Como funciona uma estufa?

Graças às crescentes preocupações sobre as mudanças climáticas (muitas vezes chamadas de "aquecimento global") e a linguagem que surgiu em torno dessa preocupação, é provável que tantas os mais jovens já ouviram termos como "efeito estufa" e "gases do efeito estufa" do que dentro de uma estufa real ou sabem o que é tal estrutura é.

Uma estufa bem cuidada é um lugar pacífico e visualmente agradável para visitar ou trabalhar, embora o ambiente seja talvez excessivamente quente e úmido para o gosto de algumas pessoas. As preocupações com os gases do efeito estufa e seus efeitos no clima da Terra, no entanto, são tudo menos atraentes, e as preocupações com o aquecimento global tornam-se mais preocupantes a cada ano. Embora as estufas reais não sejam responsáveis ​​pelo efeito que leva seu nome, os princípios subjacentes são um estudo interessante de alguns princípios físicos básicos.

Uma estufa tem esse nome porque é uma estrutura destinada ao cultivo de plantas, e a maioria das plantas é verde, pelo menos em parte. Obviamente, você também pode ter plantas dentro de sua casa, mas as estufas são construídas para maximizar o "conforto" das plantas. Por analogia, você pode jogar basquete em uma garagem de asfalto usando um único aro improvisado, mas poucos diria que isso é tão útil para melhorar seu jogo quanto uma quadra coberta de dois cestos em um nível andar.

O que torna uma estufa especial? Primeiramente, é a quantidade de luz, a temperatura controlada e a quantidade facilmente manipulada de umidade que as plantas recebem. Algumas estufas são dedicadas a "colheitas" que não são consumidas e são utilizadas apenas para fins decorativos ou para ocasiões especiais, como flores. Outros apresentam plantas que dão origem a produtos comestíveis, como o tomate. As estufas possuem tetos de vidro, que servem tanto para admitir uma grande quantidade de luz quanto para reter o calor no interior da estrutura. Quando o sol se põe, o calor não se dissipa tão rapidamente quanto ao ar livre, permitindo que as plantas que não toleram bem as noites frias floresçam.

Do ponto de vista da física, o que aquece uma estufa é a mesma coisa que aquece o interior de um carro em um dia de sol. A luz infravermelha de comprimento de onda mais curto entra na estrutura através do vidro e, após esses raios invisíveis, mas quentes, refletem ao redor, eles se tornam energia eletromagnética de comprimento de onda mais longo e tendem a permanecer no interior, sendo absorvidos por seus arredores. Esses arredores, em uma estufa, incluem as superfícies folhosas das plantas, que usam a luz do sol para conduzir a fotossíntese, ou a criação de glicose (alimento) para energia.

Os principais gases de efeito estufa são dióxido de carbono, metano, vapor d'água e óxido nitroso. Essas moléculas de gás são mais fracamente conectadas do que a maioria das moléculas, de modo que, quando o calor as atinge, elas tendem a vibrar. Essas moléculas vibratórias liberam calor, grande parte do qual é então absorvido pelas moléculas vizinhas de gases de efeito estufa. Este ciclo mantém o ar nas proximidades excepcionalmente quente.

A maior parte da atmosfera consiste em nitrogênio, que constitui mais de três quartos da atmosfera, e oxigênio, que representa cerca de um quinto. Ambos os gases incluem dois átomos idênticos (N₂ e O₂). As ligações que mantêm essas moléculas juntas são firmes e permitem pouca vibração, portanto, elas não retêm bem o calor e, portanto, não contribuem significativamente para o efeito estufa.

Dióxido de carbono (CO₂): As moléculas de dióxido de carbono constituem apenas uma pequena fração da atmosfera, mas, apesar disso, exercem um efeito muito forte no clima. Em meados da década de 1850, antes do início da Revolução Industrial e da consequente queima de carvão, a atmosfera mantinha cerca de 270 partes por milhão de volume (ppmv) de CO.₂. Esse nível tem subido continuamente à medida que a queima de carvão e outros combustíveis fósseis, como a gasolina, liberam mais gás na atmosfera. O CO₂ o nível na atmosfera está agora em cerca de 400 (ppmv), um aumento de 50%.

