MUDANÇAS CLIMÁTICAS E A 2ª LEI DA TERMODINÂMICA

O Ilustrado Leitor, provavelmente está acompanhando as discussões sobre o que acontecerá após o Protocolo de Kioto, sobre os encontros e discussões em Bali e o aumento do nível dos mares, com estatísticas que variam de 81cm até 163cm... Segundo matéria publicada pela BBC de Londres, uma nova pesquisa internacional alerta que o nível dos oceanos pode subir duas vezes mais do que o previsto pelos cientistas do Painel Intergovernamental para Mudança Climática (IPCC). O IPCC indica que haverá, no máximo, um aumento no nível do mar de 81 centímetros neste século. Mas a pesquisa do Centro Nacional de Oceanografia da Grã-Bretanha junto com centros de pesquisas em Tübingen – na Alemanha –, Cambridge e Nova York, publicada na revista Nature Geoscience, afirma que o número verdadeiro pode chegar a mais do que o dobro do proposto pelo IPCC, ou 163 centímetros.

Mas se quisermos entender as mudanças climáticas, necessáriamente temos que começar as nossas avaliações desde a Revolução Industrial. No século 20 houve um acréscimo extraordinário de queima de combustíveis fósseis. O Leitor já imaginou quanto petróleo, carvão, lenha, gás natural, hulha, antracito foi queimado no séculos 19 e 20 ? É difícil de imaginar, mas certamente são quantias consideráveis que se despejam na atmosfera diáriamente. O petróleo após o craqueamento produz a gasolina dos automóveis, o diesel dos caminhões, o querosene da aviação, o fuel oil combustíveis das fábricas de cimento, aciarias, além de muitas outras fábricas. Todas gerando muito calor, todas gerando muito CO2 e vapor de água, para se ter uma idéia para cada kilograma de cimento produzido, teremos 700 gramas de CO2 como "by products" da queima do coque e descarbonatação do calcário...

Recapitulando a química orgânica básica, toda a queima de hidrocarbonetos gera CO2 e H2O (na forma de vapor de água). Mas o que tem haver isso com a mudança climática ? - Tem tudo haver ! Vamos recapitular as Leis da Termodinâmica e suas implicações Antrópicas, a 1ª Lei da Termodinâmica define a energia como a capacidade de realizar trabalho, é a Lei da Conservação da Energia que afirma que a energia pode ser transformada de um tipo para o outro, mas não pode ser criada nem destruída... No caso dos Automóveis, Trens, Aviões, Locomotivas, Navios e Fábricas como isso se comporta ? O Automóvel, e outros meios de transporte movido por fontes de energia fósseis, é essencialmente uma Máquina Térmica de baixo rendimento mecânico, somente uns 30% da energia química retida nas moleculas dos Hidrocarbonetos, seja gasolina, álcool, diesel, ou gás natural, se transformam em Quantidade de Movimento, ou seja Q=m.v se integrar-mos esta pequena equação da Quantidade de Movimento teremos a Equação da Energia Cinética. Mas preste atenção nos números, menos de 30% se transforma em Quantidade de Movimento a Energia Cinética motriz, o resto mais de 70% da Energia Química do combustível será dispersada em calor no meio ambiente, principalmente calor nas formas de transmissão de calor radiação, condução e convecção térmica, também a advecção do calor ao vento, som, atritos diversos e eventualmente em imediatas deformações, nas colisões, ou seja: nada mais nada menos do que 70% da energia é disperdiçada na reação exotérmica de combustão. Esta energia dos gases vai se acumulando de alguma forma na antroposfera, até as grandes precipitações ocorrerem, que parecem verdadeiros dilúvios pluviométricos, cada vez mais frequêntes em várias regiões do Brasil e do mundo.

