol freático, ou a superfície onde a pressão da água é igual à pressão atmosférica, como seus limites superiores. Aqüíferos confinados frequentemente ficam abaixo de aqüíferos não confinados e têm uma camada de rocha ou outros materiais como seus limites superiores.
Nos Estados Unidos, a água subterrânea mais antiga, conhecido como água fóssil, está contido no Aquífero Ogallala. Abaixo de cerca de 175, 000 milhas quadradas (450, 000 quilômetros quadrados) de oito estados nas Grandes Planícies, o Aqüífero Ogallala armazena cerca de 2, 900 milhões de pés-acre (3, 600 milhões de quilômetros cúbicos) de água [fonte:High Plains / Ogallala Aquifer]. O Aquífero Ogallala foi formado entre 2 e 6 milhões de anos atrás, quando a cadeia das Montanhas Rochosas estava se formando. Porque o clima das Grandes Planícies é árido, a água do aquífero está sendo usada mais rapidamente do que pode ser recarregada. É por isso que alguns cientistas se referem ao uso de aquíferos fósseis como agua mineração .
A água subterrânea também pode existir em outros planetas. Imagens da espaçonave Mars Global Surveyor mostram o que pareciam ravinas escavadas por rios de água na superfície do planeta. De acordo com a NASA, a água é provavelmente 300 para 1, 300 pés (100 a 400 metros) abaixo da superfície. Europa, uma das luas de Júpiter, também pode ter água subterrânea. Como nossa necessidade de água supera o suprimento da Terra, os cientistas se perguntam se poderemos um dia extrair água de outros planetas e luas de nosso sistema solar.
A água tem muitas propriedades únicas e surpreendentes que a tornam tão importante para a vida. É por isso que estamos constantemente procurando maneiras melhores de obtê-lo e conservá-lo. Na próxima seção, veremos essas propriedades e aprenderemos mais sobre a própria água.
Um strider de água demonstra tensão superficial. Steve Maslowski / Getty Images A ligação de hidrogênio entre as moléculas de água da qual falamos na primeira seção é a razão por trás de duas propriedades exclusivas da água: coesão e adesão . Coesão refere-se ao fato de que a água adere a si mesma com muita facilidade. A adesão significa que a água também adere muito bem a outras coisas, é por isso que ele se espalha em uma película fina em certas superfícies, como vidro. Quando a água entra em contato com essas superfícies, as forças adesivas são mais fortes do que as forças coesivas. Em vez de ficarem juntos em uma bola, ele se espalha.
A água também tem um alto nível de tensão superficial . Isso significa que as moléculas na superfície da água não estão rodeadas por moléculas semelhantes em todos os lados, portanto, eles estão sendo puxados apenas pela coesão de outras moléculas bem no fundo. Essas moléculas aderem fortemente umas às outras, mas aderem ao outro meio fracamente. Um exemplo disso é a maneira como a água se acumula em superfícies cerosas, como folhas ou carros encerados. A tensão superficial faz com que essas gotas de água sejam arredondadas para que cubram a menor área de superfície possível.
Ação capilar também é resultado da tensão superficial. Como mencionamos, isso acontece nas plantas quando "sugam" água. A água adere ao interior dos tubos da planta, mas a tensão superficial tenta achatá-lo. Isso faz a água subir e aderir a si mesma novamente, um processo que continua até que água suficiente se acumule para fazer a gravidade começar a puxá-lo de volta para baixo.
As ligações de hidrogênio da água também são o motivo de sua forma sólida, gelo , pode flutuar em sua forma líquida. O gelo é menos denso que a água porque as moléculas de água formam estruturas cristalinas em temperaturas de congelamento (32 graus Fahrenheit ou 0 graus Celsius). As propriedades térmicas da água também estão ligadas às suas ligações de hidrogênio. Água tem uma alta capacidade de calor específica , que é a quantidade de calor por unidade de massa necessária para elevar sua temperatura em um grau Celsius. A energia necessária para elevar a temperatura da água em um grau Celsius é de 4,2 joules por grama. A água também tem uma alta calor da vaporização , o que significa que pode suportar muito calor sem que a temperatura aumente muito. Isso desempenha um papel importante no clima, porque significa que os oceanos demoram muito para aquecer.
A água é frequentemente conhecida como o solvente universal , o que significa que muitas substâncias se dissolvem nele. As substâncias que se dissolvem na água são hidrofílico . Isso significa que eles são tão fortes ou mais fortes do que as forças coesivas da água. Sal e açúcar são polares, como água, então eles se dissolvem muito bem nele. Substâncias que não se dissolvem na água são hidrofóbico . Esta é a fonte do ditado "óleo e água não se misturam." A solvência da água é o motivo pelo qual a água que usamos raramente é pura; geralmente contém vários minerais dissolvidos.
A presença desses minerais é a diferença entre água não filtrada e água macia . A água dura geralmente contém muito cálcio e magnésio, mas também pode conter metais. O sabão não faz espuma em água dura, mas a água dura geralmente não é perigosa. Também pode causar depósitos de calcário em tubos, aquecedores de água e banheiros.
Algumas das últimas controvérsias sobre as propriedades da água estão em como o gelo se comporta quando derrete. Alguns cientistas afirmam que tem a mesma aparência de quando é sólido, exceto que algumas de suas ligações de hidrogênio são quebradas. Outros afirmam que ela forma uma estrutura inteiramente nova. Portanto, por toda a sua importância, ainda não entendemos completamente a água.
Para mais informações sobre água e tópicos relacionados, confira os links na próxima página.
