17/07/2018

Blog Ciência & Matemática apresenta os fenômenos do gelo

Reprodução do blog do IMPA Ciência & Matemática, publicado em O Globo, e coordenado por Claudio Landim

Jefferson C. Simões, professor do Instituto de Geociências da UFRGS

Marcia C. Barbosa, professora do Instituto de Física da UFRGS

Quando admiramos a beleza dos cinquenta tons de azul de iceberg flutuando na região da Patagônia não percebemos quão bizarro pode ser o gelo. Mas, por quê os tons de azul se superfícies cobertas por neve são brancas? Os cristais da água congelada (gelo) sem contaminantes que podemos observar em parte das superfície dos icebergs absorvem ondas nas faixas do vermelho e emitem na faixa do azul. Já os flocos de neve são uma agregado de cristais de gelo e muito ar, uma estrutura mais desorganizada, refletindo e emitindo energia em todos os comprimentos de onda e, assim observamos a soma que é branca. Além dos tons de azul da água pura congelada, há icebergs com partes de outros matizes. Importante, icebergs não são formados pelo congelamento da água do mar. Eles foram parte e se desprenderam de geleiras, estas são formadas pela acumulação de cristais de neve ao longo de milhares de anos. Como o passar dos anos, o ar é expulso, os cristais de gelo crescem e a neve forma o gelo das geleiras. Por vezes, impurezas minerais ou material biológico vindo do mar pode congelar no fundo do iceberg, resultando em camadas de gelo com outras cores (verde, preto).

Mas não só de reflexão vive o iceberg. Ele apresenta uma miríade de outros fenômenos bizarros. O simples fato do iceberg flutuar na água do mar já é algo inusitado. Para a maioria dos materiais ao baixarmos a temperatura na fase líquida, o sistema ao sofrer a transição para a fase sólida, fica mais ordenado e mais compacto. Afinal, ao organizarmos algo conseguimos colocar mais em menor espaço. Esta compactação deixa o material mais denso e materiais mais densos afundam em materiais menos densos. Uma barra de ferro afunda em ferro líquido. Mas a água contradiz esta intuição. Água congelada se arranja em uma estrutura mais aberta e menos densa que a água líquida. A origem desta anomalia da água está no fato da molécula da água, H2O, formar uma estrutura em formato de V com o oxigênio no centro. Como o oxigênio tem mais prótons atrai mais os elétrons do que os hidrogênios, ficando a região próxima ao O negativa e a próxima aos H positivas. Esta distribuição de carga de uma molécula interage com as vizinhas formando ligações de hidrogênio. Uma estrutura ordenada típica seria uma água no centro de um cubo e as águas vizinhas nos vértices do mesmo cubo. Ao aquecermos o sistema estas ligações se rompem e mais moléculas podem entrar no cubo, aumentando a densidade, permitindo o gelo menos denso flutuar em água, mais densa. Mas contrário do que às vezes é ensinado nas aulas de física do ensino médio, a parte que está submersa de um iceberg não é nove vezes o tamanho do que podemos ver acima da superfície do mar. O iceberg tem muita neve e, além disso, é formado por água doce (o que é menos densa do que água do mar na qual o iceberg está flutuando). Conclusão: nós vemos cerca de um sétimo do tamanho do iceberg. Ou seja, se ele tem uns 50 m de altura, tem mais 300 m escondido embaixo d’água.

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