O efeito de estufa explicado em 438 palavras e 1 figura.

A luz solar não é toda igual. É um conjunto de “luzes” a que damos nomes que dependem do seu comprimento de onda (c.d.o.). A luz visível é aquela a que os olhos humanos são sensíveis. Alguns animais (como por exemplo os insectos) são sensíveis à luz ultravioleta (que tem um c.d.o. maior que a da luz visível), também referida como luz UV. Outros animais conseguem ver luz infravermelha ou luz IV (com c.d.o. menor que o da luz visível). Já o Super-Homem tem visão Raios X (uma luz com c.d.o. maior que o da luz ultravioleta).

No entanto, independentemente da sua composição, quando chega à superfície terrestre, a luz solar sofre um de dois fins. Ou é reflectida (mantendo-se o seu c.d.o. igual) ou é absorvida. A luz absorvida pela superfície terrestre é posteriormente reemitida como luz infravermelha. Algumas das moléculas presentes na atmosfera têm a capacidade para absorver a luz IV e reemiti-la mais tarde.

Diferentes tipos de luz têm diferentes “capacidades”: a luz ultravioleta em excesso provoca cancro da pele, sem luz visível os humanos não vêem e a luz infravermelha “aquece”. Assim quando as moléculas presentes na atmosfera reemitem a luz infravermelha a temperatura da atmosfera aumenta. Chama-se a isto o efeito de estufa.

O efeito de estufa, por si só, é um factor benéfico que permite a existência da vida tal como a conhecemos. Sem o efeito de estufa a temperatura média do planeta Terra seria 30 ºC mais baixa, e a água encontrar-se-ia quase toda no estado sólido. Mas o efeito do efeito de estufa depende do número de moléculas que conseguem absorver e reemitir luz infravermelha presentes na atmosfera. Quanto maior for o número destas moléculas, maior será a temperatura média da Terra.

O aumento do efeito de estufa provoca o aumento da temperatura média da Terra. Este facto traz consequências como o aumento do nível médio da água do mar e as alterações climáticas, incluindo o aumento da temperatura. Um aumento médio de 5 ºC poderá ter consequências catastróficas.

O efeito de estufa é provocado por várias substâncias existentes na atmosfera, chamados gases de estufa, como o vapor de água, o metano, o óxido nítrico, o ozono e, o mais famoso, o dióxido de carbono. Os níveis destes gases têm aumentado consideravelmente (pode-se mesmo dizer exponencialmente) desde o início da Revolução Industrial, à mais de 200 anos atrás.

Os níveis dos gases de estufa têm aumentado desde o início da revolução industrial, resultado das actividades humanas. O efeito mais devastador é o do dióxido de carbono, que resulta principalmente da combustão de combustíveis fósseis como o carvão e o petróleo.

P.S.: A imagem deste post foi adaptada. A imagem original encontra-se aqui.

A morada dos deuses.

Os gregos antigos acreditavam que o monte Olimpo, sendo o monte mais alto entre todos, era a morada (digna) dos deuses. No planeta Terra a maior montanha é o Evereste (quase 9 km de altura) e existem mais 13 montanhas com mais de 8 km de altura. Várias situam-se, tal como o monte Evereste, na cordilheira dos Himalaias. Mas essas montanhas são anãs ao pé da maior montanha de Marte, com a altura de sensivelmente 3 montes Evereste. A esta montanha marciana (a maior conhecida no sistema solar) foi dado o nome de Olympus Mons, o Monte Olimpo.

O Olympus Mons situa-se próximo do equador marciano, numa região chamada planalto de Tharsis. Encontra-se acompanhado por outros três montes gigantes com mais de 10 km de altura, chamados Ascraeus Mons, Pavonius Mons e Arsia Mons. O tamanho destes gigantes é ainda mais impressionante quando se considera o tamanho total do planeta Marte, como na figura à direita. E o diâmetro de Marte é sensivelmente metade do diâmetro da Terra.

Situada na Terra, a cordilheira dos Himalaias resulta do choque das placas tectónicas asiática e indiana (chamadas assim por razões óbvias). Já o marciano Olympus Mons é de origem vulcânica. Com um diâmetro de quase 600 km e cerca de 26,4 km de altura, no centro deste enorme monte situa-se um aglomerado de cinco caldeiras, a maior das quais tem 80 km de diâmetro.

A melhor forma de avaliar o tamanho do Olympus Mons é comparando-o com algo que conhecemos bem. O Olympus Mons ocupa uma área de sensivelmente três vezes Portugal continental e a altura de três montes Evereste. Na Terra o seu cume estaria situado no meio da camada de ozono!

A imagem seguinte é da ESA (European Space Agency) e permite distinguir as caldeiras (para cada caldeira a base está ao mesmo nível). As cinco caldeiras do Olympus Mons confirmam a ocorrência de pelo menos 5 erupções vulcânicas, em diferentes alturas da vida do planeta Marte. Estas erupções são responsáveis pelo depósito de grande parte do material que constitui o monte. Vários cientistas consideram que o Olympus Mons ainda poderá ser um vulcão activo.

O cone do Olympus Mons têm um declive muito suave, entre 2% e 5%, ou seja, por cada 100 m percorridos em linha recta a partir da caldeira até à base a altitude diminui entre 2 e 5 metros. Na Terra vulcões com esta forma (ou morfologia) são chamados vulcões efusivos ou vulcões escudo, devido a sua forma. Também são referidos como vulcões com actividade de tipo hawaiano. Nestes vulcões a lava é muito fluida, podendo percorrer grandes distâncias antes de solidificar. Um exemplo de vulcões efusivos é os vulcões hawaianos. O maior destes, Mauna Loa, tem uma altura de 10 km, desde a base no fundo do oceano até ao topo (ver figura abaixo).