Os oponentes de toda a ideia de mudanças climáticas causadas pelo homem podem apontar para o fato de que o CO₂ constitui uma fração tão pequena da atmosfera, mesmo nesta era de indústria pesada, que não pode ter efeitos significativos no clima. Essa é uma ideia facilmente popularizada, pois faz um certo sentido intuitivo. Mas também "faz sentido" que um nível minúsculo de bactérias microscópicas na corrente sanguínea, pesando muito menos do que um miligrama em total, não pode ser suficiente para causar doenças graves, e que níveis minúsculos de veneno de cobra não podem ser perigosos ou letal. Essas idéias são simplesmente absurdas, de modo que a intuição, na ciência, pode ser um guia notoriamente pobre.

Metano (CH₄): O metano é um poderoso gás de efeito estufa, com capacidade de absorver consideravelmente mais calor, molécula por molécula, do que o dióxido de carbono. Consistindo em um único átomo de carbono unido a quatro átomos de hidrogênio, CH₄, como CO₂, é encontrado em quantidades mínimas na atmosfera, mas pode ter um impacto considerável no aquecimento global. O gás metano é emitido pela pecuária e, por ser a molécula mais simples que se qualifica como um hidrocarboneto, também é usado como combustível. Quando o metano é queimado, o dióxido de carbono é liberado na atmosfera como um subproduto, tornando o metano um contribuinte direto e indireto para o efeito estufa.

Conforme observado, embora apenas uma pequena fração dos gases na atmosfera da Terra se qualifiquem como gases de efeito estufa, estes têm um efeito substancial no clima, quer tenham chegado lá como resultado de processos naturais ou devido à ação humana Atividades. Em algum momento durante o século 21, a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera provavelmente será o dobro do que era no início do século. Os níveis de outros gases de efeito estufa, principalmente metano e óxido nitroso, também estão aumentando. A quantidade de gases de efeito estufa está aumentando em proporção à quantidade de combustíveis fósseis queimados, que expelem não apenas gases de efeito estufa, mas também a poluição do ar na atmosfera. Os gases de efeito estufa também chegam à atmosfera vindos de outras fontes. O gado libera gás metano durante a digestão dos alimentos. Além disso, processos aparentemente benignos podem contribuir com quantidades não triviais de CO₂ para a mistura. Por exemplo, como o cimento é feito de calcário, o dióxido de carbono é liberado.

Com mais gases de efeito estufa na atmosfera, criando algo como um teto invisível (não muito diferente de uma estufa real), o calor passando para cima é mais provável ser interrompido do que sair da atmosfera por completo, porque os gases de efeito estufa adicionais absorvem, e então irradiam, esse calor como infravermelho radiação. Parte do calor irá se afastar da Terra, mas parte dele será absorvido por moléculas de gás de efeito estufa próximas, e parte retornará à superfície da Terra novamente. Assim, por meio de uma variedade de mecanismos, à medida que os gases do efeito estufa se acumulam, o planeta continua a aquecer. As geleiras recuam, o gelo em ambos os pólos da Terra derrete, os oceanos aquecem e se tornam mais ácidos, neve a cobertura mundial é reduzida e eventos climáticos catastróficos, como furacões, tornam-se mais comum.

Fazer sua própria estufa não é um projeto trivial, mas com bastante ambição, não está além das possibilidades de uma pessoa ou grupo apaixonado. Se você deseja proteger as plantas de verão no inverno, comece a trabalhar com plantas de paisagismo na primavera ou apenas aprenda um pouco sobre a horticultura interna, você pode obter uma configuração que vai de algumas centenas de dólares americanos a alguns mil.