Mas, a Energia Solar, é a única fonte de energia realmente limpa, inside sobre a Terra numa razão constante solar extraterrestre que atinge a biosfera, algo de 2 gcal/cm2/mim mas se atenua exponencialmente quando passa pela atmosfera coberta por nuvens, vapor de água, poeira, e poluição do tipo smog, chegando um máximo de 67% ou 1,34 gcal/cm2/min que chega até a superfície Terrestre. Esta energia solar pode ser tranformada em trabalho, calor, geração de energia elétrica ou na Energia Potencial dos alimentos. A civilização se estabeleceu dependente da combustão e dos processos exotérmicos. Nós mesmo retiramos a energia para viver da quebra das ligações químicas, principalmente dos carbo-hidratos contidos nos alimentos, também liberamos CO2 e vapor de água desta combustão interna.

Porém, a energia solar que não é absorvida aqui na Terra em calor, pelas plantas, é devolvida ao espaço pela Terra, em uma taxa chamada de Albedo, que é a quantidade de energia irradiada pela Terra, a energia insidente menos a energia consumida. Esta taxa, o Albedo, sofreu alteração antrópicas nos dois últimos séculos, especialmente o século XX. Porque, houve uma imensurável quantidade, algo de trilhões de toneladas de petróleo, carvão, madeira, hulha, antracito, coque de petróleo, que foram queimados e liberaram "n" toneladas de CO2 e H2O. É bom salientar que o efeito estufa não é causado somente pelo CO2, mas pelo vapor de água em suspensão nas nuvens, mas também no gás Metano, que mesmo em pequena quantidade é de grande eficiência devido ao tamanho da sua molécula, além de outros gases como o SO2, NOx, Hidrocarbonetos Aromáticos (Benzeno, Fenóis, Gás Freon), e uma infinidade de outros gases que são emanados diáriamente pelas mais diversas fábricas. Portanto não podemos ser tão reducionistas ao ponto de achar que somente o CO2 causa o Efeito Estufa e todas as suas consequências. Mas, vamos derivar no assunto por partes...

Este fenômeno está de acordo com a 2ª Lei da Termodinâmica, a Lei da Entropia (do Grego Entropé = Volta, aquilo que volta que está em tranformação). A Entropia deveria se chamar, a Lei Boomerang, na energia tudo o que vai, um dia tem que voltar, para se estabilizar, de uma forma concentrada para uma forma dispersa, difusa. Mas, voltemos aos processos, nenhum processo em que implique uma transformação de energia ocorrerá expontâneamente a menos que haja uma degradação de energia de uma forma concentrada (gasolina, diesel, querosene) para uma forma dispersa, (CO2, H2O como vapor de água, SO2, NOx, etc). Mas aonde ocorre este fenômeno ?

Ocorre na altura da Camada de Mistura, onde a curva adiabática seca encontra a curva adiabática úmida, está no plano inferior das nuvens até o plano superior das núvens mais altas, local onde ocorre a inversão térmica. Nesta altura da camada de mistura é onde se concentram todas as formas de poluição, as particulas que vão interagir e reagir entre si e como conseqüencia deste aumento da concentração do Vapor de Água, combinado com CO2, SO2, NOx, e outros sub-produtos das indústrias químicas, metalúrgicas, aciarias, de cimento, que se juntam com a poluição causada pelos veículos, caminhões, locomotivas a diesel, navios, aviões a jato ou não, todo isto somado, é um valor significativo. Algo incomensurávelmente grande, e, como consequência temos um aumento do gradiente de calor na altura da camada de mistura, gerando um efeito de reflexão das ondas irradiadas pela Terra, retornando à Terra. O que modifica o Albedo também são as núvens, cada vez mais carregadas, grandes áreas expostas de Terra sem vegetação, as nuvens, as áreas geladas, as cidades que se transformam em Ilhas de calor impermeabilizadas pelo asfalto e pelo concreto, pouca vegetação, calotas polares derretidas, tudo isto gera o aumento da temperatura nos oceanos, além da grande expansão termica da água devido ao calor. O volume do condensado nas núvens vem buscando o equilibrio para voltar à sua forma entrópica mais baixa , através de grandes temporais, grandes tempestades de granizos, dando uma sensação que não há mais estações do ano bem definidas. Toda aquela massa de vapor e poluentes gerados 'voltam' para a Terra segunda a própria definição de Entropia. A pequena equação da Entropia é S=k.ln (w) onde S é a Entropia , k é a constante de Boltzmann, obtida da razão entre o R (constante dos Gases) e o Nºav Número de Avogadro, assim, a Constante de Boltzmann K vale 1,380662x10(exp) - 23 J/K e ln é o logarítimo natural na base "e", e "w" é chamado o parâmetro de desordem de um sistema...