Existem várias razões propostas para a impossibilidade de um monte terrestre poder atingir as dimensões do Olympus Mons. Em primeiro lugar está sujeito à acção da erosão pelos elementos (ventos, chuva, cursos de água, etc…). Para além disso a acção da gravidade limita (condiciona é o termo mais correcto) a altura máxima que uma montanha pode ter. Na Terra 9 km de altura acima do nível médio das águas do mar parece ser o limite. Finalmente o facto de a crosta terrestre ser constituída por placas que se movem (segundo a teoria de tectónica de placas) limita o tempo durante o qual um vulcão é activo. O arquipélago do Hawai é um dos melhores exemplos.

Tendo em conta o tamanho do Olympus Mons em relação à dimensão de Marte poderia esperar-se a identificação deste monte utilizando um telescópio terrestre. No entanto a região de Tharsis pode ser assolada por tempestades de poeira e por nuvens que diminuem consideravelmente a visibilidade. A dimensão do Olympus Mons só foi verificada pela sonda Mariner 9 em 1972.

P.S.: As imagem apresentadas neste poste foram obtidas em missões patrocinadas pela NASA (National Aeronautics and Space Administration) e pela ESA (European Space Agency). A excepção é a imagem do Mauna Loa (origem: wikipedia - Gordon Joly).

A Google tem um mapa de Marte, de acesso gratuito. A fotografia abaixo é de lá!

A Google celebra a descoberta de água na Lua

O logotipo da Google de hoje, 14 de Novembro de 2009, celebra a descoberta de água na Lua.

Um dos programas da NASA na Lua utiliza um satélite chamado LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) cujo objectivo, como indicado pelo nome, é estudar as crateras da Lua. A LCROSS partiu da Terra no dia 18 de Junho de 2009 e foi transportada até à Lua num foguetão Centauro. No dia 9 de outubro de 2009, ao se aproximar da Lua, a LCROSS separou-se da parte do foguetão Centauro que a transportava.

Após a separação da LCROSS, o que restava do foguetão Centauro caiu sobre a cratera lunar Cabeus, situada no polo sul da Lua. A LCROSS realizou uma análise das “poeiras” geradas pela formação da mini cratera no local de impacto e detectou a presença de água.

A descoberta de água na Lua é importante a dois níveis: por um lado a presença de água na Lua poderá tornar mais fácil a instalação de seres humanos neste satélite, por outro lado os cientistas esperam que esta descoberta permita desvendar segredos sobre a formação do Sistema Solar. No futuro poderiam ser recolhidas e estudadas amostras de colunas de gelo lunar, da mesma forma que são estudadas amostras de gelo recolhidas no Ártico e na Antártida (lembram-se da profissão do personagem Jack Hall no filme O dia depois de amanhã?).

A presença de água na cratera lunar Cabeus foi detectada por espectroscopia (os espectros de UV e de IV da água são inconfundíveis). No entanto a LCROSS recolheu muito mais informação, que neste momento está a ser tratada por cientistas da NASA. Espera-se que a análise de todos estes dados confirme os resultados de espectroscopia, ou seja a existência de água na cratera lunar Cabeu.

Mais ainda, os dados obtidos pela LCROSS irão permitir um estudo muito mais profundo de todos os componentes da poeira da cratera recém-criada e ainda (também muito importante) da sua distribuição na mesma.

Fotografia tirada 20 segundos após o impacto na cratera lunar Cabeus (Fonte: NASA).

Nota: A descoberta de água na Lua foi reportada em vários jornais portugueses, como o Público, o Correio da Manhã, o Diário de Notícias e até A Bola (edição online).
UV = ultra violeta; IV = infravermelho.

Metais mesmo básicos.

Na Tabela Periódica dos Elementos Químicos actual os elementos encontram-se organizados por grupos e por períodos. Átomos de elementos do mesmo grupo têm o mesmo número de electrões de valência (que são os electrões responsáveis pela reactividade de um átomo). Assim os átomos de elementos do mesmo grupo apresentam propriedades químicas muito semelhantes entre si. Elementos do mesmo grupo têm tendência para reagir da mesma forma quando participam numa reacção química, formando-se produtos de reacção com uma fórmula química semelhante.

Como já foi referido neste blog, as primeiras tentativas de organizar os elementos em grupos tiveram em consideração a semelhança de propriedades químicas de diferentes elementos.

Os elementos lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs) e frâncio (Fr) constituem o grupo 1 da Tabela Periódica. São elementos extremamente reactivos. O grupo 1 é conhecido como grupo dos metais alcalinos. O nome metal alcalino resulta do facto de estes elementos reagirem vigorosamente com a água, formando soluções alcalinas (soluções com um pH > 7). Muitos de nós observámos a reacção do sódio e do potássio com a água nas aulas de Ciências Físico-Químicas. À medida que a reacção ocorria, a água ia tornando-se cada vez mais cor-de-rosa, devido à presença de fenolftaleína (indicador que torna as soluções alcalinas cor-de-rosa).

Os metais alcalinos têm a aparência típica dos metais, e apresentam uma cor cinzento-prata. São metais moles, e mesmo o lítio (o mais duro dos metais alcalinos) é mais mole que o chumbo. É possível cortar amostras de sódio e de potássio utilizando uma faca romba.

