o efeito de estufa e o aquecimento global

Mensagem numa garrafa: o efeito de estufa e o aquecimento global

Sugestão de Ano, Disciplina e Currículo

5º ano - 2º ciclo, Ciências NaturaisDOMÍNIO: a água, o ar, as rochas e o solo - materiais terrestres

SUBDOMÍNIOS: a importância do ar

para os seres vivos

45 min (1 aula)

2 grupos (sugestão)

Palavras-chave

AtmosferaPoluiçãoGás com efeito de estufa (GEE)Dióxido de carbono (CO₂)Temperatura Atividades humanasAlterações climáticas

Objetivos de Aprendizagem

› Compreender que a camada de gases da atmosfera envolve e protege a Terra do frio profundo do Espaço;

› Compreender que um gás com efeito de estufa (GEE) absorve calor vindo do sol e refletido pela superfície da Terra;

› Compreender que as atividades humanas aumentaram drasticamente os niveis de GEEs na atmosfera, especialmente o dióxido de carbono, levando ao sobreaquecimento do planeta (aquecimento global);

› Desenvolver o espírito crítico, reflexivo e a capacidade de decisão pe-rante problemas de carácter ambiental que ameaçam a vida no planeta;

› Aprender a realizar medições experimentais de forma rigorosa; › Aprender que modelos simplificados da realidade são uma base útil para testar hipóteses.

O efeito de estufa é um processo natural onde diferentes gases da atmosfera apri-sionam (absorvem) parte do calor (radiação térmica) emitido pela superfície da Terra depois de ter sido aquecida pelo Sol. Este efeito é essencial para manter o nosso plane-ta a temperaturas adequadas à vida. No entanto a ação do Homem, particularmente a queima de combustíveis fósseis, a agricultura e a desflorestação, tem produzido e libertado grandes quantidades destes gases, tais como o dióxido de carbono, levando ao aumento do efeito de estufa e ao aquecimento global do nosso planeta.

Nesta atividade experimental Lab in a Box (LiB), vamos investigar o que acontece à temperatura da atmosfera de dois ambientes terrestres - ar não poluído e ar poluído com excesso de dióxido de carbono - quando absorvem energia de uma fonte de luz.


Como é que o dióxido de carbono causa o aqueci-

mento da atmosfera?Como funciona um gás com efeito

de estufa?


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Um pouco de Ciência

As estufas são estruturas que funcionam como uma espécie de casas para plantas, com pare-des e tetos de vidro ou plástico. Deixam entrar o calor do sol, mas não o deixam sair. Este calor aprisionado aquece a estufa, ajudando a man-ter a temperatura certa para o crescimento de plantas, flores e legumes. A nível planetário, o conhecido efeito de estufa na atmosfera (a ca-mada fina de gases à sua superfície) é um fenó-meno semelhante de aprisionamento do calor.

Para além do oxigénio que respiramos e do azo-to, a nossa atmosfera é composta por diversos outros gases. Alguns destes gases são chama-dos gases com efeito de estufa (GEE): entre es-tes estão o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4), o óxido nitroso (N2O), o ozono (O3), os clo-rofluorcarbonetos (CFCs) e o vapor de água, que

embora existam em quantidades muito peque-nas (o ar tem 78% de azoto, 21% de oxigénio e apenas 1% de todos os outros gases), ajudam a criar uma “barreira” que nos protege do frio profundo do Espaço.

Na verdade, ao funcionar como uma estufa, a atmosfera da Terra possibilita a nossa existên-cia, mantendo a temperatura dentro de limites compatíveis com a vida (nem demasiado frio, nem demasiado quente). Isto acontece porque parte da luz do Sol atravessa a atmosfera e aquece a superfície do planeta, que por sua vez devolve alguma desta energia (por radiação tér-mica) à atmosfera onde é absorvida por GEEs, como o dióxido de carbono e o metano. Estes gases reemitem então este calor absorvido em todas as direções, espalhando-o e mantendo a

temperatura do planeta em equilíbrio. Os GEEs têm por isso, uma função semelhante à das paredes de uma estufa, permitindo aprisionar parte da energia do Sol que entra na atmosfera (efeito de estufa; ver Figura 1).

