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ESTADO ESTACIONÁRIO OU EQUILÍBRIO DINÂMICO?

Objetivos:

Introduzir o conceito de equlíbrio diferenciando o equilíbrio dinâmico do equilíbrio estático.
Entender o fluxo de entrada e saída de um sistema em equilíbrio estático.
Verificar as causas de possíveis pertubações no equilíbrio estabelecido.
Exemplificar sistemas semelhantes ao do ciclo de carbono.

No capítulo 3 os estudantes aprenderam a construir o ciclo completo do carbono que mostra quais as fontes mais importantes de carbono. Neste capítulo será abordado como a variação do fluxo de entrada ou saída afetam o ciclo do carbono.

Introdução:

Existem na natureza vários fatores que podem alterar o ecossistema. A água flui de dentro para fora do ecossistema; os nutrientes se movem desde o solo até os organismos vivos e voltam a ele novamente. Organismos crescem, morrem se decompõem e seus nutrientes retornam ao sistema. Se os depósitos permanecem constantes, com os fluxos de entrada iguais ao de saída, se diz que o ecossistema está em estado de equilíbrio.

Uma substância muito importante no ecossistema é o gás carbônico (C O₂). Qual é o papel desse gás este sistema? Como a variação de sua concentração poderia alterar a vida na Terra?

A vida na Terra surgiu e se desenvolveu com a ajuda do CO₂ pois ele era o alimento básico das algas primitivas; como resíduo estas descartavam oxigênio, que no futuro se tornaria mais abundante que o CO₂ na atmosfera. As plantas ainda absorvem gás carbônico, apesar de, como todos os animais, respirarem pelo processo inverso: absorvendo oxigênio e descartando CO₂. Em resumo, como resultado dessa íntima relação com a vida, uma fração não desprezível do CO₂original acha-se hoje estocada na massa das florestas e seus habitantes.

Uma outra parcela de gás, maior que a anterior, dissolveu-se nos oceanos. Mas a imensa maioria, absorvida pelo solo, passou a fazer parte da crosta terrestre, na forma de rochas chamadas carbonatos. As rochas, de vez em quando, devolvem parte do CO₂ao ar por meio de processos como erupções vulcânicas. Esse maravilhoso ciclo encanta os biólogos por sua perfeição.

Estaremos exemplificando várias situações cotidianas de equilíbrios para ajudar a interpretação do estado de equilíbrio de um ciclo como o do carbono.

Caracterização dos equilíbrios:

Considere uma jarra de água fechada em cima da prateleira do laboratório com água até a metade do seu volume. Apesar do volume de água não variar e de parecer que nada esteja ocorrendo dentro da jarra, as moléculas de água no estado líquido estão continuamente passando para o gasoso (vaporização). Como o volume de água não varia podemos concluir que o mesmo número de moléculas que está passando do estado líquido para o gasoso, está passando do gasoso para o líquido (condensação). A mudança da vaporização para a condensação é representada pelo equilíbrio dinâmico como:
H₂O (l)

H₂O (g)

Equilíbrio dinâmico numa jarra de água fechada.

Suponha um tanque de depósito com uma entrada, proveniente de uma fonte de energia, e uma saída. Como exemplo, pense em um tanque de água vazio localizado em um lugar alto sobre a cidade, com uma entrada de fluxo estacionário de água e uma drenagem através da qual a água sai. A medida que a água entra, o tanque se enche. a medida que este se enche, o peso da água cresce e faz que flua pela drenagem mais rápido. Eventualmente, a água fluirá na entrada e na saída com a mesma vazão, e o nível da água permanecerá constante. O gráfico a seguir mostra a mudança da quantidade de água que aumenta rapidamente, depois diminui e finalmente alcança um estado estacionário .

Supondo que o tanque esteja cheio desde o princípio em lugar de vazio. O quê poderia então acontecer?
Quando se começa com o tanque cheio, o nível diminuirá até alcançar o mesmo estado estacionário. O que aconteceria se a entrada de água se fechasse? O nível do tanque diminui rapidamente ao princípio e depois lentamente, porque a medida que a quantidade de água diminui, sua pressão sobre a drenagem se torna menor.
Um exemplo na natureza, é uma corrente fluindo constantemente para uma lagoa que também tem uma corrente fluindo para fora dela. Quando a corrente de entrada começa a fluir, o lago se enche até um nível onde o fluxo de entrada iguala ao fluxo de saída. Após uma tempestade de chuva a quantidade de água no lago aumenta mas logo volta ao nível inicial. Se a corrente de entrada é repentinamente desviada, a água na lagoa será drenada até esgotar-se.

A quantidade de material armazenada no reservatório ( ex.: CO₂ na atmosfera) pode ser influenciada por variações no fluxo de entrada e saída. Assim, embora o estado estacionário implique em uma condição de equilíbrio esse estado estacionário pode ser alterado por uma variedade de fatores externos.

    Se o fluxo de carbono da Terra aumenta gradualmente devido a combustão de combustíveis fósseis, qual o efeito que causaria na quantidade de carbono na atmosfera?
    Logicamente a quantidade de carbono na atmosfera iria aumentar, estado estacionário. Porém, uma parte do carbono transportado para a atmosfera deve ser deslocado para o reservatório do oceano, equilíbrio dinâmico. O aumento de carbono na atmosfera proveniente da queima dos fósseis será então menor do que o esperado. O equilíbrio dinâmico do ciclo do carbono será melhor discutido nocapítulo 6.
    O ciclo do CO₂não é inflexível, ou seja, ele tende a mudar para manter seu equilíbrio.
    O mecanismo é simples:
    Primeiro, o frio reduziu a quantidade de gás carbônico absorvida pelo solo, pois as reações químicas das rochas com o ar se tornam mais lentas em baixa temperatura.
    Segundo, os vulcões continuaram a expelir CO₂, ao mesmo ritmo que antes, porque suas erupções dependem apenas de calor interno do planeta, que não é afetado pela luz solar. O resultado é que o gás carbônico começa a se acumular na atmosfera e a elevar a temperatura por meio do efeito estufa. Chega a parecer que o planeta é vivo; regula seu próprio clima. É muito provável que o notável ciclo do gás carbônico já esteja movendo as engrenagens planetárias de modo a corrigir, pelo menos em parte, erros humanos.

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