Os metais alcalinos reagem facilmente com outros reagentes que não a água. Por exemplo, os metais alcalinos reagem com o oxigénio molecular (formula química = O2), formando-se um óxido de metal alcalino com a fórmula química M2O. Da reacção deste reagente com o lítio resulta o óxido de lítio, ou Li2O, da reacção deste reagente com o sódio resulta o óxido de sódio, ou Na2O, e da reacção deste reagente com o potássio resulta o óxido de potássio, ou K2O.

Os metais alcalinos são tão reactivos que, na Natureza, não é possível encontra-los no estado puro. No entanto é possível obter estes metais por electrólise. A grande reactividade destes elementos com o oxigénio presente no ar, obriga a que os metais alcalinos sejam guardados em ambiente inerte, óleo no caso do sódio e do potássio e árgon no caso do césio.

Este vídeo apresenta a reacção de metais alcalinos com a água, apresentando os metais por ordem crescente de número atómico. De todos os que encontrei no youtube é o meu favorito.

Como fazer uma bomba atómica em casa.

Em 2001, no pico da guerra contra o terrorismo, foi feita uma descoberta inquietante. Numa rusga feita a um centro de recrutamento de talibãs em Cabul, foi encontrado, escondido entre outros papéis, um artigo com instruções sobre como fazer uma bomba atómica.

A notícia foi reportada com pompa e circunstância por um repórter da BBC, que leu trechos do artigo in loco, e o pânico instalou-se entre as hostes aliadas. Especialistas americanos e ingleses foram forçados a emitir comunicados oficiais, referindo o quão improvável seria para Bin Laden e para os seus fazer uma bomba atómica.

Uma análise mais cuidada revelou a origem das instruções para a produção da bomba caseira. O artigo original era, nem mais nem menos, que um velhinho artigo de 1979 chamado Let´s make a termonuclear device, do The Journal of Irreproducible Results (TJIR). E todos puderam respirar de alívio.

Os cientistas sabem fazer humor, incluivé em tempo de guerra. Em Março de 1979, em plena guerra fria, o Supremo Tribunal de Justiça dos Estados Unidos decidiu impedir a publicação, em revistas e jornais, de artigos que apresentassem detalhes relativos à construção de uma bomba atómica.

A decisão do Supremo Tribunal de Justiça chocou a comunidade científica. A mesma chamou a atenção para o facto de a decisão do tribunal ser redundante, na medida em que todas as informações necessárias para construir uma bomba atómica se encontram disponíveis em bibliotecas públicas norte-americanas. O acesso a estas informações sempre foi, portanto, gratuito.

Pouco tempo depois apareceu um artigo na revista The Journal of Irreproducible Results, que apresenta artigos dedicados a temas mais ou menos polémicos, tratados com humor cáustico. O autor do artigo Let´s make a termonuclear device apresenta um receita para a construção de uma bomba atómica caseira, feita em 10 simples passos.

O objectivo original do artigo foi conseguido: Por mais simples que possa parecer a produção de uma bomba atómica, a sua produção em massa é impossível! Para começar não seria possível “arranjar” o material necessário (50 kg de plutónio, 100kg de TNT, o invólucro em forma de bola, etc.). Para além disso o manuseamento de material radioactivo (50 kg inteirinhos de plutónio!!) é fatalmente prejudicial para a saúde de qualquer um.

Uma bomba atómica é super instável. Ninguém quererá dormir ao pé de uma, quanto mais fabrica-la. E como a informação necessária para fabricar uma bomba é acessível a todos (pelo menos a todos que saibam ler textos escritos em inglês) não vale a pena proibir a divulgação de artigos sobre este assunto.

Seriam os ocupantes do centro de recrutamento de Cabul, descoberto em 2001, possuidores do mesmo nível de humor que o autor do artigo da TJIR? Provavelmente não existirá jamais resposta a esta questão. Mas o artigo Let´s make a termonuclear device provou manter-se actual, resistindo ao teste do tempo.

P.S.: Recomenda-se a leitura do artigo original em inglês. É awesome!

Construindo a tabela periódica: o início.

No decorrer do século XIX foram sendo descobertos muitos dos elementos químicos conhecidos actualmente. Ainda muito cedo vários cientistas verificaram que alguns elementos apresentavam propriedades físicas e químicas semelhantes entre si. Esses elementos foram sendo “agrupados” em grupos como o grupo dos metais alcalinos e o grupo dos halogéneos. O primeiro cientista a constatar que é possível estabelecer grupos de elementos com propriedades físicas e químicas semelhantes foi Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849).

Na década de 1860, quando já era conhecido com algum pormenor a massa atómica relativa de vários elementos, alguns cientistas verificaram que se os elementos fossem organizados segundo a sua massa atómica era observada uma periodicidade. Separados por um número certo e constante de elementos encontravam-se elementos pertencentes ao mesmo grupo.

Os cientistas que apresentaram os trabalhos mais pertinentes foram Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois (1820-1886), John Newlands (1837-1898), Lothar Meyer (1830-1895) e Dmitri Mendeleiev (1834-1907). Estes cientistas apresentaram os seus resultados de forma independente, sem se aperceberem que outros já tinham apresentado conclusões semelhantes. Também propuseram esquemas de organização dos elementos.

Ao princípio os trabalhos destes cientistas não foram bem recebidos pela comunidade científica da época. As críticas apresentadas pelos químicos mais proeminentes foram severas e, para Béguyer de Chancourtois e Newlands devastadoras. A Newlands foi recusada a publicação de um artigo sobre o seu trabalho. O artigo publicado por Chancourtois não apresentava o esquema por si proposto para a organização dos elementos, tornando o texto incompreensível.

