XIII - O CICLO DA ÁGUA

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1 XIII - O CICLO DA ÁGUA A ocorrência da água: ÁGUA = H 2 O = ao elemento mais abundante na superfície do planeta; é o melhor solvente disponível na natureza; atua no intemperismo químico, físico e na erosão (transportando desde partículas até cascalhos); é a principal sustância para a manutenção da vida sobre a terra, seja pela fotossíntese (reação de CO 2 e H 2 O) ou ainda, rios e principalmente, compor praticamente 80% do corpo humano. A água é uma das substâncias mais abundantes do planeta, podendo ser encontrada em quase tudo ao nosso redor. Além de ocupar mais de 70% da superfície terrestre, ela também está presente na atmosfera (sob a forma de vapor) e em lençóis subterrâneos, rios no interior de cavernas, bolsões etc. Na região central e no nordeste do Brasil, por exemplo, existem gigantescos bolsões de água, com muitos quilômetros quadrados de extensão, dos quais ela pode ser extraída pela perfuração de poços não muito profundos. Além disso, a água também é um componente obrigatório do corpo dos seres vivos. Muitas pessoas consideram a água um recurso natural inesgotável, pois conhecem as extensões dos oceanos, grandes rios, lagos, cachoeiras e as imensas geleiras polares. Além disso, lembra-se também das fortes chuvas, sobretudo nas regiões tropicais, que podem ser seguidas de inundações. O volume total de água do planeta está distribuído, aproximadamente, da seguinte maneira: 97,4% - de água nos oceanos; 2,0% - de água doce dos gelos polares e das geleiras; 0,5% - de água doce subterrânea; 0,1% - de água doce de rios e lagos, inclusive o vapor de água da atmosfera. Para entender melhor, podemos fazer a seguinte comparação: imagine que toda a água do planeta corresponda a 100 litros. Teríamos, então, 97,4 litros de água dos oceanos, 2 litros de gelo, meio litro de águas subterrâneas e apenas 100 mililitros de água doce dos rios e lagos. Sendo apenas de 0,1% a pequena quantidade de águas doces superficiais diretamente aproveitáveis pelo o homem, pode entender a importância do uso racional da água em todas as atividades humanas. Por isso, é necessário evitar, a todo custo, o desperdício e a poluição das águas. A água distribui-se na atmosfera e na superfície da crosta até a profundidade de 10km, isto é o que chamamos de hidrosfera que compõe os reservatórios naturais tais como: oceanos, geleiras, rios, lagos, vapor d água atmosférico, água subterrânea e água retiradas dos seres vivos. Origem Da Água Sua origem consta dos primórdios da formação da atmosfera, quando o planeta estava sendo desgaseificado, isto é, quando a liberação de gases ocorria pelo resfriamento ou aquecimento de rochas. Esse processo ocorre até hoje e teve início no resfriamento geral do planeta, onde na formação das rochas magmáticas, foram liberados gases, principalmente vapor d água e gás carbônico, entre vários outros. A geração de água sob forma de vapor é observada atualmente em erupções vulcânicas, denominada água juvenil. O intercâmbio entre esses reservatórios compreende o ciclo da água ou ciclo hidrológico que juntamente a energia solar compõe o processo de dinâmica externa da Terra. A figura 31 mostra o ciclo completo da água. 42

2 Figura 31: Representação esquemática do ciclo da água completo. Ciclo Hidrológico - Partindo de um volume relativamente constante de água no SISTEMA TERRA, o ciclo hidrológico inicia um fenômeno conhecido como precipitação meteórica que representa a condensação de gotículas a partir do vapor d água presente na atmosfera, dando origem à chuva; - Quando o vapor d água transforma-se em cristais de gelo, tem-se a neve, o granizo que é responsável pela geração e manutenção de importantes reservatórios representados pelas geleiras nas calotas polares e ainda nos cumes das montanhas; - Parte dessa precipitação retorna para a atmosfera por evaporação direta, esta parte soma-se ao vapor d água formado sobre o solo e aquele liberado pela atividade biológica de organismos, principalmente as plantas, através da respiração. Todo esse processo recebe o nome de evapotranspiração, na qual a evaporação direta é causada pela radiação solar e vento, e a transpiração dependem da vegetação. - A evapotranspiração em áreas de clima quente e úmido (floresta amazônica) devolve a atmosfera até 70% da precipitação; já em ambientes glaciais o retorno da água para a atmosfera ocorre pela substituição do gelo (a água passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso, pela ação do vento). - Em regiões de floresta, uma parcela da precipitação pode ficar retida nas folhas e caules sofrendo evaporação posteriormente e, a este processo dá-se o nome de interceptação, onde com o movimento da vegetação, parte dessa água continua seu trajeto atingindo o solo. Esse processo diminui a ação erosiva. - A partir do solo a água pode seguir dois caminhos: 1 o consta da infiltração que depende diretamente das características da cobertura da superfície. 2 o consta da capacidade de absorção de água pela superfície, e quando este é superado, fazendo com que o excesso de água inicie o escoamento superficial, impulsionado pela gravidade para zonas mais baixas. Esse escoamento inicia-se através de pequenos filetes de água disseminados pela superfície do solo que convergem para córregos e rios, constituindo assim a rede de drenagem. Parte dessa água retorna à superfície através de nascentes, alimentando o escoamento superficial, ou ainda, através de rotas de fluxo mais profundas e lentas, reaparecendo diretamente nos oceanos. Estima-se que os oceanos contribuem com 80% do total anual evaporado e os continentes com 15% por evapotranspiração. 43