No entanto, os cientistas estão muito preocu-pados com o aumento deste efeito de estufa. O planeta está a aquecer demasiado e depressa demais. Este “aquecimento global” deve-se a atividades humanas que geram enormes quan-tidades de GEEs que retêm demasiado calor, principalmente CO2. Os maiores emissores mun-diais de CO2 são a China, os Estados Unidos da América e a Uniao Europeia, seguidos da Índia, Rússia e Japão1. Em termos de GEEs, são es-pecialmente poluentes as atividades humanas que queimam petróleo, carvão e gás natural

1Quinto Relatório de Avaliação, datado de 2013/2014, do Painel Intergovernamental da ONU para as Alterações Climáticas das Nações Unidas (UN-IPCC), um painel criado para fornecer uma fonte objetiva de informações científicas relativas à crise climática. Em 2013, o IPCC lançou o seu Quinto Relatório de Avaliação cuja conclusão foi categórica: a mudança do clima é real e as atividades humanas são a sua principal causa. O relatório da IPCC avaliou a subida do nível do mar e as suas causas. O estudo também estimou as emissões acumuladas de CO2 desde o período pré-industrial e forneceu um cálculo de CO2 para emissões futuras como forma de limitar o aquecimento global em 2ºC. Cerca de metade desse montante máximo já foi emitido até 2011.


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para produzir energia, o uso de veículos que usam combustíveis fósseis, a indústria química, a agropecuária, a incineração de resíduos, os incêndios florestais, o desperdício alimentar e outros. Por outro lado, a procura de mais espa-ço e terras férteis para a indústria alimentar e agricultura ou para construção de habitações e infraestruturas, leva ao abate cada vez maior de árvores e à destruição do coberto vegetal, dimi-nuindo assim a capacidade de remoção de CO2 da atmosfera pelas árvores.

O nosso planeta Terra está “doente”, cada vez mais poluído e com menos capacidade para absorver da atmosfera o CO2 e outros GEEs. Alguns efeitos mais visíveis são o degelo de massas glaciais, ondas de calor intensas e a elevação do nível dos oceanos. Para além das alterações climáticas, o aquecimento global tem consequências gravíssimas para os seres vivos e para a saúde humana, como perda de habi-tats e de biodiversidade, quebras na produtivi-dade na agricultura e o aumento das infeções, alergias ou doenças cardiorrespiratórias. Para salvar o nosso planeta, temos de diminuir dras-ticamente a produção de GEEs.

Figura 1. Esquema ilustrativo do efeito de estufa.

A maior parte da luz do Sol atravessa a atmosfera e cerca de metade é absorvida pela superfície do planeta, aquecendo-a.

Alguma radiação solar é refletida pela Terra e pela sua atmosfera.

A superfície do planeta devolve alguma energia à atmosfera, através de radiação infravermelha, onde é absorvida por GEEs. Estes gases reemitem o calor absorvido em todas as direções, espalhando-o e mantendo a temperatura do planeta em equilíbrio.


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Descrição da Atividade

1. Forme 2 grupos (sugestão) e distribua, ou peça a cada grupo para ir buscar, o material do kit Lab in a Box correspondente a esta atividade. Cada grupo fica responsável por uma condição experimental (A ou B).

2. Espera-se que os alunos estejam familiarizados com o aquecimento global. Discuta com a turma as perguntas principais desta atividade: Como é que o CO2 causa o aquecimento da atmosfera? Peça aos alunos para pensarem e colocarem diferentes hipóteses sobre como responderiam a esta pergunta. Conseguem imaginar uma experiência para as testar? (se for viável, teste algumas das sugestões em conjunto com os procedimen-tos deste protocolo). Reforce o conceito de hipótese científica - uma su-posição/explicação/previsão, baseada em conhecimento ou observações anteriores, que pode ser testada numa experiência para se verificar se é verdadeira ou não.