Newlands, Meyer e, principalmente Mendeleiev construíram os seus esquemas deixando espaço para novos elementos que na altura ainda não tinham sido isolados. Mendeleiev chegou a descrever as propriedades físicas e químicas dos elementos desconhecidos. Inicialmente isso foi considerado uma temeridade (como poderia ser possível prever as propriedades de um elemento não descoberto). Mas a descoberta e estudo dos elementos previstos por estes três cientistas comprovaram a veracidade das suas tabelas.

Foi a descoberta do escândio, do gálio e do germânio, os três elementos previstos e detalhadamente descritos por Mendeleiev, que comprovou a superioridade do seu esquema de organização este elementos, a que actualmente se dá o nome de Tabela Periódica.

Série da tabela periódica: Apresentação.

A tabela periódica dos elementos químicos parece ter surgido do nada, movida por regras misteriosas que ordenam a posição dos elementos químicos por períodos e grupos. Dos cientistas que contribuíram para a sua construção e desenvolvimento apenas Dmitri Mendeleiev (1834-1907) é famoso.

Partindo à aventura, resolvi conhecer melhor a história da tabela periódica. Navegando pela net e consultando alguns livros descobre-se que esta é uma história fascinante, cheia de personagens com as suas particularidades. Tem uma trama sólida e complexa. Têm comédia e tragédia. Tem tudo o que é necessário para o enredo de um bom filme. Só é pena se encontrar maioritariamente descrita em inglês (mas já agora ver aqui).

Tão complexa é a história do desenvolvimento da tabela periódica que se torna difícil apresenta-la num único texto. Descrever todos os actores principais e a sua contribuição resulta num texto comprido. Dividindo-o em fascículos, espero tornar a sua leitura mais fácil e divertida. Assim resulta a Série da Tabela Periódica, a que dou início hoje.

Misteriosa névoa azul.

As folhas de todas as plantas, principalmente as das árvores, produzem e emitem uma série de compostos orgânicos, que são indirectamente responsáveis pela formação de uma ténue névoa azul em florestas espalhadas por todo o planeta.

Uma vez na atmosfera, as moléculas orgânicas emitidas pelas folhas reagem com moléculas oxidantes, formado-se vários produtos, alguns dos quais têm capacidade para se agregar em partículas de tamanho considerável (3 – 30 nm). Em conjunto estas partículas formam um aerossol levemente azulado, chamado névoa azul. A figura em baixo mostra uma imagem de névoa azul nas Great Smoky Mountains, nos Estados Unidos da América (fonte: Wikipedia), onde este fenómeno é frequente.

A névoa azul tem uma acção muito importante no clima da Terra. As partículas da névoa azul têm capacidade para dispersar a luz solar, contribuindo localmente para diminuição da temperatura ambiente. As partículas da névoa azul têm também capacidade para incentivar a formação de nuvens, podendo ainda influenciar os valores de pluviosidade.

Um artigo da PNAS, colocado online no dia 7 de Outubro, conclui que a presença de ácido sulfúrico na atmosfera incentiva a formação das partículas da névoa azul. O ácido sulfúrico resulta de reacções químicas envolvendo compostos de enxofre, que ocorre na atmosfera. Este facto é muito importante visto que actualmente o homem é o principal responsável pela emissão para a atmosfera de compostos de enxofre, nomeadamente pela queima de combustíveis fósseis (gasolina, gasóleo, carvão, etc.). Mais ainda o artigo refere que a formação da névoa azul não é fácil sem a presença de compostos de enxofre.

Desde meados do século XX que se sabe que os compostos de enxofre são responsáveis pela formação de chuvas ácidas (também via formação de ácido sulfúrico). A comunidade internacional desenvolveu uma série de protocolos de forma a diminuir os níveis de emissão destes compostos. Em especial nos países da Comunidade Europeia ocorreu uma diminuição significativa da emissão de compostos de enxofre. Espera-se que o artigo da PNAS e novos artigos sobre a formação da névoa azul e a sua influência no clima reforcem a sensibilização, a nível mundial, para a importância da diminuição de emissão de compostos de enxofre.

A diferença está na dose!

A gripe espanhola de 1918-1919 é considerada a mais grave pandemia de gripe do século XX. Estima-se que pelo menos um terço da população mundial foi afectada, tendo morrido perto de 50 milhões de pessoas. Esta situação levou por vezes a medidas drásticas. Uma análise publicada online na revista Clinical Infectious Diseases (CID) refere-se a uma dessas medidas, a prescrição de doses excessivas de aspirina aos doentes.

A aspirina é um medicamento versátil, que faz diminuir a febre e o grau de dor física, sendo utilizada com sucesso do tratamento de inflamações. Foi sintetizada pela primeira vez em 1897 e no princípio do século XX já era largamente utilizada na Europa e Estados Unidos da América. No entanto a forma de actuação da aspirina só foi esclarecida totalmente em 1971 (o cientista John Vane recebeu o prémio nobel em 1982 por este facto).

Actualmente o valor máximo de aspirina recomendado é de 150 mg/kg por dia, correspondente a 7,5 g de aspirina para uma pessoa com 50 kg. O site oficial da Bayer recomenda, para um adulto, um valor diário máximo inferior a 4 g (correspondente a 8 comprimidos de 500 mg), repartido por tomas espaçadas entre 4 a 8 horas. Mas segundo o artigo da CID, no outono de 1918, no pico da pandemia de gripe, os doentes podiam tomar doses diárias que variavam entre 8,0 g e 31,2 g.

