O Planeta Terra

Introdução
No livro "O guia do mochileiro das galáxias", Arthur Dent tem dificuldade para aceitar a destruição da Terra pela Frota de Construtores Vogon. Ele não consegue processar a informação, o evento é grande demais para ser compreendido. Ele tenta se concentrar na Inglaterra, em Nova Iorque, nos filmes de Bogart e no dólar, tudo sem resultado. É só quando ele reflete sobre a extinção dos hambúrgueres do McDonald's que finalmente cai em si.

Imagem cedida pela NASA A Terra vista da Lua

Após decidir escrever sobre como funciona a Terra, acabamos nos sentindo um pouco como Arthur Dent. Mesmo que seja minúscula quando comparada com o resto do universo, a Terra é enorme e extremamente complexa.

Mas, em vez de pensar nos hambúrgueres, decidimos abordar o assunto de outra forma. Em vez de quebrar o planeta em partes para examiná-lo, vamos analisar o que mantém suas partes unidas.

Energia e Luz

Terra mais nova Pesquisa indica que Terra é 70 milhões de anos mais jovem. Cientistas apontam que o planeta demorou mais tempo do que se imaginava para se formar. Leia mais em VEJA.com

Comparada com o resto do universo, a Terra é bem pequena. Nosso planeta e outros oito (ou talvez nove) orbitam o Sol, que é apenas uma dentre 200 bilhões de estrelas existentes na nossa galáxia. E olhe que nossa galáxia, a Via Láctea, é somente uma pequena parte do universo, que tem milhões de outras galáxias (cada uma com suas estrelas e planetas). Então, por comparação, a Terra é microscópica.

Por outro lado, quando comparada a uma pessoa, a Terra é enorme. Ela tem um diâmetro de 12.756 km em seu equador, massa de cerca de 6 x 10²⁴ kg e gira em volta do Sol a uma velocidade de cerca de 29,79 km/s. São números impressionantes, e quase inconcebíveis para os nossos parâmetros. E olhe que a Terra tem só uma fração do tamanho do Sol.

Imagem cedida pela NASA A Terra e a Lua são minúsculas em comparação com o Sol, mas a sombra da Lua consegue cobri-lo por completo durante um eclipse

Da perspectiva de quem está na Terra, o Sol parece pequeno, mas isso só acontece porque ele está a mais de 149 milhões de quilômetros de nós. O diâmetro do Sol na linha do Equador é cerca de 100 vezes maior do que o da Terra, e cerca de um milhão de Terras caberiam dentro do Sol. O que faz com que ele seja ainda mais inconcebível que a Terra.

Imagem cedida pela Athena Earth and Science O Sol

Mas sem o Sol, a Terra não existiria. De certo modo, a Terra é uma máquina gigantesca, cheia de sistemas complexos e peças se movendo. E todos estes sistemas precisam da energia que vem do Sol.

O Sol é uma usina nuclear gigante, em que, através de reações complexas, o hidrogênio é transformado em hélio, liberando luz e calor. Devido a essas reações, cada metro quadrado da superfície do nosso planeta recebe cerca de 342 watts de energia do Sol a cada ano. Se somarmos toda a superfície, o total de watts obtidos do Sol é de 1,7 x 10¹⁷ ou a mesma quantidade que poderia ser gerada por 1,7 bilhões de usinas de grande porte. A única maneira da Terra poder gerar mais energia do que o Sol seria se cada três pessoas tivessem sua própria usina coletiva (e se o planeta fosse grande o bastante para conter todas elas). Se você quer aprender como o Sol cria sua energia.

Quando esta energia chega na Terra, ela possibilita um número imenso de reações, ciclos e sistemas. É ela que conduz a circulação da atmosfera e dos oceanos e cria alimento para as plantas, que por sua vez são o alimento de pessoas e animais. A vida na Terra não poderia existir sem o Sol e o próprio planeta não teria se desenvolvido sem ele.

