Sistemas Terrestres e Recursos

Em 26 de dezembro de 2004, o fundo do mar na costa de Sumatra se elevou vários metros. O terremoto durou quase dez minutos, e o tsunami que ele provocou matou cerca de 230,000 pessoas em quatorze países. Isso aconteceu onde uma placa desliza sob outra. Esta unidade trata da estrutura física da Terra sobre a qual se assenta cada ecossistema: suas placas em movimento, seu solo, seu ar, seus ventos e sua água, e a luz solar que os impulsiona.

A camada externa da Terra (litosfera) é fragmentada em placas rígidas que se movem alguns centímetros por ano sobre o manto quente e lentamente fluente abaixo. Isso é tectônica de placas. A maioria dos terremotos e vulcões ocorre nas bordas das placas, os limites de placa.

• Divergente: o magma sobe para o espaço e solidifica, formando nova crosta. No fundo oceânico, isso é espalhamento do leito oceânico (Dorsal Mesoatlântica); em terra firme, forma um vale de rift (África Oriental). A Islândia está sobre a Dorsal Mesoatlântica.
• Convergente: quando uma placa oceânica encontra uma continental, a mais densa afunda sob ela. Isso é subducção. À medida que a placa afunda, a água liberada reduz o ponto de fusão da rocha do manto acima, que se funde; o magma sobe para formar vulcões (Os Andes). Quando duas placas oceânicas encontram-se, a subducção forma um arquipélago de ilhas vulcânicas, um arco de ilhas (Japão, Filipinas). Quando dois continentes encontram-se, nenhum afunda, então a crosta amassa-se formando montanhas altas (Os Himalaias).
• Transformante: as placas deslizam lateralmente uma sobre a outra, como a Falha de San Andreas, na Califórnia.

Por que ocorrem terremotos. Entre os terremotos, o atrito trava os dois lados de uma falha enquanto as placas continuam a mover-se, acumulando tensão na rocha. Quando a tensão supera o atrito, a falha desliza abruptamente e a energia armazenada é liberada como um terremoto.

Pontos quentes são locais onde um plume quente do manto sobe sob o centro de uma placa, como abaixo do Havaí. A placa move-se sobre o ponto quente fixo, deixando uma linha de vulcões que ficam mais velhos à medida que se afastam do ponto quente.

Em um mapa de limites de placas, pode-se prever onde haverá vulcões, terremotos, arcos de ilhas e falhas. Os limites das placas trazem riscos, mas também proporcionam solos férteis vulcânicos e depósitos minerais.

Exemplo resolvido (taxa). Uma placa se move 5 cm por ano. Em 1 milhões de anos, ela se move $5\ \text{cm/yr}\times 10^{6}\ \text{yr}=5\times10^{6}\ \text{cm}$. Conversão: $5\times10^{6}\ \text{cm} \div 100 = 5\times10^{4}\ \text{m} = 50\ \text{km}$. Pequenos movimentos anuais abrem oceanos ao longo do tempo geológico.

O solo é uma mistura de rocha intemperizada, matéria orgânica, água, ar e seres vivos. Ele se forma quando o material de origem (rocha local ou material depositado) é desintegrado pelo intemperismo e misturado à matéria orgânica; o transporte não é necessário.

• Meteorização física: a rocha é fragmentada em pedaços menores sem alteração química, por exemplo, pela expansão do gelo em fissuras, raízes ou ação do vento e da água.
• Meteorização química: a rocha é alterada por reações químicas, por exemplo, pela chuva ácida dissolvendo calcário.
• Atividade biológica: plantas, fungos, minhocas e bactérias adicionam matéria orgânica e misturam o solo. A matéria morta decompondo-se forma um húmus escuro.

O solo forma-se muito lentamente: cerca de 2–3 cm em algumas centenas de anos ou mais. Formam-se mais rapidamente em climas quentes e úmidos, onde o meteorismo e a decomposição são mais rápidos, e mais lentamente em locais frios ou secos. Em uma paisagem vulcânica recente, a sucessão primária inicia com líquenes e musgos, que fragmentam a rocha e adicionam matéria orgânica até haver suficiente solo para gramíneas, depois arbustos e árvores.

Horizontes do solo. À medida que o solo se desenvolve, forma camadas chamadas horizontes:

Erosão é a remoção de solo pelo vento ou pela água. É um processo natural, mas as pessoas o aceleram removendo a cobertura vegetal: agricultura em campos nus, desmatamento, superpasteoreio e construção civil. O solo erodido acaba nos rios como sedimento, que torna a água turva (alta turbidez), bloqueia a luz para plantas aquáticas e soterra ovos de peixes. Solo saudável também filtra e limpa a água que passa por ele, portanto proteger o solo protege a qualidade da água.