3. Descreva à turma a ideia geral da experiência e a montagem ex-perimental que irão realizar, de forma a responder às perguntas prin-cipais desta atividade. Reforce a noção de condição de controlo (nes-te caso a garrafa A, contendo ar com níveis normais de CO2, cujas propriedades térmicas vamos usar como termo de comparação). Explique que modelos simplificados da realidade, como este modelo da atmosfera que irão construir, são uma base útil para testar hipóteses.

Nesta experiência os alunos irão simular o efeito de estufa na atmosfera causado pelo dióxido de carbono (CO2) usando duas garrafas fechadas: uma com água e ar limpo (Condição A - Controlo); e outra com água e ar poluído, isto é, com uma concentração elevada de CO2 (Condição B). As garrrafas, simbolizando a Terra com a sua atmosfera, estão equipadas com um termómetro e serão aquecidas com uma lâmpada (simulando a luz do Sol); os gases dentro da garrafa são impedidos de circular para fora (atmosfera da sala de aula) e ficam aprisionados, como acontece numa estufa. Os alunos irão registar a mudança de temperatura no interior das duas garrafas à medida que aquecem debaixo da lâmpada.

› 2 Garrafas de plástico usadas 0,5L › 2 Termómetros (de 0° a 50° C, pelo menos) › 2 rolhas de cortiça (com um orifício para encaixar o termómetro)

› Pastilhas antiácido efervescentes (bicarbonato de sódio)

› Funil › 1 recipiente graduado › 2 copos reutilizáveis › Plasticina › Candeeiro com lâmpada incandescente de 40 W (fornecida)

› Papel absorvente › Relógio/cronómetro (não incluído na caixa LiB) › Ficha – Registo de Hipóteses › Ficha – Registo de Resultados › Ficha – Mini-Conferência

Material


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4. Peça a cada grupo para retirar um termómetro do seu invólucro e dei-xar o termómetro aclimatar-se à temperatura ambiente durante 1-2 minu-tos antes de ser usado.

5. Desenhe a Tabela de Resultados 1 (ver exemplo) no quadro para o registo das temperaturas no decorrer da experiência.

6. Insira com cuidado cada termómetro numa rolha de cortiça perfurada para o efeito (ver Figura 2) e sele, ou peça a um aluno de cada grupo para selar, o orifício da rolha com plasticina.

7. Ajude um grupo a preparar a garrafa A (contendo ar com níveis nor-mais de CO2): adicionar 50 ml de água com a ajuda de um funil; colocar no gargalo a rolha com o termómetro, selando-o com plasticina. Certifique-se que fica bem vedado (ver Figura 2).

8. Ajude o outro grupo a preparar a garrafa B (contendo ar com excesso de CO2): adicionar 50 ml de água com a ajuda de um funil; introduzir 2 pas-tilhas antiácido e rapidamente - para evitar que o CO2 escape - colocar no gargalo a rolha com o termómetro, selando-o com a plasticina. Certifique-se que fica bem vedado.

9. A reação entre a água e as pastilhas resulta na produção de CO2, ob-servando-se a libertação de bolhas de dióxido de carbono, e aumentando a sua concentração no ar presente na garrafa (ver Figura 2).

Tempo após início do aquecimento (min)

Leitura do termómetro (ºC)t = 0 t = 2,5 t = 5 t= 7,5 t= 10 t = 12,5 t = 15 t = 17,5 t = 20 t = 22,5 t = 25

Temperatura Garrafa A (ar não poluído) 23 25 27 29 31 33 34 34,5 35 35 35

Temperatura Garrafa B (ar poluído com excesso de CO2)

23 25,5 28 31 33 35 36 37,5 37,5 37,5 37,5

Tabela de Resultados 1. Temperaturas observadas dentro das garrafas A e B em diferentes momentos após o início do aquecimento pela lâmpada (exemplo ilustrativo) [tempo (t) em minutos (min), temperatura (T) em graus celsius (ºC)].