Um mundo de esferasAs pessoas geralmente imaginam a Terra como uma bola ou globo azul, embora, na verdade, ela seja mais parecida com uma abóbora. Mas os cientistas classificam a Terra em várias esferas: atmosfera: o ar que respiramos; biosfera ou ecosfera: a vida na Terra; geosfera: as camadas do planeta; hidrosfera: toda a água, incluindo os oceanos, rios e lagos; criosfera: o gelo dos pólos; antroposfera: as pessoas que vivem na Terra.

Para um observador comum, as contribuições mais visíveis do Sol para a vida são a luz, o calor e a temperatura. Agora, vamos dar uma olhada em como o Sol fornece tudo isso.

Dia e Noite

Alguns dos maiores impactos do Sol sobre o nosso planeta são também os mais óbvios: conforme a Terra gira em torno do seu eixo, partes dela ficam ao Sol e outras ficam na sombra. Em outras palavras, o Sol parece nascer e se pôr, e com esse movimento, as partes do mundo que estão sob a luz do dia ficam mais quentes, enquanto as outras partes vão perdendo, de forma gradativa, o calor que absorveram durante o dia.

Dá para ter uma idéia do quanto o Sol afeta a temperatura da Terra ao ficar em um local aberto durante um dia parcialmente nublado. Quando o Sol está atrás de uma nuvem, você sente um friozinho bem maior do que quando ele estava à mostra. A superfície do planeta absorve este calor do Sol e o emite da mesma maneira que o asfalto continua a liberar calor no verão, mesmo depois do Sol ter se posto. E nossa atmosfera também faz a mesma coisa: absorve o calor que o chão emite e envia uma parte de volta para a Terra.

Foto cedida pela NOAA A inclinação da Terra é a responsável pelas estações

Esse forte e duradouro relacionamento da Terra com o Sol também é o responsável pelas estações. O eixo da Terra se inclina levemente (algo em torno de 23,5º). Um hemisfério aponta na direção do Sol enquanto o outro aponta para longe dele. O primeiro, que aponta na direção dele, fica mais quente e recebe mais luz e, por isso, diz-se que está no verão. No outro hemisfério, conseqüentemente, é inverno. Como a região do equador do planeta recebe a mesma quantidade de luz solar durante o ano todo, este efeito é menos dramático lá do que nos pólos. Os pólos, por outro lado, não recebem nenhuma luz solar durante seus meses de inverno, o que é parte do motivo deles serem congelados.

A maioria das pessoas está tão acostumada com as diferenças entre o dia e a noite (ou verão e inverno) que nem se dá conta. Mas a verdade é que essas alterações na luz e na temperatura possuem um impacto enorme sobre outras partes do nosso planeta. Um deles é a circulação de ar pela nossa atmosfera. 

1. O Sol brilha sobre o equador e faz o ar ficar bem quente, já que o equador fica de frente para o Sol e a camada de ozônio é mais fina naquela região.
2. Conforme o ar esquenta, ele começa a se elevar, criando um sistema de baixa pressão. E quanto mais ele se eleva, mais ele resfria, fazendo com que a água se condense, nuvens sejam criadas e ocorram as chuvas. E conforme a chuva cai, o ar seca, trazendo como resultado ar seco e quente, relativamente alto na nossa atmosfera.
3. Devido à sua pressão reduzida, mais ar se desloca para o equador vindo do Norte e do Sul. E conforme vai esquentando, ele se eleva, empurrando o ar seco para o Norte e para o Sul.
4. O ar seco, então, reduz sua altitude conforme se resfria, criando áreas de alta pressão e desertos no Norte e no Sul do equador.

O Sol e a LuaO Sol também tem relação com a Lua. A luz que vemos quando a Lua brilha à noite é, na verdade, a luz refletida do Sol. Além disso, as posições relativas do Sol e da Lua também criam os eclipses solares e lunares. Está certo que falando desse jeito, parece que a Lua não é nada sem o Sol, mas ela também realiza algumas tarefas importantes para a Terra, como, por exemplo, regular a órbita e fazer com que existam as marés.