Como o solo se forma muito mais lentamente do que pode ser erodido, a camada superficial perdida em poucos anos pode levar séculos para ser substituída.

As partículas do solo são classificadas por tamanho em três grupos:

A mistura de areia, silte e argila é a textura do solo. A textura controla três propriedades:

• Porosidade: a fração do solo que corresponde ao espaço vazio.
• Permeabilidade: a velocidade com que a água atravessa o solo. A areia tem poros grandes e conectados, com alta permeabilidade; a argila tem poros minúsculos e baixa permeabilidade.
• Capacidade de retenção de água: a quantidade total de água que o solo pode armazenar. A argila e o húmus retêm mais; a areia retém menos.

A argila também retém nutrientes bem, pois suas partículas minúsculas possuem uma enorme área de superfície. Loam, uma mistura de aproximadamente 40% de areia, 40% de silte e 20% de argila, é ideal para a maioria das plantas: drena bem, mas ainda assim retém água e nutrientes.

Triângulo de textura do solo. Um triângulo de textura do solo nomeia um solo a partir de seus percentuais de areia, silte e argila. Encontre o percentual de argila no lado esquerdo, o de silte no lado direito e o de areia na parte inferior, siga as linhas vindas de cada lado e leia a classe onde elas se encontram. Os três percentuais sempre somam 100.

Exemplo resolvido. Uma amostra de solo tem 10% de areia e 60% de argila. O silte é $100 - 10 - 60 = 30\%$. Lendo o triângulo, o ponto está na classe argila. Ela reterá muita água, mas drenará lentamente, podendo causar encharcamento.

Teste de solo. Agricultores testam o solo para decidir sobre irrigação e adubação:

• Químico: pH e nutrientes como nitrogênio, fósforo e potássio.
• Físico: textura (através do assentamento de uma amostra em um frasco com água: a areia assenta primeiro, depois o silte, depois a argila), capacidade de retenção de água e a velocidade com que a água infiltra.
• Biológico: o número de minhocas e microrganismos, e a quantidade de matéria orgânica.

A atmosfera é a camada de gases ao redor da Terra. Ar seco tem cerca de 78% nitrogênio ($\text{N}_2$), 21% oxigênio ($\text{O}_2$), 0.93% argônio e cerca de 0.04% dióxido de carbono, além de traços de outros gases. O vapor d'água varia de 0 a aproximadamente 4%. Os gases em traços são poucos em quantidade, mas grandes em efeito: $\text{CO}_2$, vapor d'água e metano retêm calor (efeito estufa).

A atmosfera possui camadas, definidas pela variação da temperatura com a altitude:

1. Troposfera (0 a aproximadamente 12 km): a temperatura diminui com a altitude. Contém cerca de 75% da massa do ar e quase todo o vapor d'água, portanto todo o tempo ocorre aqui.
2. Estratosfera (aproximadamente 12 a 50 km): a temperatura aumenta com a altitude, porque a camada de ozônio aqui absorve a luz ultravioleta (UV) do Sol. Esse ozônio protege a vida dos raios UV nocivos.
3. Mesosfera (aproximadamente 50 a 85 km): a temperatura volta a cair; é a camada mais fria. Meteoros se queimam aqui.
4. Termosfera (aproximadamente 85 a 600 km): a temperatura sobe acentuadamente à medida que os gases absorvem radiação solar de alta energia. As auroras ocorrem aqui.
5. Exosfera: a fina borda externa, fundindo-se com o espaço.

Padrões globais de vento são impulsionados por aquecimento desigual. A luz solar mais intensa atinge o equador, aquecendo mais o ar local. Ar quente é menos denso, então sobe. Ao subir, esfria, seu vapor d'água condensa e cai como chuva forte: é por isso que as florestas tropicais ficam no equador.

O ar que sobe se espalha em direção aos polos em grandes altitudes, esfria, torna-se mais denso e desce a cerca de 30° ao norte e ao sul. O ar descendente aquece e é seco, por isso os grandes desertos do mundo (o Saara, os desertos australianos) ficam próximos de 30°. O ar então retorna pela superfície em direção ao equador. Esse ciclo é uma célula de convecção, a célula de Hadley. Outras duas células (de Ferrel e polar) estendem o padrão até os polos, com ar ascendente (chuva) em cerca de 60° e ar descendente (seco) nos polos.

Devido à rotação da Terra, o ar em movimento é defletido: para a direita no Hemisfério Norte e para a esquerda no Hemisfério Sul. Este é o efeito de Coriolis. Ele transforma os ventos de superfície nos ventos predominantes:

• Ventos alísios (0–30°): sopram do leste em direção ao equador.
• Ventos de oeste (30–60°): sopram do oeste. Eles transportam sistemas meteorológicos pelos Estados Unidos de oeste para leste.
• Ventos polares de leste (60–90°): sopram do leste.