Figura 2. Produção de uma atmosfera rica em CO2. A - Cada garrafa deverá ter um termómetro, inserido numa rolha de cortiça selada com plasticina. B - Na garrafa da direita, é visível uma pastilha efervescente de antiácido contendo bicarbonato de sódio e ácido cítrico que, ao reagir com a água contida na garrafa, causa a subsequente libertação de bolhas de dióxido de carbono.

A B


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conhecimento e leva à formulação e teste de outras hipóteses. Que conclu-sões se podem tirar da experiência acerca do papel da quantidade de CO2 no aquecimento da atmosfera? O que mais os surpreendeu? Conseguem agora explicar de forma simples como funciona o efeito de estufa? Discuta com os alunos as vantagens de modelos simplificados da realidade, como este modelo da atmosfera terrestre, e como ajudam na construção do co-nhecimento científico. Um aluno de cada grupo anota as principais conclu-sões na ficha Mini-Conferência do Caderno de Laboratório.

16. Conclua a aula, revendo com os alunos os objetivos de aprendizagem. Poderá complementar, partilhando com os seus alunos as secções Um Pouco de Ciência, Resultados Esperados e Porque é que isto é Relevante desta atividade.

17. No fim da experiência os alunos devem lavar, secar e arrumar o mate-rial de volta no kit Lab in a Box.

10. Peça a cada grupo para colocar a sua garrafa junto da lâmpada. É im-portante que a lâmpada seja colocada de forma a que ambas as garrafas sejam aquecidas de forma equivalente (ver sugestão na Figura 3).

11. Instigue os seus alunos a levantarem hipóteses acerca do que irá acontecer. Será que vamos observar diferenças de temperatura? Será que a garrafa com mais dióxido de carbono vai mostrar temperaturas mais altas? Mais baixas? Reforce o conceito de hipótese científica. Distribua as fichas do Caderno de Laboratório e peça a cada grupo ou aluno para ano-tar as suas hipóteses na ficha Registo de Hipóteses*.

12. Ligue a lâmpada, certificando-se de que a luz brilha direta e uniforme-mente nas 2 garrafas. O momento em que se liga a fonte de luz/calor, me-dido em minutos (min), corresponde ao início do aquecimento (t = 0 min).

13. Peça a cada grupo para monitorizar a temperatura inicial (T[t = 0 min]) nas duas garrafas. Um aluno verifica a temperatura num termómetro e um outro aluno faz o mesmo com o outro termómetro. Peça a um aluno de cada grupo para registar a observação na Tabela de Resultados no quadro e na ficha de Registo de Resultados do Caderno de Laboratório. Saliente que o rigor na medição é importante! A diferença de 1º C pode fazer a diferença para a vida no planeta.

14. Peça a cada grupo para continuar a monitorizar a temperatura (T) da sua garrafa e a registá-la a cada 2,5 minutos com a ajuda de um relógio ou cronómetro (T[t = 2,5 min], T[t = 5 min], T[t = 7,5 min], etc). Pode pe-dir a diferentes alunos para observarem a temperatura em cada garrafa e apontarem na Tabela de Resultados e na ficha Registo de Resultados. Após 25-30 minutos, desligue as lâmpadas.

15. Mini-conferência científica. É importante que cada grupo partilhe ob-servações, resultados e ideias com o resto da turma. Discuta com a tur-ma o que observaram e registaram na Tabela de Resultados. Recapitule a experiência e discuta com os alunos o que acham que aconteceu. Quais as principais diferenças observadas entre as condições A e B? As suas hipóteses verificaram-se? Explique à turma que os bons cientistas não são necessariamente aqueles que estão “certos” mais vezes. Mesmo quando concluímos que a nossa hipótese estava errada, a evidência que acumula-mos ao testar a hipótese é informação valiosa que ajuda à construção do

Figura 3. Exemplo de montagem. Sugerimos que as garrafas sejam deitadas/dispostas horizontalmente debaixo da lâmpada da forma indicada, de modo a que a quantidade de calor que se faz sentir em cada garrafa seja idêntica. Poderá ser necessário colocar algo para impedir as garrafas de deslizarem (neste exemplo usámos 2 blocos de plasticina).