Karem Stako, autor do artigo, refere que as doses administradas em 1918 seriam suficientes para provocar dificuldades respiratórias em um terço dos doentes e que 3% dos doentes a que foi ministrado aspirina em excesso terá, muito provavelmente, desenvolvido edema pulmonar. Ambas estas situações clínicas contribuem para o agravamento do estado do doente, que se torna mais susceptível a infecções bacterianas (a aspirina não é um antibiótico), podendo, por si só, provocar a morte.

Tomar aspirina não é perigoso se for seguida a prescrição do médico e a informação fornecida com cada embalagem, que refere as doses recomendadas pelo fabricante, as contra-indicações e possíveis efeitos secundários. Mas o artigo de Stako, embora referindo-se a um caso extremo de medidas tomadas durante uma pandemia, vem uma vez mais lembrar-nos que, antes de decidirmos tomar qualquer medicamento, devemos consultar um médico e ler a informação incluída na caixa.

Cabeças de chuveiro insuspeitas.

Uma equipa de investigadores da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos da América investigou 45 cabeças de chuveiro de casas de banho públicas e privadas espalhadas por sete cidades norte-americanas e descobriu que 30% destas peças contêm colónias de Mycobacterium avium. Os resultados são apresentados num artigo da PNAS.

A M. Avium vive em biofilmes, uma espécie de película aderente que se pode formar sobre todo o tipo de superfícies e que pode albergar diferentes colónias de bactérias. Quando se desenvolvem biofilmes nas zonas de saída de água dos chuveiros as bactérias podem arrastadas pela água. Minúsculas gotas de água contendo bactérias podem manter-se suspensas no ar e ser inspiradas.

Em geral a M. Avium é inofensiva. No entanto em pessoas com um sistema imunitário mais debilitado, como os idosos e as grávidas, esta bactéria que pode eventualmente promover o desenvolvimento de doenças respiratórias.

A investigação realizada pelo grupo da Universidade do Colorado utiliza um método inovador para identificar microorganismos presentes em qualquer superfície desenvolvido na década de 1990 por Norman Pace, responsável do grupo. Tal qual equipa de CSI, a equipa faz um esfregaço da superfície a estudar e depois faz uma análise de DNA, que é comparada com o DNA conhecido para diferentes bactérias.

Como evitar então a infecção por M. avium ao tomar duche? É impossível proteger-nos a 100% mas certos procedimentos diminuem o risco. Pace refere que, antes de iniciar o duche, se deve deixar correr água por sensivelmente um minuto. Para além disso é preferível a utilização de cabeças de chuveiro de metal, porque nestas não se formam biofilmes tão facilmente como nas cabeças de plástico. E se vir resíduos nas cabeças de chuveiro troque-as. Os resíduos são indicação da existência de biofilmes instalados.

Nota: a fonte deste poste explica o trabalho realizado pelo grupo de investigação da Universidade do Colorado a apresenta um filme.

Terra à vista?

Tal qual modernos descobridores navegando por mares desconhecidos, os estudiosos da física de partículas, um ramo da Física que estuda a estrutura e organização das partículas subatómicas, procuram alcançar a Ilha de Estabilidade, o derradeiro prémio. Mas a existência e localização desta ilha, constituída por elementos “superpesados” (cujos átomos possuem bem mais de 100 protões), ainda é incerta.

Desde que Dalton propôs o primeiro modelo de átomo que se tem estudado a sua estrutura e organização. Vários modelos propostos depois, é conhecida a forma como, no átomo, os electrões se movimentam em torno do núcleo. Do núcleo do átomo também se conhece a composição em protões e neutrões. Mas quanto à organização dos neutrões e neutrões... Estamos nas fronteiras do conhecimento que mais interessam aos físicos de partículas.

O estudo de elementos químicos radioactivos determinou que existem dois factores que condicionam a estabilidade do núcleo atómico. Quanto maior o número de protões no núcleo menos estável é, maior a probabilidade de fissão nuclear. Mas a relação entre o número de protões e o número neutrões também é importante. Mesmo elementos com poucos protões (ou seja com um baixo número atómico) apresentam átomos radioactivos se a relação entre protões e neutrões não for correcta.

Na década de 1970 apareceram os primeiros modelos propostos para a organização no núcleo do átomo baseados em equações matemáticas. Estes modelos propõem a existência de uma Ilha de Estabilidade, um conjunto de átomos cuja conjugação de um número certo de protões e de neutrões cria um núcleo suficientemente estável para sobreviver mais do que alguns minutos. A Ilha de Estabilidade situa-se no meio de um mar de instabilidade, constituído por todos os átomos com um núcleo que não consegue ser estável por ter a conjugação errada de protões e neutrões.

Claro que nem sempre a teoria prediz de forma fiável a realidade. Segundo os modelos propostos para a organização do núcleo do átomo o elemento 114 (chamado assim por ter 114 protões) devia constituir a ponta da Ilha da Estabilidade. Mas estudos recentes (Setembro de 2009) revelaram que os dois átomos de elemento produzidos no Lawrence Berkeley National Laboratory (situado na Califórnia, Estados Unidos da América) se desintegraram em menos de um segundo, tempo insuficiente para que se possa considerar o elemento 114 como um componente da mítica ilha.

Mas os físicos de partículas não desanimam. À medida que mais informação é recolhida, mais se conhece sobre o núcleo dos átomos e a sua estrutura. Os modelos propostos para a organização do núcleo do átomo têm sido revistos, de forma a estarem de acordo com e/ou preverem os resultados obtidos experimentalmente. Até ver estes modelos continuam válidos e os físicos de partículas poderão continuar à procura da Ilha de Estabilidade.

Nota: a figura da Ilha de Estabilidade foi adaptada a partir desta figura (fonte wikipedia.en).

Carbono datado.