Uma bacia hidrográfica (também chamada de bacia de drenagem) é toda a terra que drena para um rio, lago ou outro corpo d'água. Terreno elevado chamado divisor de águas separa uma bacia hidrográfica da próxima. Cada bacia é descrita por sua área, comprimento, declive, solo e vegetação.

Essas características controlam o movimento da água:

• Declive: declives íngremes fazem a água escorrer mais rápido, causando mais erosão e inundações.
• Solo: solos permeáveis permitem que a chuva infiltre e recarregue aquíferos; argila ou superfícies pavimentadas aumentam o escoamento superficial.
• Vegetação: as raízes das plantas fixam o solo, e as folhas retardam a chuva, por isso bacias hidrográficas florestadas têm água limpa e fluxo estável.

Qualquer coisa na terra acaba rio abaixo: fertilizantes de fazendas, óleo de estradas, sedimentos de canteiros de obras. Desmatar uma bacia hidrográfica aumenta sedimentos e turbidez em seus rios, além da temperatura da água (menos sombra). Inundações naturais são úteis: quando um rio transborda sua planície aluvial, deposita sedimentos férteis e reabastece pântanos e aquíferos.

Remoção de vegetação ribeirinha. A faixa de árvores e plantas ao longo de um rio é sua zona ripária. Se for limpa, as margens erodem mais rápido, o canal alarga e migra; mais sedimentos e nutrientes chegam à água; e com menos sombra a água aquece e retém menos oxigênio. Peixes que depositam ovos em cascalho limpo perdem seus locais de desova quando o sedimento o cobre.

Exemplo resolvido (balanço hídrico da bacia). Uma bacia drena uma média de 9.60 milhões de pés-cúbicos (maf) de água para um reservatório anualmente. Um maf equivale a $3.26 \times 10^{11}$ galões, e um lar consome $5.0 \times 10^{4}$ galões por ano. Quantos lares esse volume de água poderia abastecer por um ano?

1. Converta para galões: $9.60 \times 3.26 \times 10^{11} \approx 3.13 \times 10^{12}$ galões.
2. Divida pelo consumo por lar: $\dfrac{3.13 \times 10^{12}}{5.0 \times 10^{4}} \approx 6.3 \times 10^{7}$ lares, cerca de 63 milhões.
3. Em um ano de seca quando o rio flui a apenas 36% da média, a mesma quantidade de água abastece $0.36 \times 63 \approx 23$ milhões de lares.

Mantenha as unidades em cada linha e divida as potências de dez subtraindo os expoentes ($10^{12} \div 10^{4} = 10^{8}$).

Insolação (radiação solar incidente) é a principal fonte de energia da Terra. A quantidade recebida depende do ângulo dos raios solares. Perto da linha do equador, os raios atingem a superfície quase perpendicularmente, concentrando a energia de um feixe em pequena área. Perto dos polos, o mesmo feixe incide em ângulo baixo, espalhando-se sobre uma área muito maior, resultando em menos energia por metro quadrado. O feixe também atravessa mais atmosfera. Por isso a insolação é máxima no equador e diminui em direção aos polos.

Estações do ano são causadas pela inclinação do eixo da Terra (cerca de 23.5°), não pela distância da Terra ao Sol. O eixo sempre aponta na mesma direção no espaço. Em junho, o Hemisfério Norte está inclinado em direção ao Sol: o Sol está mais alto no céu, seus raios são mais diretos e os dias são mais longos, resultando em verão no norte. Ao mesmo tempo, o Hemisfério Sul está inclinado para longe e tem inverno. Em dezembro, a situação se inverte.

Um lugar recebe a maior quantidade de radiação solar no dia mais longo do verão e a menor no dia mais curto do inverno. Perto do equador, a duração do dia e a insolação mudam pouco ao longo do ano, por isso a temperatura varia pouco, embora as estações chuvosa e seca possam ser bem marcadas.

Clima é o padrão médio ao longo de 30 anos ou mais. O clima depende da energia solar, mas também da geografia:

• Latitude: latitude mais alta, menor insolação, clima mais frio.
• Altitude: o ar esfria cerca de 6.5 °C a cada 1000 m de altitude, tornando montanhas mais frias.
• Oceanos: a água aquece e esfria lentamente, dando aos locais costeiros climas mais amenos que aos interiores. Correntes oceânicas transportam calor: a Corrente do Golfo mantém a Europa Ocidental mais quente que sua latitude sugere.
• Montanhas: bloqueiam ventos e criam sombras de chuva.