*Nota: o/a professor/a pode customizar esta e outras fichas usando o modelo fornecido no website Lab in a Box (labinabox.pt).

http://labinabox.pt


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Resultados Esperados

Tal como a taxa de aquecimento da Terra, que aumenta com o aumento do teor em CO2 da sua atmosfera, ao fim de 5-10 minutos de irradiação pela lâmpada deverá ser já possível notar que a garrafa com CO2 em excesso (a garrafa B) tem uma temperatura mais elevada do que a garrafa controlo (a garrafa A). Ao fim de 25 minutos, é de esperar uma diferença de alguns graus de temperatura (2 a 5°C, dependendo das condições de temperatura dentro da sala de aula, do ângulo da luz relativamente às garrafas, etc.). A diferença de temperatura acontece porque o CO2 é um GEE, que absor-ve calor (radiação infravermelha) seja de uma lâmpada ou vindo do Sol e refletido pela superfície da Terra, e quanto maior a concentração de CO2 no ar, maior esse efeito. Do mesmo modo, a taxa de arrefecimento do ar é reduzida numa atmosfera rica em CO2.

Se houver tempo, esta experiência pode ser estendida para incluir também a observação da diminuição de temperatura nos minutos após a remoção da fonte de calor. Os alunos poderão registar a mudança de temperatura no interior das duas garrafas à medida que arrefecem depois da lâmpada ser desligada. É de esperar que a temperatura no interior da garrafa B, com maior teor em CO2, demore mais tempo a descer e continue a ser mais alta por vários minutos. As propriedades térmicas do CO2 e o seu aumento na atmosfera da Terra ajudam, assim, a explicar por que o planeta está a ficar sobreaquecido.

Porque é que isto é relevante?

Porque devemos todos preocupar-nos com isto agora e não daqui a uns anos? A pequena diferença de temperatura obtida na experiência pode não impressionar muito os seus alunos. No entanto, deve enfatizar que o consenso entre cientistas é que um aumento médio de 2°C em todo o pla-neta constitui uma ameaça existencial para gerações futuras: pode cau-sar degelo nos polos, furacões mais devastadores, efeitos catastróficos na produção agrícola e no clima de diferentes regiões, a subida dos oceanos e inundações de ilhas e cidades costeiras. Sugerimos que mostre a capa de Junho de 2019 da revista TIME protagonizada pelo secretário-geral da

ONU, António Guterres (um português), em que Guterres aparece de fato e gravata, com água por cima dos joelhos, numa chamada de atenção da corrida contra o tempo do planeta. Na legenda da fotografia, que foi cap-tada na costa de Tuvalu, um país insular ou nação-ilha, muito vulnerável à subida dos oceanos, pode ler-se “Oceanos a subir, residentes a fugir, aldeias a desaparecer. O nosso planeta a afundar-se”.

Convide os seus alunos a refletir nas diferenças de perspetiva que o aque-cimento global e alterações climáticas apresentam na sua região relati-vamente à de meninos que vivem em outras regiões de Portugal ou do mundo. Serão os desafios maiores ou menores para quem vive numa ci-dade costeira (ex. Lisboa, Aveiro, Porto), no interior (ex: Alentejo, Trás-os-Montes) ou numa ilha (ex. Madeira, Açores)? Ou então na Austrália, no México, em Moçambique ou na nação-ilha de Cabo Verde?