E essa é só uma parte de como o Sol faz o ar circular ao redor do mundo. Correntes oceânicas, padrões de temperatura e outros fatores também desempenham seu papel. Mas, no geral, o ar se move de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão, de maneira muito semelhante a quando o ar é expelido de uma bexiga inflada quando você deixa ele sair. O calor também costuma se mover do equador, que é mais quente, para os pólos, que são mais frios. Para conseguir visualizar, imagine uma bebida quente sobre sua mesa, e lembre-se de como o ar ao redor vai esquentando enquanto a bebida vai esfriando. Pois é, isso acontece com a Terra, só que em escala muito maior.

O Efeito Coriolis, produzido pela rotação da Terra, é outro fator que afeta esse sistema, fazendo com que grandes sistemas climáticos, como os furacões, girem. Ele ajuda a criar ventos alísios que vão na direção oeste próximos ao equador e correntes de jatoque vão na direção leste nos hemisférios Norte e Sul. São esses ventos que movimentam umidade e ar de um local para o outro e criam os padrões do clima (o Efeito Coriolis funciona em uma escala muito grande, e não chega a afetar a maneira como a água escorre pelo ralo da pia, como muitas pessoas pensam).

Além de tudo o que já citamos, é o Sol que deve receber grande parte do crédito pela criação dos ventos e das chuvas. Quando ele aquece o ar de um local específico, esse ar se eleva e cria uma área de baixa pressão, fazendo com que mais ar venha das áreas ao redor para preencher esse vazio, em um movimento que cria o vento. Sem o Sol, não haveria vento. E sabe o que mais talvez não existiria? Ar respirável. Vamos ver as razões disso na próxima seção.

A atmosfera e o ciclo das águas 

Açúcar e carbono

A maior parte da atmosfera terrestre é composta por nitrogênio. O oxigênio, por sua vez, é responsável por apenas 21% do ar que respiramos. O restante da atmosfera, uma porção bem pequena, de cerca de 1%, é composto de dióxido de carbono, argônio, ozônio, vapor d'água e outros gases. Esses gases provavelmente se originaram de vários processos que ocorreram conforme a Terra evoluiu e cresceu como um planeta.

Mas alguns cientistas acreditam que a atmosfera da Terra nunca teria o oxigênio de que precisamos sem as plantas. As plantas (e algumas bactérias) liberam oxigênio durante a fotossíntese, o processo que utilizam para transformar água e dióxido de carbono no açúcar que usam como alimento.

A fotossíntese é uma reação bastante complexa. De certa maneira, parece com a maneira que seu corpo quebra o alimento em combustível que pode armazenar. Basicamente, ao usar a energia do Sol, uma planta pode transformar dióxido de carbono e água em glicose e oxigênio. Em termos químicos, acontece o seguinte:

O ciclo do carbonoO carbono é fundamental para a vida, pois compõe todas as formas orgânicas existentes. Na Terra, o carbono circula pela atmosfera e pelo planeta. Esse ciclo possui dois componentes: o geológico envolve os compostos que contêm carbono e se desgastam do solo, escorrendo até o mar, entrando na camada do manto da Terra e sendo expelidos por vulcões; já o componente biológico envolve a inspiração e expiração de plantas e animais. E como o carbono é um gás envolvido no efeito estufa, sua presença afeta a temperatura do nosso planeta. O NASA Earth Observatory (em inglês) possui uma explicação bem completa sobre o ciclo do carbono.

6CO₂ + 12H₂O + Luz  -->  C₆H₁₂O₆ + 6O₂+ 6H₂O

Em outras palavras, enquanto inalamos oxigênio e liberamos dióxido de carbono, as plantas inalam o dióxido de carbono e liberam oxigênio. Há cientistas que acreditam que nossa atmosfera tinha pouquíssimo ou nenhum oxigênio antes das plantas evoluírem e começarem a produzi-lo.