3 O ciclo hidrológico pode ser comparado a uma grande máquina de reciclagem de água, na qual operam processos tanto de transferência entre os reservatórios como de transformação entre o estado gasoso, líquido e sólido. Balanço Hídrico e Bacias Hidrográficas - O ciclo hidrológico tem uma aplicação prática no estudo de recursos hídricos que visa avaliar e monitorar a quantidade de água disponível na superfície da Terra. A unidade geográfica para esses estudos, denomina-se bacia hidrográfica, definida como uma área de captação de água de capitação, demarcada por divisores topográficos, onde toda água capitada converge para um único ponto de saída denominado enxutório. A bacia hidrográfica é um sistema físico onde se pode quantificar o ciclo da água. Essa análise quantitativa é feita pela equação geral do balanço hídrico. Dessa forma a água é captada e levada para uma estação de tratamento e depois distribuída, conforme a figura abaixo: Figura 32: Esquema representativo de uma estação de tratamento e a distribuição de água. Água no Subsolo - Consta da fração de água que sofre infiltração, acompanhando seu caminho pelo subsolo, onde a força gravitacional e as características dos materiais presentes irão controlar o armazenamento e o movimento das águas, dessa maneira, toda água que ocupa espaços vazios em formações rochosas é classificada como água subterrânea. - O processo mais importante de recarga de água no subsolo é a infiltração, onde seu volume e a velocidade dependem de vários fatores: Tipos e condições dos materiais terrestres - a infiltração é favorecida pela presença de materiais porosos e permeáveis, como solos e sedimentos arenosos, ou ainda, em rochas muito fraturadas ou porosas também permitem a infiltração de águas superficiais. Por outro lado, rochas magmáticas ou metamórficas, ou ainda materiais argilosos e outros tipos de rochas pouco fraturadas, são desfavoráveis à infiltração. 44

4 Coberturas vegetais - Em áreas vegetadas a infiltração é favorecida pelas raízes que abrem caminho para a água descendente no solo. A cobertura florestal também exerce importante função no retardamento de parte da água que atinge o solo, através da interceptação, sendo o excesso lentamente liberado para a superfície do solo por gotejamento. Topografia - De uma forma geral os declives acentuados favorecem o escoamento superficial direto, diminuindo a infiltração; já as superfícies suavemente onduladas permitem o escoamento superficial menos veloz, aumentando a possibilidade de infiltração. Precipitação - O modo como o total da precipitação é distribuído ao longo do ano é um fator decisivo no volume de recarga da água subterrânea, em qualquer tipo de terreno. Chuvas regularmente distribuídas ao longo do tempo promovem uma infiltração maior pois, desta maneira, a velocidade de infiltração acompanha o volume de precipitação. Ao contrário, chuvas torrenciais favorecem o escoamento superficial direto, pois a taxa de infiltração é inferior ao grande volume de água precipitada em curto intervalo de tempo. Ocupação do solo O avanço da urbanização e a devastação da vegetação influenciam significativamente a quantidade de água infiltrada em adensamentos populacionais e zonas de intenso uso agropecuário. Nas áreas urbanas, as construções e a pavimentação impedem a infiltração, causando efeitos catastróficos devido ao aumento do escoamento superficial e redução na recarga de água subterrânea. Nas áreas rurais, a infiltração sofre redução pelo desmatamento em geral e pela compactação dos solos causada pelo pisoteamento de animais, como em extensivas áreas de criação de gado. Um caso curioso ocorre em São Paulo, onde se detectou uma recarga significativa da água subterrânea por vazamento da rede de abastecimento. Distribuição e Movimento da Água no Subsolo Depende de alguns fatores tais como: - Além da força gravitacional e das características dos solos, sedimentos e rochas, o movimento da água no subsolo é controlado também pela força de atração molecular e tensão superficial, dependendo de alguns fatores tais como: - Atração molecular: ocorre quando as moléculas de água são presas na superfície de argilominerais por atração de cargas opostas, este fenômeno ocorre principalmente nos primeiros metros de profundidade, onde ocorre solo rico em argila. Tensão molecular: tem seus efeitos nos interstícios muito pequeno onde a água fica presa nas paredes dos poros, podendo ter movimento ascendente (contra a gravidade) por capilaridade. O local onde os poros estão cheios de água é denominado zona saturada ou freática e acima desse nível os espaços vazios estão parcialmente preenchidos por água e ar, definindo a região de zona não saturada ou ainda de vadosa ou zona de areação. O limite entre a zona de areação e a vadosa é muito importante e recebe o nome de superfície freática ou nível de água subterrânea, facilmente identificável quando, ao se perfurar poços, a altura da água marca a posição do nível de água. O nível freático normalmente acompanha as irregularidades do terreno. A profundidade ocorre em função da recarga e do tipo de solo, onde há mais pluviosidade, tende a ser mais raso, em locais áridos, mais profundos. Quando o nível de água intercepta a superfície do terreno, o nível aflora, gerando nascentes, córregos ou rios. Porosidade: trata do tipo de material onde ocorre maior ou menor infiltração de água. Têm-se então dois tipos de porosidades, a primária que é caracterizada pelas rochas sedimentares e os espaços entre os grãos ou planos de estratificação, o tamanho e a forma das partículas, o seu grau de seleção e a presença de cimentação, influenciam na porosidade; a secundária, se desenvolve após a formação das rochas ígneas, metamórficas ou mesmo sedimentares, por fraturamento ou falhamento durante a deformação. Um tipo especial ocorre em rochas solúveis como o calcário e o mármore, através da criação dos vazios por dissolução, caracterizando a porosidade cárstica. 45