Um dos métodos mais precisos para determinar a idade de um objecto antigo é a datação radioactiva, determinar a sua idade contando o número de átomos radioactivos de um certo elemento químico.

Para determinar a idade do objecto, que é cientificamente chamado amostra, é necessário escolher primeiro qual o elemento químico a analisar. Esta escolha depende das características da amostra. Se a amostra for um fóssil e tiver menos de 40 000 anos a escolha certa é a datação por radiocarbono (a contagem de átomos de carbono-14).

Tal como outros elementos, o carbono apresenta mais de um isótopo (átomos com o mesmo número de protões mas com um diferente número de neutrões). O carbono-14 é um isótopo que não possui a relação certa de protões e neutrões, tornando o seu núcleo instável e com tendência a desintegrar-se. O tempo médio de vida do carbono-14 é de 5 730 anos, o que quer dizer que por cada 5 730 anos a quantidade de carbono-14 presente numa amostra reduz-se a metade.

O que torna o carbono-14 um isótopo tão apetecível para a datação de fósseis é o facto de existir uma produção constante deste isótopo na atmosfera superior da Terra. A todo o momento a parte superior da atmosfera terrestre é bombardeada por raios cósmicos, ocorrendo a formação de neutrões muito energéticos. Quando estes neutrões colidem com átomos de azoto formam-se átomos de carbono-14. A quantidade de carbono-14 formada é considerável porque o azoto é o elemento mais abundante na atmosfera.

Uma vez formado, o carbono-14 reage com o oxigénio presente na atmosfera formando dióxido de carbono, que é absorvido pelas plantas e outros seres vivos que conseguem fazer fotossíntese. Estes seres vivos são comidos por outros e desta forma o carbono-14 dissemina-se por toda a cadeia alimentar. Ou seja todos os seres vivos possuem carbono-14.

A quantidade de carbono-14 nos seres vivos mantém-se constante enquanto este conseguir fazer fotossíntese e/ou conseguir alimentar-se. Mas quando o ser vivo morre deixa de absorver carbono-14 e a quantidade deste isótopo vai decrescendo à medida que os anos passam. É possível determinar a forma como o nível de carbono-14 presente numa amostra vai decrescendo com o tempo. Comparando a relação entre a quantidade de carbono-14 e a quantidade de carbono-12 (que é um isótopo estável) presente na amostra e comparando com a relação entre estes dois isótopos para seres vivos, é possível calcular a idade da amostra.

Claro que nem tudo são rosas! A utilização deste método só é possível se considerar-nos que a quantidade de carbono-14 não tem variado ao longo do tempo, o que já se provou não ser verdade! E sabe-se as plantas não absorvem o dióxido de carbono todas da mesma forma. Mas os estudos de datação por radiocarbono utilizando amostras cuja idade foi determinada de forma independente (ou seja, utilizando outros métodos) provaram que este processo fornece resultados nos quais podemos confiar.

Nota: este artigo (português) e este artigo (inglês) apresentam, de forma mais detalhada, informações sobre a datação por radiocarbono.

A camada de ozono não se está a rir!

O óxido nitroso recebeu o cognome de gás hilariante, devido ao seu efeito de descontracção sobre a pessoa que o usa. Este gás tornou-se famoso pela sua “participação” no filme Velocidade Furiosa (no original The fast and the furious). Neste filme de carros de corrida de rua é utilizada uma botija deste gás quando que se pretende obter ainda maior velocidade na estrada.

O óxido nitroso é também um conhecido gás de efeito de estufa. Mas poucos estão a par do papel do óxido nitroso como destruidor da camada de ozono. Esta situação irá mudar em breve.

Os CFCs (clorofluorcabonetos) são considerados responsáveis pelo aumento do buraco de ozono desde que este foi descoberto. Em 1971 foi acordado o protocolo de Montreal, tendo vários países comprometido-se a proibir a utilização de CFCs. Como os CFCs não são produzidos naturalmente a implementação deste protocolo contribuiu de forma decisiva para a redução da emissão de CFCs para a atmosfera.

Com a diminuição do nível de CFCs na estratosfera (zona da atmosfera onde se situa a camada de ozono), a actuação de outros destruidores da camada de ozono esta a tornar-se mais evidente. E o mais importante parece ser o óxido nitroso.

Na verdade o óxido nitroso não é directamente responsável pela destruição da camada de ozono. Mas ao reagir com o oxigénio presente na estratosfera forma-se óxido nítrico, que ataca o ozono. E, paradoxalmente, a diminuição do nível de CFCs torna a acção do óxido nitroso mais perniciosa, porque, quando em conjunto, estas substâncias “cancelam” a acção uma da outra.

Ao contrário do que acontece com os CFCs, o óxido nitroso pode ser produzido e libertado por processos naturais (que em geral envolvem a acção de bactérias). Mas actualmente a libertação de óxido nitroso devido à actuação humana corresponde a quase 40% do total, valor com tendência a aumentar. Contrariar esta tendência será difícil, tendo em conta que a libertação de óxido nitroso resulta (entre outros) da queima de combustíveis fosseis (carvão, petróleo e derivados) e da actividade agrícola.


Nota: para saber mais sobre o óxido nitroso e compreender melhor o seu papel na destruição da camada de ozono pode consultar este artigo da revista Science.

Corvos astutos, nozes e carros.

Reza a lenda que os restos mortais de São Vicente foram encontrados ao lago do cabo que hoje tem o seu nome, perto de Sagres, sudoeste de Portugal, protegidos por dois corvos. D. Afonso Henriques ordenou que S. Vicente fosse trazido para Lisboa por barco e durante a viagem estiveram sempre presentes dois corvos. S. Vicente é o padroeiro de Lisboa, mas actualmente é raro avistar corvos na capital, embora por vezes seja possível observar um par em Belém.