Sem o Sol para alimentar as plantas e as plantas para liberar oxigênio, talvez não tivéssemos ar respirável. E sem as plantas para nos alimentar e aos animais que a maioria das pessoas utiliza como alimento, também não teríamos nada para comer.

Fica claro que as plantas são importantes, mas não só porque nos dão alimento e oxigênio, mas sim porque nos ajudam a controlar a quantidade de dióxido de carbono, um gás do efeito estufa, na atmosfera. Elas protegem o solo do vento e do escoamento de água, sendo muito importantes no controle da erosão. Além disso, liberam água no ar durante a fotossíntese, que, juntamente com o resto da água no planeta, participa de um gigantesco ciclo que controlado pelo Sol.

Água e fogo

O Sol exerce um grande efeito sobre a água. Sua presença aquece os oceanos na região dos trópicos e sua ausência resfria a água ao redor dos pólos. Por causa disso, as correntes oceânicas movem grandes quantidades de água quente e fria, afetando de maneira drástica o clima e as temperaturas ao redor do mundo. O Sol também controla o ciclo da água, que move cerca de 495 mil km³ de vapor d'água pela atmosfera todos os anos.

Se você já saiu de uma piscina em um dia quente e percebeu alguns minutos depois que já estava seco de novo, teve uma experiência em primeira pessoa da evaporação. Agora, se você já viu água se formando na lateral de uma bebida gelada, comprovou a existência da condensação. Estes são os componentes principais do ciclo da água, também chamado de ciclo hidrológico, que exerce a troca de umidade entre massas de água e terra. Esse ciclo é o responsável pelas nuvens, pela chuva e pelo nosso abastecimento de água potável, como veremos a seguir.

Princípios fundamentais sobre o ciclo da água

1. O Sol ilumina a superfície de oceanos e lagos, excitando moléculas de água, e quanto mais o Sol excita as moléculas, mais rápidas elas se movem ou evaporam.
2. As moléculas se elevam pela atmosfera na forma de vapor d´água. E as plantas também aumentam esse vapor através da transpiração, um subproduto da fotossíntese, outro processo dependente do Sol. Em alguns locais, a água sublima ou se transforma diretamente de gelo para vapor.
3. Todo esse vapor d'água se eleva para a atmosfera e, quanto mais sobe, mais frio fica. As moléculas de água vão se acalmando e começando a se juntar, ou condensar, conforme vão esfriando. É isso que forma as nuvens. Dependendo do quão altas e espessas estão, as nuvens podem aquecer ou resfriar a superfície do planeta logo abaixo delas.
4. Enquanto isso, gotículas continuam a se combinar dentro das nuvens, até o ponto em que ficam grandes e pesadas o bastante para cair na forma de precipitação (a poluição nas nuvens pode diminuir a quantidade de chuva ao obrigar que as gotículas sejam maiores ou mais pesadas antes de poderem cair).
5. A precipitação cai como chuva, neve ou granizo, dependendo da temperatura e outras condições. Quando cai sobre a terra, molha o solo, rios e lagos. Uma parte dessa água penetra no solo, alimentando as plantas e juntando-se aos lençóis freáticos. Muito dessa água flui para os rios e lagos, que, por sua vez, correm para o oceano.

Sem o Sol para iniciar o processo de evaporação, o ciclo da água não existiria. E simplesmente não teríamos nuvens, chuva ou clima, já que a água do planeta estaria estagnada e sólida - e já que, sem o Sol para nos aquecer, a Terra seria completamente congelada.

O Sol fornece energia para os processos que controlam o clima e o conteúdo de nossa atmosfera. Sem ele, não teríamos oxigênio ou água no estado líquido sobre o nosso planeta. Outra coisa que não teríamos seria o clima ou as estações. Mas não vá pensando que o Sol também não tem suas desvantagens. A seguir, vamos examinar alguns dos fenômenos que protegem a Terra da energia do Sol.