Aí está o busílis da questão, a desordem do sistema cresce, este é o significado da pequena Equação da Entropia, tudo o que vai, um dia volta para obter o equilibrio. A medida que a população da Terra aumenta, exige cada vez mais dos processos exotérmicos, a desordem do sistema aumenta e se reverte na forma do aumento do nível dos oceanos, nos temporais, tsunamis, furacões, que é a estabilização da energia já consumida, voltando a uma forma mais baixa da estabilização e de equilibrio. É preciso deixar bem claro que isto não são opiniões, são Leis Naturais, que não podem ser revogadas.

E finalmente , a 3ª Lei da Termodinâmica , é a Lei do Zero Absoluto, -298K, diz que é onde se encontra a energia mínima em um retículo molecular, que pode ser feito uma analogia com termos sociais, que é bem facil de exemplificar esta 3ª Lei da Termodinâmica, ao invés de usar um modelo de "gas ideal". Digamos uma festa de Rap, lá no Morro do Alemão no Rio de Janeiro, numa noite quente de 40ºC com muita gente colecionando pedras... Comparado com uma noite gelada lá na Antártida, numa Estação Científica de Trabalhos, tudo muito gelado, onde o pessoal passa a maior parte do tempo em frente aos aquecedores e aparelhos de monitoramentos climático. Aonde existe maior dissipação de energia ? Quanto mais movimentado um sistema (Morro do Alemão) maior a dissipação da Energia, e consequentemente maior a Entropia. Podemos afirmar que o parâmetro "w" de desordem do sistema é maior na festinha do Morro do Alemão comparado com a gelada Estação Científica de Trabalhos na Antártida, quanto menor a temperatura, menor a Entropia, até chegar a Energia mínima no zero absoluto, como queríamos demonstrar.

Conclusão : A sociedade capitalista é altamente entrópica, gasta muita energia com muita geração de calor e pouca luz, possui máquinas de baixo rendimento, então como consequência da segunda Lei da Termodinâmica, temos muita poluição, canos erodidos, lixos em decomposição que se acumulam em pilhas imensas de todos os tipos, máquinas sucateadas, muitos sub-produtos sem serventia, como fruto da degradação da energia. A civilização dita "moderna" vive intrinsecamente ligado à combustão, aos processos exotérmicos. Seus gases, sub produtos dos processos produtivos e dos meios de transporte, se acumulam na Antroposfera, na Altura da Camada de Mistura, são concentrados junto com imensas quantidades de vapor de água, causando os temporais, tornados, e , com o efeito de blindagem das irradiações da Terra, causa o aquecimento dos mares e a elevação dos seus níveis devido a expansão térmica mais o derretimento das calotas polares.

Mas o que pode ser feito para amenizar estes fenômenos ? Controle do aumento da população terrestre, pesquisas em energias limpas e usar os Teoria dos 4 "R"s. "Rejeitar" produtos nocivos ao meio ambiente, como o gás Freon, plásticos e embalagens descartáveis, "Reusar" fabricar produtos de qualidade e de vida longa para diminuir o consumo maciço de produtos descartáveis, o que é lixo para uns pode ser algo útil para outros. "Reciclar" tudo o que for possível, como uma forma de diminuir a enorme quantidade de lixo gerada pela civilização moderna, considerar o Lixo como um problema Econômico de Organização e Métodos. "Reduzir" o consumo de energia e de materiais, reduzir a mobilidade através de mais trabalhos domésticos enviados através da Internet para evitar tanta mobilização desnecessária.

