Água
Água (fórmula química: H2O) é uma substância química cujas moléculas são formadas por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. É abundante no Universo, nomeadamente na Terra, onde cobre grande parte de sua superfície e é o maior constituinte dos fluidos dos seres vivos. As temperaturas do planeta permitem a ocorrência da água em seus três estados físicos principais. A água líquida, que em pequenas quantidades parece incolor, mas manifesta sua coloração azulada em grandes volumes, constitui os oceanos, rios e lagos que cobrem quase três quartos da superfície do planeta. Nas regiões polares, concentram-se as massas de gelo e vapor constitui parte da atmosfera terrestre. Mais especificamente, a água líquida tem duas fases líquida com grandes diferenças de estrutura e densidade.
A água é uma substância química cujas moléculas são formadas por dois átomos de hidrogênio covalentemente ligados a um átomo de oxigênio, sendo sua fórmula química dada por H2O. A geometria de equilíbrio para uma molécula isolada possui dimensões de 0,0958 nanômetros nas ligações O-H, e um ângulo H-O-H de 104°27'. Estas moléculas interagem entre si sobretudo através da formação de pontes ou ligações de hidrogênio (que ocorrem quando átomos de hidrogênio são atraídos por átomos de oxigênio, mais eletronegativamente carregados), o que faz com que as moléculas, no estado líquido, fiquem 15% mais próximas entre si do que se agissem somente sob forças de Van der Waals, embora estas ligações também restrinjam o número de moléculas vizinhas para tipicamente quatro. A eletrólise da água permite a quebra das ligações atômicas, separando o hidrogênio e o oxigênio com a passagem de uma corrente elétrica.
Os primeiros átomos de hidrogênio, elemento mais simples, formaram-se logo após o Big Bang, espalhando-se por todo o Universo primordial. Milhões de anos se passaram, quando nuvens deste elemento colapsaram gravitacionalmente. Conforme estes corpos agregavam massa, o núcleo se tornava cada vez mais quente e submetido a pressões cada vez maiores, até que os núcleos atômicos se fundissem liberando, assim, grande quantidade de energia e dando nascimento às primeiras estrelas. A fusão nuclear em estrelas cada vez maiores criou núcleos atômicos cada vez mais pesados, dentre eles o oxigênio. Assim, ao fim de sua existência, a estrela ejeta no espaço estes novos elementos criados. Desta forma, a água é comumente encontrada no meio interestelar, já que, no estágio atual de evolução do Universo, ambos os constituintes da água estão entre os elementos mais abundantes. Contudo, acredita-se que seu processo de formação seja auxiliado pela presença de grãos de poeira no meio, que facilitam a ligação entre os átomos de hidrogênio e oxigênio.
Abundância no Sistema Solar
A água é relativamente comum por todo o Sistema Solar. Mesmo Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol possui massas de gelo em crateras que não recebem luz solar em seus polos. Vênus possui uma espessa atmosfera que possui traços consideráveis de vapor de água que contribuem para a manutenção do intenso efeito estufa do planeta. Na Lua, quantidades consideráveis de gelo estão presentes em crateras que não recebem diretamente luz solar em ambos os polos. Marte possui formações geológicas que fortemente evidenciam a existência de água líquida em abundância em sua superfície em algum momento no passado. Contudo, devido a baixa pressão atmosférica atual, a água só existe no planeta sob a forma de gelo ou vapor. As calotas polares do planeta possuem quantidade considerável de gelo sob as camadas sazonais de dióxido de carbono sólido que se formam no inverno.
Na Terra
A posição favorável da Terra na zona habitável do Sistema Solar permite que a água ocorra naturalmente em seus três estados físicos. A superfície do planeta é coberta em mais de três quartos por um grande oceano de água líquida, além de grandes massas de gelo calotas polares, o vapor presente na atmosfera e a água que circula sobre os continentes em rios e lagos. Entretanto, toda a massa de água representa somente 0,02% da massa total do planeta. Todos os recursos hídricos globais formam a hidrosfera terrestre. Uma quantidade considerável pode existir ainda misturada ao magma no manto terrestre. Ainda não há consenso sobre como se deu a origem da água no planeta. Por um lado acredita-se que a água provém do próprio processo de acreção de hidrossilicatos durante a formação da Terra. Estes compostos posteriormente liberaram as moléculas de água que viriam a formar os oceanos primitivos. Contudo, uma provável fonte seria a grande quantidade de cometas, meteoroides e asteroides que atingiram a Terra durante o último bombardeio tardio, um evento turbulento nos primórdios do Sistema Solar. Esta teoria é apoiada pelo fato de que a proporção entre hidrogênio e deutério (um isótopo do hidrogênio) presentes no gelo dos cometas e nos oceanos da Terra ser similar.