Como podemos (contribuir para) resolver este problema? Há boas notícias: muitos países estão a trabalhar em conjunto para reduzir a quantidade de dióxido de carbono que produzem: o Acordo de Paris, assinado por 195 países em 2015, visa manter o aquecimento global abaixo de 2 ºC, prefe-rencialmente em 1,5 ºC, e aposta num desenvolvimento sustentável à es-cala global. E nós também podemos ajudar! Podemos, por exemplo, andar, correr, usar a bicicleta ou o skate para nos deslocarmos, em vez de irmos de carro; podemos desligar o computador, o tablet, e a televisão quando não estivermos a utilizá-los; apagar as luzes quando sairmos de uma divi-são; reutilizar e reciclar tudo o que pudermos, levar a cabo iniciativas para a economia de energia em casa e na escola. Há mais boas notícias: uma nova geração preocupa-se e faz-se ouvir! Desde a Greta Thunberg à Leah Namugerwa, à Isra Hirsi e ao Xiuhtezcatl Martinez, à Autumn Peltier e à Ridhima Pandey, há muitas crianças e teenagers ativistas do clima cujo trabalho podemos usar como inspiração. Qual dos nossos cientistas Lab in a Box será o próximo ativista do clima?


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O que pode correr “mal” na experiência?

PROBLEMA POSSÍVEL CAUSA/EXPLICAÇÃO POSSÍVEL SOLUÇÃO

A temperatura interna da garrafa A (quase) não aumenta ao longo do tempo, após o início do aquecimento (o controlo não funciona).

A quantidade de calor produzida pela fonte de luz/calor não é suficiente.

Usar uma lâmpada de halogéneo ou uma lâmpada incandescente que produza mais calor (LEDs não funcionam). Aumentar a potência da lâmpada usada (desde que não exceda a capacidade do candeeiro). Usar uma fonte de luz/calor adicional (um candeeiro para cada garrafa).

Não há diferenças nas temperaturas internas das duas garrafas, após o início do aquecimento.

A quantidade de dióxido de carbono produzida não é suficiente.

Aumentar a quantidade de pastilhas antiácido usadas.

As garrafas não estão bem seladas e o dióxido de carbono escapa-se.

Resselar o gargalo. Resselar a zona à volta do termómetro com plasticina. Mudar de rolha.

Mesmo antes do início do aquecimento, a temperatura inicial do ar na garrafa A é diferente da temperatura inicial do ar na garrafa B.

Os termómetros não funcionam corretamente. Aumentar o período de aclimatação à temperatura ambiente depois de remover os termómetros do invólucro.Substituir os termómetros (sugerimos testar os termómetros usando 1 recipiente de água fria e outro de água quente, por exemplo; se as temperaturas medidas pelos 2 termómetros quer a temperaturas baixas quer altas não forem consistentes, isto indicará um defeito no seu fabrico ou má manutenção, e a necessidade de usar uma alternativa).

O ar no interior das garrafas está a diferentes temperaturas.

Certificar-se que as garrafas estão expostas a condições semelhantes de luz e calor, que estão na mesma posição e que têm a mesma quantidade de água, com a mesma proveniência e à mesma temperatura.

labinabox.pt 9/9


O trabalho “Mensagem numa garrafa: o efeito de estufa e o aquecimento global”, do projeto Lab in a Box, do Instituto Gulbenkian de Ciência, está licenciado com uma Licença Creative Commons - Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

Para ir mais além

Para alunos mais avançados, e num formato com mais tempo de aula, ou possivelmente em articulação com a disciplina de Matemática, desafie os seus alunos a apresentar os resultados na forma de um gráfico cartesiano usando como base a tabela de resultados. É possível que a execução do gráfico seja um desafio que implique a sua ajuda. Explique a noção de va-riáveis como a temperatura e o tempo, e como fazer um gráfico da tempe-ratura em relação ao tempo que possibilite a comparação dos resultados para cada garrafa.

Partilhe este vídeo educativo da Agência Espacial Europeia (ESA), que ex-plica o Efeito de Estufa:

https://www.youtube.com/watch?v=r7S3Wqgl1JQ

http://labinabox.pt

https://www.youtube.com/watch?v=r7S3Wqgl1JQ

o efeito de estufa e o aquecimento global

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