A atmosfera terrestreAlgumas pessoas imaginam que a atmosfera da Terra é como um colchão de ar que fica mais fino e frio à medida que se sobe. Embora a atmosfera tenha sim a tendência a ficar mais fina, ela é composta por regiões distintas, e algumas das camadas mais externas são muito mais quentes do que a superfície do planeta. A NASA (em inglês) tem uma grande descrição das camadas da atmosfera com links para imagens de cada uma delas.

O ozônio e Big Bang

O calor e vento

O poder do Sol tem duas desvantagens principais: a luz ultravioleta e osventos solares. A luz ultravioleta pode causar câncer, catarata e outros problemas de saúde. Já os ventos solares, uma corrente de partículas carregadas ou ionizadas que saem do Sol, poderiam desfazer nossa atmosfera. Mas fique tranqüilo, pois a Terra tem defesas naturais contra os dois. Nossa camada de ozônio nos protege contra a luz ultravioleta (UV) e nosso campos magnético nos protege contra os ventos solares.

A estratosfera, a camada da atmosfera logo acima daquela em que vivemos, contém uma fina camada de ozônio (O₃). E para variar, essa camada não existiria sem o Sol. O ozônio é composto por três átomos de oxigênio. Apesar de não ser uma molécula muito instável, é preciso muita energia para criá-la. Quando a luz UV atinge uma molécula de oxigênio (O₂), ela se divide em dois átomos de oxigênio (O). Quando um destes átomos entra em contato com uma molécula de oxigênio, eles se combinam para formar o ozônio, em um processo que também pode acontecer ao contrário: a luz UV atinge o ozônio e o divide em uma molécula de oxigênio e um átomo de oxigênio.

Imagens cedidas pela NASA Molécula de oxigênio + luz = dois átomos de oxigênio. Átomo de oxigênio + molécula de oxigênio = molécula de ozônio.

Esse processo se chama ciclo do ozônio e converte luz UV em calor, impedindo que ela atinja a superfície da Terra. Está certo que, sem o Sol, a Terra não teria uma camada de ozônio, mas por outro lado, a Terra também não precisaria de uma.

No entanto, embora o Sol crie a camada de ozônio, é a própria Terra que cria sua defesa contra os ventos solares. Sem o campo magnético da Terra, as partículas ionizadas dos ventos solares poderiam levar embora a nossa atmosfera. A origem desse campo são as profundezas do núcleo do nosso planeta, onde interações entre o núcleo interior e o exterior o criam.

Imagem cedida por USGS As camadas da Terra incluem núcleo interno, núcleo externo, manto e crosta

O núcleo interno do planeta é feito de ferro sólido e ao seu redor está o núcleo externo, que é derretido. Essas duas camadas estão em regiões muito profundas da Terra, separadas da crosta pelo manto, que é bastante espesso. O manto, por sua vez, é sólido mas maleável, como o plástico, e é a origem de todo o magma liberado pelos vulcões.

O núcleo interno da Terra também gira, de forma bem parecida à Terra girando em torno de seu próprio eixo. O núcleo externo também gira, mas a uma taxa diferente do que a do núcleo interno. Essa diferença cria um efeito dínamo, ou convecções e correntes dentro do núcleo. É isso que cria o campo magnético da Terra: é como um eletroímã gigante. Quando os ventos solares atingem a Terra, colidem com o campo magnético, oumagnetosfera, em vez de colidirem com a atmosfera.

Imagem cedida pelo Consórcio SOHOO SOHO é um projeto de cooperação internacional entre a ESA (Agência Espacial Européia) e a NASA.

Os pólos do planeta mudam de lugar de tempos em tempos (cerca de 400 vezes nos últimos 330 milhões de anos), fazendo com que o campo fique mais fraco durante essa mudança. Mas simulações por computador previram que o Sol pode auxiliar nisso também ao interagir com a atmosfera e complementar o campo magnético enquanto a mudança ocorre.

É a constituição física da Terra que gera seu campo magnético, e essa composição é um produto da criação da Terra, que não teria sido possível sem o Sol.