A água é de fundamental importância para todos os seres vivos na natureza. Este fato reside na sua capacidade de mediar reações bioquímicas tanto no interior quanto entre as células dos organismos. Muitas das características não usuais da água são essenciais para a evolução da vida na Terra, a começar por sua capacidade de atuar como solvente para inúmeras substâncias. De fato a abundância e as temperaturas elevadas de fusão e ebulição permitiram o surgimento de grandes oceanos na Terra primitiva onde a vida teve origem. A elevada capacidade térmica da água e sua maior densidade em relação ao gelo contribuíram para que as primeiras formas de vida conseguissem evoluir apesar das constantes mudanças climáticas e cataclísmicas pelas quais o planeta passou ao longo de sua história. Isto porque em um oceano ou lago a água congela de cima para baixo, o que frequentemente permite a sobrevivência dos seres aquáticos sob o gelo. Embora as plantas e posteriormente animais evoluíram para a vida terrestre, sua dependência com a água jamais foi quebrada.
Vida aquática
Uma grande variedade de seres vivos habitam as águas do planeta, a começar pelos vírus, abundantes sobretudo nas águas superficiais. Os primeiros habitantes dos mares, as bactérias, evoluíram em quantidade e em diversidade e constituem um elemento fundamental dos ecossistemas marinhos atuais. Destacam-se nesse conjunto as cianobactérias, capazes de realizar fotossíntese. Fungos também estão presentes em ambientes marinhos. Contudo, algas marinhas microscópicas coletivamente chamadas de fitoplâncton, são os principais produtores nos oceanos e na água doce. Pequenos animais microscópicos são coletivamente chamados de zooplâncton e se alimentam sobretudo do fitoplâncton. Estes flutuam ou se mantém suspensos na água e servem como alimento para peixes pequenos como anchovas e sardinhas. Nas águas frias e férteis da Antártida, por outro lado, o zooplâncton, sobretudo o krill, serve como base alimentar para a maior parte das espécies de animais maiores que habitam o continente.
De fato a relação com os recursos hídricos terrestres vai muito além de sua necessidade fisiológica para a humanidade. Desde o início da história humana, o desenvolvimento dos primeiros assentamentos não era feito longe de rios e lagos, onde a água trazia consigo grande abundância de alimentos. Grandes civilizações desenvolveram-se ao longo de rios, como os egípcios que habitavam as margens do rio Nilo, a Babilônia ao longo dos rios Tigre e Eufrates, dentre muitas outras, onde a água passava a ser utilizada também como meio de transporte, comércio e desenvolvimento. Sistemas de irrigação foram igualmente importantes para a produção de alimentos, especialmente em regiões áridas como no Crescente Fértil. Os romanos fizeram avanços nas técnicas de distribuição de água ao construir centenas de quilômetros de aquedutos por toda a Europa. A água mantém a vida na Terra e também sustenta todo o estilo de vida da humanidade de forma indispensável, sendo usada para consumo e higiene, produção de alimentos, navegação e geração de energia, dentre muitos outros. Contudo, o uso de quantidades cada vez maiores de água e a falta de cuidado com os dejetos gerados trouxeram uma série de problemas que comprometem a qualidade e a durabilidade dos recursos hídricos. Além disso, apesar de milênios de desenvolvimento do uso dos recursos hídricos, uma fração considerável da população mundial ainda não tem acesso à água de qualidade nem mesmo para consumo próprio.
Água potável
É essencial para manutenção da saúde e do bem-estar de todo ser humano o acesso à água potável. Água potável é aquela que pode ser consumida sem nenhum risco de contaminação por agentes químicos ou biológicos a curto e longo prazo. A qualidade da água, por outro lado, está relacionada com todas as substâncias químicas, partículas e microrganismos que estão contidos em si. Geralmente é grande a quantidade de substâncias dissolvidas ou em suspensão, dada a elevada capacidade da água de diluir materiais. O consumo de água no mundo durante o último século aumentou mais que seis vezes, enquanto a população mundial cresceu quatro vezes, sendo as principais causas a industrialização e a mudança no estilo de vida humano. Contudo, mais de 750 milhões de pessoas em todo o mundo (em 2012) ainda consomem água sem nenhum tipo de tratamento. De fato, nas últimas décadas tem havido uma redução significativa na porcentagem da população nessas condições, especialmente nos países em desenvolvimento. Mas nas regiões mais pobres, em especial na África Subsaariana, houve pouco progresso, e mais de 325 milhões de pessoas ainda consomem água sem nenhum tratamento, sobretudo na zona rural. Mais de 2,5 bilhões de pessoas em todo o globo ainda não possuem condições adequadas de saneamento básico, e o avanço para a redução deste número tem sido lenta, sobretudo na África Subsaariana e no sul da Ásia.
