Zhao Qin com um pedaço de gelo em frente ao modelo atômico usado para
simular o efeito do dióxido de carbono sobre a quebra do gelo. (Cortesia: MIT)
A concentração de dióxido
de carbono na atmosfera aumentou de aproximadamente 280 ppm na época da
revolução industrial para cerca de 390 ppm nos dias de hoje. Atualmente,
pesquisadores dos EUA têm realizado simulações ao nível atômico que sugerem que
o aumento das concentrações de CO2 faz com que o gelo se torne mais
frágil, ou seja, mais propenso a quebras ou rachaduras. Embora o trabalho esteja
voltado para pequenos "nanocristais" de gelo, o grupo de
pesquisadores acredita que isto possa aumentar a nossa compreensão sobre rachaduras
em estruturas maiores, como geleiras e calotas polares.
"Estes resultados
sugerem que a composição química da atmosfera pode ser crucial para mediar o
movimento e/ou de fusão de grandes volumes de gelo, além do efeito da
temperatura global", explica Markus Buehler do Massachusetts Institute of
Technology (MIT). "Num certo sentido, a fratura do gelo devido ao dióxido
de carbono é semelhante à distribuição de materiais devido à corrosão, como por
exemplo: quando as estruturas de um carro, de um prédio ou de um central
energética são ‘corroídas’ por agentes químicos, levando-as a se deteriorarem lentamente.
Na caso do gelo, o dióxido de carbono pode desempenhar o papel de um agente
corrosivo e levar à desestabilização da estrutura."
As geleiras e calotas polares
recobrem 7% da Terra, uma área maior do que a Europa e América do Norte. Refletem
de 80 a 90% da radiação solar incidente e atuam como um sumidouro de carbono -
o que significa que o derretimento significativo poderia criar um ciclo de
realimentação e impulsionar ainda mais o aquecimento.
Quebra de ligações
"Da mesma maneira
que para outros materiais, o processo de fratura de grandes volumes de gelo, ex.:
geleiras, é geralmente iniciada por um única rachadura propagando-se nos
cristais de gelo pela quebra das ligações de hidrogênio entre as moléculas de
água", diz Buehler. "Estas fissuras eventualmente crescem e quebram a
geleira inteira a partir da propagação e ramificação em grandes distâncias. Fraturas
de gelo em macro-escala ocorreram recentemente perto da Geleira de Pine Island (Antártida),
gerando um iceberg com uma área do mesmo tamanho da cidade de Berlim. "
Buehler e o colega Zhao
Qin realizaram simulações atômicas para examinar o efeito do dióxido de carbono
no crescimento sobre a quebra do gelo e calcularam que o gelo contendo 2% de dióxido
de carbono era 38% menos resistente do que o gelo puro.
As moléculas se movem em direção à extremidade da
rachadura
O grupo de pesquisa verificou
que o dióxido de carbono rompe as ligações de hidrogénio entre as moléculas de
água no gelo, uma vez que os átomos de oxigénio nos gases apresentam uma carga
parcial negativa e são atraídas para os átomos de hidrogénio carregados
positivamente provenientes da água. Nas simulações, foi observado que as
moléculas de dióxido de carbono anexadas à superfície rachada moviam-se para a
extremidade da rachadura, quebrando as ligações de hidrogênio entre as moléculas
de água.
"Se as calotas
polares e geleiras continuarem a rachar e a quebrar-se em pedaços, a área da
superfície exposta ao ar iria aumentar significativamente, podendo levar ao
derretimento acelerado à redução da área coberta por gelo da Terra", diz
Buehler. "As consequências dessas mudanças ainda precisam ser exploradas
pelos especialistas, mas elas podem contribuir para as mudanças do clima
global."
Buehler,
diz que a técnica utilizada no estudo foi aplicada também no estudo das propriedades
mecânicas de materiais proteicos e poliméricos, cujas estruturas são
normalmente estabilizadas por pontes de hidrogénio. "Para essas
estruturas, descobrimos que as condições químicas, por exemplo: pH,
concentração iônica e tipo de íon são muito importantes em afetar as estruturas
dos materiais e as funções mecânicas", diz ele. "Estes resultados nos
levam a afirmar que o dióxido de carbono diminui a força das ligações de
hidrogênio na ponta da rachadura, contribuindo para a compreensão de uma das substâncias
mais abundante e crítica para o clima do nosso planeta – á água congelada ou
gelo ".
Buehler e Qin reportam que seu trabalho no Journal of Physics D: Applied Physics . Afirmam que são necessárias mais pesquisas para vincular
a visão microscópica às propriedades macroscópicas do gelo, das geleiras e de outras
estruturas geologicamente relevantes.
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