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P.S.: Para quem desejar se aprofundar neste árido tema, sugiro a leitura The Entropy Law and Economic Process de Nicholas Georgescu Roegen, que foi o orientador da tese de PhD do Luis Carlos Bresser Pereira e Entropy Desmistified The Second Law Reduced to Plain Common Sense de Arieh Ben-Naim, gostaria de trocar idéias sobre o tema com pessoas da área da Física, Química, Matemática Aplicada e da Economia, pois o tema ainda é pouco conhecido.

A Ecologia Urbana 2ª Parte

As áreas verdes das florestas urbanas ou periféricas, os parques, jardins e arborização de rua são indispensáveis para um ambiente urbano sadio. A preservação do verde urbano não é uma questão de mantê-lo intocável, mas seu uso e aproveitamento racional dependem de projetos arquitetônicos adequados a cada cidade.

O verde, quando “selvagem” no espaço urbano, é de extrema vulnerabilidade. A não utilização do verde como áreas de preservação ambiental, o expõem às ocupações irregulares e às invasões ou transforma-o em local de despejos, vazadouro de lixo e entulhos da construção civil.

A existência de um sistema integrado de parques, corredores verdes, bacias de acumulação de águas pluviais dotadas de vegetação compatível à flora local e áreas livres de impermeabilização, são muito importantes para uma boa qualidade de vida nas cidades.

A prevenção das inundações e desmoronamentos - cada dia mais freqüentes por falta de um Planejamento Urbano eficiente - deverá ser fruto da valorização do trabalho dos engenheiros, arquitetos e geólogos.

A arborização das ruas e avenidas, parte mais vulnerável do ecossistema urbano, tem um papel indispensável na mitigação do calor, da poluição do ar e sonora. A proteção e o manejo da arborização pública é um dos grandes desafios de Ecologia Urbana. Portanto o projeto de um viveiro de mudas é de fundamental importância para todas as Prefeituras Municipais.

É preciso reflorestar as áreas desmatadas ou degradadas nas encostas, faixas marginais de proteção de lagoas, rios e canais, áreas de mangue e restingas, sempre que possível através de mecanismos que mobilizem as comunidades em programas de Educação Ambiental. Observamos costantemente em diversas cidades manifestações de cidadania dos moradores com as cidades constantemente inundadas pelas enxurradas de verão, porém é necessário enfatizar a necessidade do "Planejamento Urbano" para evitar estes tristes episódios. A correta arborização das margens dos rios para evitar estes acidentes cada vez mais comuns nas estações de chuvas, é uma medida preventiva eficaz. As matas ciliares, tem a função de contenção das enxurradas e minimiza os efeitos do transbordo dos rios de seus leitos naturais. São de extrema importância para a manutenção da qualidade das águas, controle do regime hídrico, redução da erosão nas margens ribeirinhas, manutenção da fauna ictiológica com aumento da oferta de pescados e melhoria dos aspectos paisagísticos. Entretanto, principalmente nas áreas mais populosas do Brasil, as matas ciliares estão drasticamente reduzidas e, quando presentes, estão bastante perturbadas por assentamentos irregulares.

É necessário tirar do papel e implantar efetivamente as unidades de conservação urbanas que devem ser demarcadas, sinalizadas, protegidas e dotadas de infra-estrutura. É fundamental estabelecer parcerias com ONG´s, empresas privadas para sua implantação e conservação. A proteção e o manejo adequado da arborização das vias públicas assegura a sobrevivência e o desenvolvimento das espécies plantadas ultrapasse amplamente as perdas inevitáveis dentro de um cronograma gradual e cuidadoso. O tratamento das espécies doentes e uma política de podas cuidadosa e apropriada junto com as Concessionárias de Energia Elétrica, a COPEL fazem parte do programa de Ecologia Urbana.

