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A Entropia no Ecossistema Terrestre. O Ecossistema terrestre
«(…) O sistema climático
coincide com o ecossistema terrestre. Numa primeira fase poderíamos aceitar que
o sistema climático, S, era constituído
pela união de vários subsistemas abertos, disjuntos, que eram a Atmosfera, A, a Hidrosfera, H, a Litosfera, L, a
Criosfera, C, e a Biosfera, B. Todos estes subsistemas são abertos
e não isolados, interactuando entre si, e encontram-se imersos num mar de fotões
de origem solar e terrestre. Os fotões solares são de energia mais elevada (ESol = hvSol) e incidem, em cada instante, sobre uma região limitada do
Globo; os fotões de origem terrestre são em muito maior número, na banda do
infravermelho, vSol » vTerra,
de menor energia (ETerra = hvTerra) e
são emitidos em todas as direcções, mas de tal maneira que, os dois sistemas de
fotões se compensam energeticamente. Assim, o sistema climático só fica
completo com a inclusão da Fotosfera, F. Podemos, portanto escrever:
Os diversos componentes
do sistema climático são sistemas heterogéneos, caracterizados pelas suas
composições químicas diferentes e por propriedades físicas distintas. A
Atmosfera, a Hidrosfera, a Criosfera e a Biosfera formam uma cascata de
sistemas ligados por processos físicos complexos, envolvendo fluxos de energia,
de entropia, de momento angular e de matéria, através das respectivas fronteiras,
de tal forma que o sistema climático global é altamente não linear. Esta não
linearidade é, ainda, reforçada pelos numerosos mecanismos de auto-realimentação
(feed-back).
Esquema do ecossistema terrestre
Leis que regem o ecossistema terrestre
A Terra constitui um sistema
fechado e não isolado. É um sistema fechado porque não há transferência de matéria
com o universo complementar; é um sistema não isolado porque recebe energia
radiante solar e emite, para o espaço, energia radiante no domínio do
infravermelho. No entanto, os subsistemas que a constituem são sistemas abertos
quer para a massa quer para a energia. As leis fundamentais que regem o
comportamento do ecossistema terrestre e dos seus subsistemas são as Leis
Universais da Física, nomeadamente, a Lei da Gravitação, a Lei de
Conservação da Massa, a Lei Fundamental da Dinâmica, as Leis do
Radiamento e o Primeiro e Segundo Princípios Fundamentais da Termodinâmica.
A Lei da Gravidade manifesta-se em todos os fenómenos que envolvam massa
desde o movimento da própria Terra até à queda dum grave na sua superfície.
A Lei Fundamental da
Dinâmica (2ª lei de Newton)
exprime a variação da quantidade de movimento em função das forças que a produzem.
A extensão desta Lei à dinâmica dos fluídos foi realizado por Euler; são
estas equações que regem todos os fenómenos da dinâmica dos geofluidos. As Leis
do radiamento permitem analisar a influência da energia radiante na
fenomenologia do ecossistema terrestre. A Lei da Conservação da Massa
permite-nos aceitar que a massa total da Terra é constante. O mesmo se passa
com a substância água, que é um componente comum a todos os subsistemas do
ecossistema terrestre. Todos os processos que ocorrem no ecossistema terrestre
envolvem transferências ou transformações de energia. Assim, da energia solar
recebida pelo ecossistema terrestre, uma parte é utilizada em aquecer os
oceanos e a Litosfera, em manter a evaporação e, em geral, o ciclo hidrológico
e em alimentar a fotossíntese; outra parte é utilizada em aquecer a própria Atmosfera
e gerar a fotodissociação dos gases da Atmosfera. Finalmente, uma terceira
parte, é refectida e reenviada para o espaço, não participando na dinâmica do
ecossistema terrestre. A quantidade de energia total mantém-se constante (Primeiro Princípio) mas esta pode apresentar-se
sob diversas formas, com possibilidade de transformação de umas nas outras. O Primeiro
Princípio da Termodinâmica fixa, exclusivamente, a quantidade total de
energia, mas não determina a direcção da sua evolução e das transformações
entre as diversas formas que apresenta. A direcção dessas transformações é
determinada pelo Segundo Princípio Fundamental da Termodinâmica. A
introdução do conceito entropia, S,
permite especificar o sentido das transformações de energia. O Segundo Princípio
pode enunciar-se em termos da entropia: A entropia dum sistema isolado aumenta
sempre, ou quando muito, mantém-se constante, i.e.
Fluxos e geração de entropia no interior de um sistema
Para um sistema aberto e
não isolado a variação de entropia, dS, é igual à entropia gerada no seu
interior, diS, mais a entropia importada do exterior, deS,
associada ao fluxo de massa e de energia (Prigogine, 1962).
A entropia aparece como um aferidor do grau de desorganização, ou de
desordem dum sistema e como um indicador do nível da qualidade da energia de que dispõe. O Primeiro Princípio
Fundamental da Termodinâmica afirma que a energia do Universo é constante,
e que não pode ser criada nem destruída; só a sua forma pode mudar. O Segundo
Princípio, o Princípio da Entropia, afirma que, em processos
naturais, a energia só pode variar numa direcção única, de uma forma de energia
mais utilizável para uma forma de energia menos utilizável (i.e. mais
degradada)». In António Rodrigues Tomé, Balanços Globais e Regionais de Entropia, de
Energia e de Massa da Atmosfera, Contribuição para o Estudo do Clima do
Mediterrâneo, Departamento de Física, Universidade da Beira Interior, Covilhã,
1997.
Para o JPP! Que esteja em paz!
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