Uma sombra de chuva forma-se quando vento úmido encontra uma cordilheira. O ar é forçado a subir pelo lado varento, esfria, e seu vapor d'água condensa, caindo como chuva. O ar que cruza o topo perdeu sua umidade; desce pelo lado sotavento e aquece, deixando esse lado seco. Death Valley, na Califórnia, situa-se na sombra de chuva da Sierra Nevada.

El Niño e La Niña são alterações na temperatura da superfície do Oceano Pacífico Tropical e nos ventos acima dele, que se repetem a cada poucos anos. Juntos formam a Oscilação do Sul do El Niño (ENSO).

Ano normal. Fortes ventos alísios sopram de leste a oeste através do Pacífico. Empurram águas quentes da superfície para o oeste, em direção à Indonésia e Austrália, onde aquecem o ar, fazendo-o subir e gerar chuvas intensas. Na costa do Peru, os ventos afastam a água da superfície, permitindo que água fria e rica em nutrientes suba de profundidade. Esse upwelling sustenta plâncton e uma das maiores pescarias do mundo.

El Niño. Os ventos alísios enfraquecem ou até invertem de direção. A água quente se espalha para leste pelo Pacífico até a América do Sul. A ressurgência na costa do Peru enfraquece, reduzindo o plâncton e a pesca. A chuva se desloca para leste com a água quente: Peru e Equador sofrem inundações, enquanto Indonésia e Austrália enfrentam secas e incêndios florestais. Os efeitos se espalham pelo mundo: o sul dos Estados Unidos geralmente tem um inverno mais úmido.

La Niña é o oposto: os ventos alísios tornam-se mais fortes que o normal, o Pacífico Oriental fica mais frio que o normal, a ressurgência aumenta e o oeste recebe ainda mais chuva. O sul dos EUA geralmente tem um inverno mais seco, e furacões no Atlântico são mais comuns.

O mesmo evento afeta lugares de maneira diferente, dependendo de onde estão e de sua geografia.

Responda antes de ler as respostas abaixo.

1. Descreva o que acontece onde uma placa oceânica encontra uma placa continental e cite duas formações resultantes.
2. Um solo tem $40\%$ de areia, $40\%$ de silte e $20\%$ de argila. Identifique sua textura e diga qual tipo de solo drena mais rápido.
3. Indique a camada da atmosfera onde ocorrem os fenômenos meteorológicos e a camada que contém a camada de ozônio.
4. Explique como uma cadeia de montanhas cria uma sombra de chuva.
5. Descreva como um evento de El Niño afeta a pesca na costa do Peru.
6. Explique o que causa as estações do ano na Terra.

1. A placa oceânica, mais densa, sofre subducção sob a placa continental (um limite convergente), formando uma fossa oceânica profunda e vulcões, além de provocar terremotos.
2. Solo franco. O solo arenoso drena mais rápido: suas partículas grandes deixam poros grandes.
3. A troposfera; a estratosfera.
4. O ar úmido sobe pelo lado de barlavento, esfria e provoca chuva. O ar que desce pelo lado de sotavento é seco e aquece, por isso esse lado é desértico.
5. Os ventos alísios enfraquecem, a água quente se espalha para leste e a ressurgência de água fria e rica em nutrientes na costa do Peru diminui. O plâncton diminui, assim como a captura de peixes (anchovas).
6. O eixo da Terra é inclinado cerca de $23.5^\circ$, de modo que, enquanto a Terra orbita o Sol, cada hemisfério recebe luz solar mais direta e tem dias mais longos durante parte do ano. A distância do Sol não é a causa.

• Associe cada limite de placa ao que ele forma: divergente (dispersão, vales de rift), convergente (subducção, vulcões, montanhas, arcos de ilhas, fossas), transformante (apenas terremotos).
• Para explicar os vulcões de subducção: a placa mais densa afunda e libera água, reduzindo o ponto de fusão da rocha do manto acima dela; essa rocha derrete e o magma sobe.
• Conheça os horizontes do solo (O, A, B, C, R) e use o triângulo de textura: as três porcentagens somam 100.
• Areia drena rápido e retém pouca água; argila retém muito mas drena lentamente; loam é o melhor para culturas.
• Camadas da atmosfera: troposfera (clima), estratosfera (camada de ozono absorve UV, aquece com a altitude).
• Ventos globais: ar ascendente no equador (chuva), ar descendente em 30° (desertos); o efeito Coriolis desvia os ventos.
• As estações do ano decorrem da inclinação da Terra, não da sua distância do Sol.
• Sombra de chuva é seca no lado sotavento. Diga qual lado recebe a chuva e por quê: o ar ascendente esfria e condensa.
• El Niño: ventos alísios mais fracos, água quente se desloca para leste, a ressurgência enfraquece na costa da América do Sul e a pesca diminui.