O que pouca vezes se vê referido é que os corvos são animais consideravelmente inteligentes. Os corvos conseguem distinguir rostos humanos, identificando os que são menos simpáticos. Conseguem também utilizar (e até construir) pequenos instrumentos para obter comida. E inclusive encontraram uma maneira de comer sapos venenosos sem morrerem envenenados.

Um estudo japonês demostrou uma outra curiosidade: como é que os corvos citadinos conseguem partir a casca de uma noz. A ideia é simples e engenhosa. Inicialmente os corvos limitavam-se a deixar cair a noz de uma grande altura sobre o asfalto (que é bastante mais “duro” que um chão de terra), para a partir. Mais tarde os corvos perceberam que a noz se parte mais facilmente se estiver sob a roda de um carro em movimento. E para não serem atropelados os corvos aprenderam a partir as nozes em locais da estrada com sinais de passagem luminosos, tais como passadeiras e cruzamentos. É só largar a noz, deixar que um carro a esmague, esperar pelo sinal verde para peões e ir recolher os restos. Este vídeo da BBC conta tudo!



Nota: Nas falésias da região de Sagres continuam a existir muitos corvos!

Cimento 3D

Desde a antiguidade o cimento é utilizado na construção de edifícios e outras estruturas. No entanto embora seja conhecida a composição do cimento, ainda não era conhecida a sua estrutura a nível molecular. Agora, um estudo com o título A realistic molecular model of cement hydrates apresentado na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) apresenta uma proposta para a estrutura tridimensional do cimento a três dimensões. O estudo foi financiado pela Cimpor, empresa portuguesa envolvida na produção de cimento.

O conhecimento da estrutura molecular do cimento é importante para melhorar a sua qualidade e tornar possível a produção de cimento adaptado às características das obras em que é aplicado. A nível ambiental poderá também contribuir para a diminuição da emissão de dióxido de carbono relativa à produção de cimento, que actualmente corresponde a mais de 5% do total a nível mundial. O dióxido de carbono é o maior contribuinte para o aumento do efeito de estufa.

O cimento é constituído por cal (óxido de cálcio), sílica e água. No artigo é apresentada a “formula química” do cimento e é proposto um modelo da sua estrutura molecular que, quando testado, apresenta resultados que estão de acordo com as características (propriedades) físicas do cimento. Também é proposto um papel muito importante para a água presente no cimento. Á água torna o cimento duro e impede que o cimento rache.

Os autores do artigo dizem que se pode fazer uma analogia entre a estrutura molecular do cimento e a estrutura cristalina de um mineral raro, a tobermorita. Tanto o cimento como a tobermorita são constituídos por uma sequência alternada de camadas de sílica e camadas de óxido de cálcio. No entanto, ao contrário do que acontece com a tobermorita, no cimento elementos da camada de sílica “intrometem-se” na camada de óxido de cálcio. Esta estrutura leva a uma classificação mista do cimento: no interior de cada camada comporta-se como um líquido amorfo (como se fosse vidro) mas entre camadas comporta-se como um sólido cristalino (como o sal de cozinha).

Sobre pressão o cimento não racha facilmente. Este facto deve-se à presença de moléculas de água entre as camadas de sílica e de óxido de cálcio do cimento. Neste caso as moléculas de água servem como uma espécie de lubrificante, permitindo o deslizamento de camadas adjacentes. As moléculas de água presentes no cimento também são responsáveis pela sua rigidez. Este facto deve-se à presença de moléculas de água dentro das camadas de óxido de cálcio, como consequência da intromissão de elementos de silício nesta camada.

A notícia sobre o artigo científico encontra-se aqui.
O artigo encontra-se acessível online (em pdf) aqui.

Estrelas Speedy Gonzalez.

Tal como o Sol, o movimento das estrelas da Via Láctea está condicionado pela gravidade desta galáxia. Mas desde 2003 que têm sido descobertas estrelas hiper-rápidas, estrelas fugitivas, com uma velocidade tão grande que a gravidade da Via Láctea não as consegue “agarrar”. A revista Astronomy de Setembro de 2009 dedica-lhes um artigo, What revved up the galaxy´s fast stars?, escrito pelo astrofísico Ray Jayawardhana.

Estima-se que existe perto de 1000 estrelas hiper-rápidas na Via Láctea. Para as poder localizar, os astrónomos procuram primeiro estrelas azuis novas, de massa elevada e distantes, para depois verificarem a sua velocidade. Actualmente conhecem-se 16 estrelas hiper-rápidas, com velocidade entre 0,75 milhões de km/h e 1,60 milhões de km/h.

Os astrónomos consideram várias hipóteses para as estrelas apresentarem uma velocidade tão elevada. Uma delas tenta explicar a existência de 8 estrelas hiper-rápidas conhecidas, que se encontram muito próximas umas das outras na zona da constelação de Leão. Estas estrelas teriam feito parte de uma galáxia satélite que se tenha atravessado no caminho da via Láctea.

Outra hipótese proposta para existência de estrelas hiper-rápidas é estas pertencerem originalmente a um cluster de estrelas e adquirir uma velocidade elevada em resultado da interacção com outras estrelas próximas.

As estrelas hiper-rápidas podem também ter feito parte de um sistema binário.Neste caso podem adquirir uma velocidade elevada por (pelo menos) dois processos diferentes: explosão de uma das estrelas como supernova e interacção com um buraco negro.