O urbanismo “verde” que concebe cidades como parte da natureza que a cerca, com espaços democráticos de integração social e solidariedade, considera as vias públicas como locais privilegiados de convívio. Assim, a implementação da “Agenda 21” no plano local passará a ser um mecanismo de ação efetiva dos programas ambientais de sustentabilidade.

Ernesto Ubiratan Marchiori é
Engenheiro, Escritor e Fotógrafo.
Foi candidato a Vereador pelo Partido Verde em 2004

A Ecologia Urbana 1ª parte

As áreas verdes integradas às indústrias ao comércio e a malha detransportes viários fazem parte da ecologia urbana. Respeitando o clima, os recursos naturais e a formação topográfica dos terrenos harmonizamos acidade com a natureza, beneficiando toda a população.
A cada dia, mais espaços verdes estão desaparecendo. O alto valor dos terrenos e a especulação imobiliária fazem com que ruas tranqüilas passem a ter grande volume de trânsito, onde casas com quintais são contínuamente substituídas por edifícios mudando a paisagem urbana e aumentando a impermeabilização dos solos. Assim, a preservação das áreas verdes e a convivência dos habitantes com qualidade de vida passam a depender de um planejamento urbano eficiente. O plano diretor de urbanismo deverá transcender os interesses imediatistas através de uma visão de médio e longo prazo tendo em foco a preservação da qualidade de vida, e principalmente, possibilitar que o solo absorva parte das águas pluviais.
As áreas verdes devem estar em harmonia com os movimentos da cidade. Na hora de arborizar devemos levar em conta diversos fatores, tais como a topografia do local, a fachada das construções, a largura das ruas , os espaços abertos e a visão do horizonte.
O tipo de árvore que tenha compatibilidade com a rede de energia elétrica quando crescer deverá ser uma escolha criteriosa. As áreas verdes de uso público, como praças e parques, devem existir emquantidade suficiente e nos locais corretos para atender a toda a população.Todos os elementos componentes da paisagem urbana tem uma relação diretacom seus habitantes e devem formar um quadro ambiental que torne a vida maisagradável mais saudável e que proporcione a necessária integração social. A arborização é um componente de grande importância na paisagem urbana. Além da função paisagística proporciona outros benefícios à população, tais como:

*Estabilidade nos taludes das encostas dos morros, evitando desmoronamentos.

*Proteção contra a ação dos ventos e diminuição da poluição sonora,

*Absorção de poeiras e sólidos em suspensão.

*Absorção de parte dos raios solares favorecendo o sombreamento e o microclima local.

*Os parques proporcionam ambientação à permanência dos pássaros urbanos.

*Diminuição da poluição atmosférica através da absorção o dióxido decarbono e liberação do oxigênio, purificando o ar com a fotossíntese, com melhoria da saúde física e mental da população.

Segundo especialistas da Organização Mundial de Saúde, para cada 50.000habitantes deve haver um parque com pelo menos 40 hectares. A OMS estabelece um índice de áreas livres de pelo menos 12 m2 por habitante.O projeto de um viveiro para produção de mudas de árvores nativas, de essências aromáticas e de árvores frutíferas envolve baixos custos, estando ao alcance de qualquer Prefeitura Municipal que esteja disposta a valorizar o verde urbano "de fato". Os governantes e administradores das cidades são os responsáveis por esteplanejamento urbano com a participação da comunidade. Por diversos problemas o Estado tem perdido sua capacidade de investimento na administração pública, daí a importância de estabelecer parcerias com a iniciativa privada. As empresas privadas, bancos, associações de bairros, clubes de serviços, associações de classe e fundações devem auxiliar nesta importante tarefa como colaboradores imediatos da Administração Pública. Esta interação deve ser feita de forma integrada envolvendo toda a comunidade. A obtenção derecursos poderá ser feita através de convênios com as prefeituras municipais com a supervisão dos custos através do poder legislativo. Afinal as empresas não são uma finalidade em si mesma, e sim um instrumento dedesenvolvimento social.