Agricultura
Durante as últimas décadas, o aumento significativo da população mundial implicou no aumento da área cultivada e da produtividade das mais diversas lavouras de interesse econômico. Atualmente mais de 70% de toda a água doce potável do mundo é consumida na irrigação de plantações. Enquanto são gastos em média dois a três litros por pessoa por dia para ingestão e de 30 a 300 litros para higiene e limpeza, são necessários de 2 mil a 5 mil litros por dia para produzir os alimentos consumidos em média diariamente para uma dieta balanceada de uma pessoa. De fato o crescimento populacional implica o aumento da produção de alimentos o que, a princípio, implica o aumento do consumo de água para irrigação. Contudo, a maior produtividade das lavouras obtidas com pesquisas de melhoramento genético faz com que a taxa de consumo de água não cresça na mesma proporção. Estima-se que entre 2000 e 2030 a produção de alimento deva aumentar 67%, enquanto o consumo de água para este fim deve aumentar somente 14%.
Pesca
A pesca é de fundamental importância para segurança alimentar global, pois fornece cerca de 16% das proteínas animais consumidas em todo o globo, além de ser uma fonte importante de ácidos graxos e minerais para o corpo. No ambiente natural, os peixes são a principal fonte de comida para as populações humanas. Contudo, conflitos tem surgido por conta da exploração exacerbada de água que teve por efeito adverso a diminuição considerável da quantidade de peixes. O setor da pesca ainda sofre com o avanço de outras atividades, como a agricultura, o desenvolvimento urbano e industrial, o setor energético e o de turismo. A produção mundial de pescados marinhos manteve-se praticamente constante desde a década de 1990, enquanto a produção em água doce tem mostrado leve aumento. Embora tenha grande potencial para alavancar o desenvolvimento econômico e social de comunidades isoladas, a pesca é frequentemente desconsiderada em projetos de desenvolvimento. A aquacultura, por outro lado, aumentou sua produção em mais de dez vezes entre 1960 e 2000, atingindo mais de 50 milhões de toneladas. Esta tendência tende a permanecer, especialmente por conta do baixo custo e do valor nutricional dos peixes produzidos, bem como a maior demanda do mercado. Um aspecto importante é a competição entre a agricultura, que utiliza grandes volumes de água e, consequentemente, diminui sua vazão e libera poluentes nos rios, e a aquacultura, que precisa de um ambiente aquático saudável que propicie sua maior produtividade.
Aplicações na indústria, transportes e energia
A água é utilizada em uma série de processos na indústria, desde limpeza, para a geração de vapor, para aquecimento ou resfriamento, como transportadora de substâncias ou partículas, como matéria-prima ou diretamente no produto, como no caso da indústria de bebidas. A energia do vapor foi essencial para a Revolução Industrial. Nos séculos XVIII e XIX, a invenção dos motores de combustão externa (mais especificamente, do motor a vapor) possibilitou o grande desenvolvimento de diversos setores como transporte e indústria manufatureira. O vapor de água é usado para processos industriais como a oxidação de propano e propileno em ácido acrílico. Vários efeitos possíveis da água nestas reações foram delineados incluindo a interacção física, química da água com o catalisador e a reação química da água com os intermediários da reação. O rendimento de ácido acrílico aumenta entre 0 e 20% em volume de vapor e nivela-se em concentrações mais elevadas. O efeito benéfico do vapor sobre a produtividade correlaciona-se com as alterações dinâmicas da composição superficial do catalisador.
Escassez
A quantidade de água absoluta no planeta é enorme e constante. Contudo, o fator significativo que a torna tão importante é a distribuição da pequena fração de água doce disponível sobre o continente. Por fatores climáticos, várias regiões da Terra, chamadas áridas, têm uma deficiência nos recursos hídricos causada pela baixa precipitação. Diminuições temporárias na precipitação de uma determinada região, por sua vez, caracterizam a seca que ocorrem de forma imprevisível e causam diminuições significativas na disponibilidade hídrica local. Contudo, ações humanas geram processos que em geral agravam a escassez hídrica. A desertificação é causada pelo mau uso do solo e dos recursos hídricos, que causam a perda da capacidade de retenção de água e mudanças no ecossistema. As mudanças climáticas contribuem para este processo, sobretudo em regiões semiáridas. Secas em geral agravam o processo de desertificação, ao exercer maior pressão de consumo sobre a água superficial e subterrânea já reduzida. Escassez também decorre da tentativa de se usar mais água do que o ambiente natural tem disponível ou através da degradação da qualidade dos recursos hídricos existentes.
Aspectos culturais
Por ser essencial para o modo de vida da humanidade, a água está intimamente presente em todas as culturas dos mais diversos povos da Terra. De fato sua presença em aspectos políticos, socioeconômicos e na realidade diária das pessoas a faz inseparável da vida humana, o que se reflete nas manifestações sociais e artísticas. A diversidade cultural refere-se à variedade de culturas presentes em uma dada região e por todo o mundo, sendo um componente importante nos aspectos intelectuais, sociais, econômicos e morais de um povo. As atividades culturais de um grupo relacionam-se com a interação e conhecimento do ambiente natural ao redor, no qual a água tem um papel determinante.