Quando um sistema binário de estrelas se aproxima de um buraco negro supermaciço uma das estrelas é capturada mas a outra é capturada para o exterior com grande velocidade. A existência destas estrelas pode ser utilizada com prova de que o centro da Via Láctea possui um buraco negro supermaciço e ainda fornecer uma indicação do seu tamanho.

A explosão de uma das estrelas de um sistema binário como uma supernova também pode criar um impulso que leve a estrela companheira a ganhar uma grande velocidade.

Os astrónomos continuam activamente à procura de mais estrelas hiper-rápidas. O seu estudo poderá fornecer informações valiosas para o conhecimento da estrutura, construção e desenvolvimento de diversos componentes do Universo.

Maxwell e os anéis de Saturno.

Maxwell é conhecido actualmente pelo trabalho realizado para a compreensão do electromagnetismo. Mas os seus primeiros trabalhos estavam relacionados com as cores e também com a geometria e outros cálculos matemáticos. Como os que realizou para explicar (matematicamente) a constituição dos anéis de Saturno.

Em 1843 o matemático e astrónomo britânico John Couch Adams (1819-1892) iniciou a sua busca por um planeta perdido, que, seguindo a teoria de Newton, estaria a perturbar a órbita do planeta Urano. Em 1845 Adams apresentou os cálculos matemáticos que previam a posição deste planeta a George Biddell Airy, na altura o astrónomo real britânico, e foi devidamente ignorado. Em 1846 o francês Urbain Le Verrier (1811-1877), seguindo sem o saber os passos de Adams, enviou uma carta com os seu cálculos relativos ao planeta mistério ao observatório de Berlim. Na noite em que receberam a carta os astrónomos alemães descobriram o planeta!

O que se seguiu foi digno de uma telenovela, com Le Verrier e Airy a lutar pelos direitos relativos a tudo o que implicasse o novo planeta, incluindo o direito de lhe dar um nome e (mais importante de tudo) a primazia da descoberta. Actualmente é dado crédito tanto a Le Verrier como a Adams pela descoberta deste planeta, a que chamamos Neptuno.

Na década de 1840 James Clerk Maxwell (1831-1879) era ainda novo para se envolver nestas disputas científicas, mas foi graças a elas que ganhou o seu primeiro prémio monetário. É que em 1848, em comemoração da contribuição de Adams para a descoberta de Neptuno (e numa espécie de pedido de desculpas feito pela comunidade científica britânica), foi criado o prémio Adams. E em 1857 Maxwell ganhou o prémio Adams com uma explicação matemática para a constituição dos anéis de Saturno.

Quando Maxwell se candidatou ao prémio Adams existiam três propostas para a constituição dos anéis de Saturno: podiam ser sólidos maciços, podiam ser constituídos por fluidos ou podiam ser constituídos por muitos pedaços de matéria.

Maxwell conseguiu provar matematicamente que os anéis de Saturno só poderiam ser sólidos maciços e estáveis se quatro quintos da sua massa estivesse concentrada num único ponto e a restante estivesse distribuída uniformemente. Esta hipótese era contrariada pela observação por telescópio do planeta. Maxwell provou depois, utilizando métodos de análise de Fourier, que, se os anéis fossem constituídos por fluídos, o seu movimento ondulatório iria provocar a desagregação dos anéis em bolhas.

Assim, por exclusão de partes, os anéis de Saturno teriam de ser constituídos por muitos pedaços de matéria. Como não era possível conhecer o tamanho e massa de todos os pedaços que constituíam os anéis, Maxwell simplificou a questão: ao fazer os cálculos matemáticos considerou que todos os pedaços seriam semelhantes entre si, estariam a distâncias iguais uns dos outros e constituiriam um único anel. Neste caso, desde que a densidade dos pedaços fosse baixa, o anel seria estável.

Maxwell provou depois que um sistema de dois anéis em sequência constituídos (cada um) por muitos pedaços de matéria também pode ser estável, mas que irão ocorrer colisões entre os pedaços, criando uma espécie de fricção que obriga os anéis a moverem-se em sentidos diferentes.

Maxwell não conseguiu identificar os constituintes dos anéis de Saturno, nem a sua organização. Mas os responsáveis pela atribuição do prémio Adams consideraram-se satisfeitos. A confirmação da constituição dos anéis de Saturno por muitos pedaços de matéria só foi feita quando as sondas Voyager 1 e 2 “sobrevoaram” o planeta no início da década de 1980, mais de 100 depois de Maxwell ter recebido o prémio Adams.

Este é o meu manifesto.

Imagino que é suposto escrever-se uma espécie de manifesto que justifique a existência de um novo blog. Este manifesto deverá apresentar os objectivos do blog e também as razões que levam o blogger (ou bloggers) a postar nele. Sendo assim (e por agora) o meu manifesto resume-se a um texto bem pequeno: O meu objectivo é falar sobre Ciência em geral, na sua história em particular (com alguma filosofia à mistura) e, sempre que necessário na educação e literacia científicas. As minhas razões resumem-se a duas só: porque quero e também porque gosto de escrever sobre estes temas!

Ema não é uma avestruz pode parecer um título estranho, principalmente porque este não é um blog sobre aves. O título foi inspirado num comentário relativo a um ensaio de Stephen Jay Gould (1941-2002) sobre kiwis (ave neozelandesa) chamado Of kiwi eggs and the liberty bell que aparece no livro Bully for Brontosaurus (em português A Feira dos Dinossáurios).

E assim termina o meu manifesto sobre este blog. Todas as sugestões de temas a tratar em futuros textos (e outros conselhos) serão tidas em grande consideração.