Planeta e estrelas

A teoria científica mais famosa sobre a origem da Terra envolve uma nuvem giratória de poeira chamada de nebulosa solar. Essa nebulosa foi um produto do Big Bang. Embora filósofos, teólogos e cientistas tenham várias idéias sobre de onde veio o universo, a teoria científica mais aceita é a Teoria do Big Bang. De acordo com ela, o universo teve sua origem em uma enorme explosão.

Antes do Big Bang, toda a matéria e energia que agora formam o universo estavam contidas em uma singularidade. Uma singularidade é um ponto com uma temperatura extremamente alta e densidade infinita, que também é encontrada no centro de um buraco negro.Essa singularidade flutuava em um vácuo total até que explodiu, arremessando gás e energia em todas as direções. Imagine uma bomba disparando dentro de um ovo. A matéria se moveu em todas as direções a velocidades altíssimas.

Conforme o gás da explosão esfriou, várias forças físicas fizeram com que as partículas se unissem. E conforme continuaram a esfriar, diminuíram sua velocidade e foram ficando mais organizadas, até crescerem e se tornarem estrelas. Mas isso não foi rápido, levou bilhões de anos.

Há cerca de cinco bilhões de anos, alguns desses gases e matérias se tornaram o nosso Sol. No começo ele era uma nuvem quente e giratória de gás que também continha alguns elementos mais pesados. Conforme a nuvem girava, ela se agrupou em um disco chamado de nebulosa solar. Foi dentro desse disco que nosso planeta e os outros do sistema solar se formaram. O centro da nuvem continuou a se condensar, chegando ao ponto em que teve sua ignição iniciada e se tornou um sol.

Imagem cedida pela NASA Nebulosa solar

Ainda não há evidências concretas explicando a maneira exata em que a Terra se formou nessa nebulosa, mas os cientistas têm duas teorias. Ambas envolvem a agregação, ou moléculas e partículas se unindo. Elas partem da mesma idéia básica: há cerca de 4,6 bilhões de anos, a Terra se formou pela união de partículas dentro de um disco gigante de gás que girava na órbita do que viria a ser o nosso Sol. E após o Sol ter entrado em ignição, expeliu todas as partículas adicionais para longe, formando o sistema solar como o conhecemos hoje. A nossa Lua também se formou nessa nebulosa solar .

No princípio, a Terra era vulcânica e extremamente quente. Seguindo o resfriamento do planeta, formou-se uma crosta, onde se criaram várias crateras devido a impactos de asteróides e outros fragmentos. E como o processo de resfriamento continuava, a água preencheu os vales que haviam se formado na superfície, criando os oceanos.

Através dos terremotos, erupções vulcânicas e outros fatores, a superfície da Terra chegou à forma que conhecemos hoje. A massa do planeta fornece a gravidade que mantém todas suas partes juntas e a superfície fornece um lugar para vivermos. Mas a verdade é que o processo todo não teria começado sem o Sol.

Confira os links na próxima página para aprender mais sobre a Terra, o Sol e assuntos relacionados.

Como sabemos?Assim como aconteceu com a evolução, a Teoria do Big Bang causou polêmica. Mas aqui vão algumas das razões pelas quais os cientistas acham que ela está certa: toda a matéria do universo está se distanciando a uma velocidade muito rápida. Cientistas já provaram isso ao medir o desvio para o vermelho das estrelas, que é como as ondas de luz se esticam conforme se distanciam de nós; os cientistas conseguem detectar e medir radiação de baixo nível chamada de radiação cósmica de fundo ou radiação de fundo em microondas, que parece ser um subproduto do Big Bang. Novas análises dessa radiação sugerem que o universo mudou de um ponto microscópico para um sistema enorme em uma fração de segundo [ref (em inglês)]. Para aprender mais sobre o Big Bang, confira estas informações(em inglês) fornecidas pela NASA, pela Universidade de Michigan(em inglês) e pela Universidade da California em Berkeley (em inglês).

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Saiba mais...

Um antigo texto publicado pelo Blog retrata as características únicas da Terra,na qual influenciam cientistas a acreditar que não há mais ninguém conosco no universo.

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