5 Permeabilidade: o principal fator que determina a disponibilidade de água subterrânea não é a quantidade de água que os materiais armazenam e sim, a sua capacidade em permitir o fluxo de água através dos poros. O fluxo dependerá diretamente do tamanho dos poros e da conexão entre eles (as argilas possuem poros muito pequenos e o basalto não possui poros mas em compensação possui falhas e fraturas). Aqüíferos São reservatórios subterrâneos que dependem diretamente do tipo de porosidade existente no material em que a água infiltra-se. Além de aqüíferos, dois termos são utilizados: aquicludes (define unidades geológicas onde, apesar do saturamento da água, são incapazes de transmitir um volume significativo com velocidade suficiente para abastecer poços e nascentes) e aquitarde (ocorre quando há intercalações de arenitos e siltitos, onde os siltitos são menos porosos). - Aquíferos e tipos de porosidades Basicamente três tipos: 1- Intergranular: formam-se a partir de sedimentos arenosos, onde a produtividade diminui em função do grau de cimentação entre os grãos. 2- De fraturas: forma-se em conseqüência de deformações tectônicas, por fraturas e falhas. Só serão bons aqüíferos se as falhas e as fraturas estiverem interligados. 3- De condutos (cárstico): é caracterizado pela porosidade cárstica, constituída por uma rede de condutos com diâmetros milimétricos a métricos, gerado pela dissolução de rochas carbonáticas ( que contêm CaCO 3 ), conforme a figura 3. Figura 33: Desenho esquemático de um sistema cárstico. 46

6 10- Ação Geológica da Água Subterrânea: Ação geológica é a capacidade de um conjunto de processos causar modificações nos materiais terrestres, transformando minerais, rochas e feições terrestres. O esculpimento de formas de relevo da superfície terrestre é um tipo de ação geológica, dominada pela geodinâmica externa do planeta erra, conhecida como ação geomórfica. Os principais processos e respectivos produtos da ação geomórfica da água subterrânea são: PROCESSO Pedogênese (intemperismo químico) Solifluxão Erosão interna, solapamento Carstificação (dissolução) PRODUTO Cobertura pedológica (solos) Escorregamento de encostas Boçorocas Relevo cárstico, cavernas, aqüífero de conduto Pedogênese: Refere-se ao modo de formação de um solo ou ao estudo dos solos sob o aspecto genético, considerando-se os fatores envolvidos na sua formação, tais como, litologia da rocha matriz, clima, relevo, etc. Solifluxão: Fenômeno particularmente ativo em regiões periglaciais, que consiste no rastejo de material superficial de uma encosta promovida pelo congelamento e degelo sucessivo de água intersticial. É um tipo de movimento de massa de fragmentos rochosos produzidos por perda de atrito interno por embebição com água de degelo. Boçoroca ou Voçoroca ou Ravina: feição erosiva originada por ação de escoamento de água superficial que, através da erosão laminar, provoca uma incisão no manto de intemperismo, ou em rochas sedimentares pouco coesas da superfície do terreno. No Brasil usa-se o termo Boçoroca para se referir a ravinas de grandes dimensões (dezenas de metros de profundidade e centenas de metros de extensão), que ocorre em terreno geralmente arenoso. Neste caso, o processo inicia-se pela erosão superficial a partir de estrias ou valetas antigas em regiões de topografias favoráveis que, freqüentemente pode ser combinada com erosão subterrânea. Exemplos muito conhecidos são os que ocorrem na Serra da Mantiqueira. Carste: topografia formada sobre rochas solúveis, tais como, calcário e gipsita, caracterizadas por dolinas, cavernas e drenagem subterrânea. Dolina: cratera de abatimento que caracteriza regiões cársticas, cujo diâmetro variam de 9 a 900m e as profundidades situam-se entre 2 a 100m. Muitas vezes apresenta forma de funil e comunica-se com um sistema de drenagem subterrânea em terrenos calcários. Sinônimo:Cratera de abatimento. Espeleotema: por espeleotema entende-se o conjunto das feições deposicionais das cavernas, que constituem as fácies cársticas ou depósitos espélicos de origem química, que compreendem as estalactites e estalagmites, as pérolas de cavernas e etc. 47

7 1- Escalas Numéricas e Gráficas XIV - NOÇÕES DE CARTOGRAFIA 1.1- Escalas de Mapas É a representação total ou parcial da superfície terrestre que é feita através de cartas ou mapas topográficos, onde se inclui a aplicação de princípios de escalas. - Escala: É a relação matemática que indica quantas vezes as dimensões reais do terreno são maiores que as dimensões representadas na carta. Indica quantas vezes a realidade que estamos representando no papel, foi reduzida. Portanto, a escala é o quociente entre as distâncias medidas sobre o mapa e as correspondentes distâncias reais sobre o terreno. a) Escala Numérica: É a forma fracionária de indicação. Os valores são representados numa razão de 1/ ou proporção 1: , onde cada 1 cm do papel equivale a cm no terreno, ou seja, 1Km, conforme representação abaixo: Km hm dam m dm cm b) Escala Gráfica: Permite medir as distâncias nos mapas. É uma reta dividida em partes iguais, onde cada divisão corresponde a certo número de metros ou quilômetros, dependendo da escala, mostrando a relação com as dimensões do terreno. Ex Escala Numérica: 1: onde cada 1 cm equivale a 30Km, representamos graficamente da seguinte forma: 1 cm Km EXERCÍCIOS 1- Interprete e transforme em unidades de comprimento as escalas abaixo: a- 1: b- 1: c- 1: d- 1: e- 1: f- 1:1.000 g- 1: h- 1:500 48

8 2- Construa uma escala gráfica correspondente à escala 1:13Km, onde cada seguimento represente 10Km. 3- Dada a escala numérica 1: , construa uma escala gráfica em quilômetros. 4- Dada a escala gráfica abaixo, transforme-a em escala numérica: Km 49

9 5- Desenhe uma planta do laboratório, seguindo as seguintes instruções: a) Escala numérica igual 1:100 b) Represente na planta a posição exata das portas e janelas c) As dimensões do laboratório são: - 5m de largura - 10m de comprimento - 4m de janela - 80cm de porta 50

10 6- Desenhe outra planta na escala 1:200, utilizando as mesmas medidas do exercício anterior: 7- Qual a diferença entre as duas plantas? Qual a escala maior? O que você conclui: 51

11 2- Curvas De Nível ou Isópacas São linhas que unem pontos de mesma altitude, representadas nos mapas topográficos. Fornecem a idéia da conformação altimétrica ou relevo da superfície terrestre. As altitudes dos pontos são chamadas de cotas e, é por meio delas que se distinguem as elevações das depressões. As cotas podem ser determinadas através do nível do mar ou qualquer outro nível de referência. EQÜIDISTÂNCIA É a distância vertical entre as curvas de nível, em metros. EXERCÍCIOS 1- O que são Curvas de Nível e o que representam? 52

12 2) Calcular a Equidistância das Curvas de Nível e traçar os perfis topográficos nas figuras abaixo usando a escala vertical 1:100. a) Equidistância: b) Relevo: 900 A B 53

13 B) Utilizando a escala vertical de 1:5000 a) Equidistância: b) Relevo: A B 54

14 C) Utilizando a escala vertical de 1: a) Equidistância: b) Relevo: 400 A 100 B 55

15 D) Utilizando a escala vertical de 1: a) Equidistância: b) Relevo: