Os subsistemas terrestres são grandes componentes do sistema Terra que se relacionam através de trocas de matéria e energia. No modelo de quatro subsistemas, distinguem-se a geosfera, a atmosfera, a hidrosfera e a biosfera.
Esta divisão permite organizar o estudo do planeta, mas não significa que as componentes funcionem isoladamente. A água da chuva atravessa a atmosfera, infiltra-se nos materiais geológicos e pode ser absorvida por uma planta. Um rio transporta sedimentos. Uma erupção liberta gases e modifica as condições dos ambientes próximos.
Para compreender estas relações, é necessário conhecer os constituintes de cada subsistema e explicar os processos que os ligam. Assim, conseguimos perceber como uma alteração localizada pode produzir consequências noutras componentes da Terra.
A Terra como sistema
Um sistema é um conjunto de componentes que estabelecem relações entre si. Um subsistema é um sistema integrado noutro mais abrangente.
A atmosfera pode ser estudada como um sistema, com composição e dinâmica próprias. Quando consideramos o planeta, passa a ser analisada como um dos seus subsistemas.
A fronteira de um sistema é o limite escolhido para o estudo. Nem sempre corresponde a uma separação física: podemos analisar uma planta, um lago ou o planeta inteiro, conforme a pergunta científica.
Dois conceitos ajudam a compreender o funcionamento dos sistemas:
- Reservatório: componente ou local onde determinada matéria permanece durante algum tempo.
- Fluxo: transferência de matéria ou energia entre componentes.
Um lago é um reservatório de água. A evaporação transfere parte dessa água para a atmosfera. A quantidade armazenada e a quantidade transferida são, portanto, grandezas diferentes.
Esta abordagem integrada é apresentada pela UCAR no estudo da Terra como sistema.
Quais são os quatro subsistemas terrestres?
| Subsistema | O que abrange | Exemplos |
|---|---|---|
| Geosfera | Materiais geológicos e interior terrestre | Rochas, minerais, sedimentos, crusta, manto e núcleo |
| Atmosfera | Invólucro gasoso do planeta | Azoto, oxigénio e outros gases |
| Hidrosfera | Água terrestre nos diferentes estados físicos | Oceanos, rios, águas subterrâneas, gelo e vapor |
| Biosfera | Seres vivos e domínio terrestre onde existe vida | Plantas, animais, fungos e microrganismos |
As fronteiras são conceptuais e podem sobrepor-se. Num solo, por exemplo, encontramos minerais, água, ar e organismos no mesmo espaço.
O modelo ajuda a identificar componentes. A explicação científica exige também reconhecer o processo, a transferência e os seus efeitos.
Geosfera: materiais geológicos e interior terrestre
A geosfera inclui os materiais geológicos da superfície e do interior do planeta. Não corresponde apenas ao solo ou às rochas que conseguimos observar.
Segundo a composição, distinguem-se três grandes regiões:
- Crusta — crosta terrestre, no Brasil: camada mais externa.
- Manto: região situada entre a crusta e o núcleo.
- Núcleo: região central, rica em materiais metálicos.
A definição «parte sólida da Terra» é uma simplificação incompleta, porque o núcleo externo é líquido e também pertence à geosfera.
O manto, por sua vez, é predominantemente sólido. Pode deformar-se e fluir lentamente durante intervalos de tempo geológicos, mas não constitui um oceano global de magma.
Também é necessário distinguir crusta de litosfera. A litosfera inclui a crusta e a parte superior rígida do manto. Encontra-se dividida em placas litosféricas, que podem abranger regiões continentais e oceânicas. O British Geological Survey explica estas diferenças na estrutura terrestre.
À superfície, a meteorização desagrega ou altera as rochas no local. A erosão envolve a remoção de materiais, que podem ser transportados e posteriormente depositados.
Por exemplo, a alteração de uma rocha pode libertar partículas que a chuva transporta para um rio. Esta sequência já envolve a interação entre geosfera e hidrosfera. O British Geological Survey distingue meteorização e erosão.
Atmosfera: gases e processos meteorológicos
A atmosfera é o invólucro gasoso que envolve a Terra, mantido pela ação da gravidade.
No ar seco, junto da superfície, predominam aproximadamente:
- 78% de azoto — nitrogênio, no Brasil;
- 21% de oxigénio;
- cerca de 1% de outros gases, sobretudo árgon.
O vapor de água tem concentração variável e não entra nestas percentagens do ar seco. O dióxido de carbono, embora menos abundante, participa em processos biológicos e energéticos importantes. A NASA apresenta a composição do ar e a importância dos seus constituintes.
Troposfera e estratosfera
A troposfera é a camada mais próxima da superfície e concentra a maior parte dos fenómenos meteorológicos.
Na estratosfera, a região enriquecida em ozono absorve uma parte importante da radiação ultravioleta solar. A camada de ozono não é uma película sólida nem bloqueia toda a radiação.
A NOAA descreve as camadas atmosféricas e as suas características.
A atmosfera nas interações
O ar em movimento transporta água e partículas e contribui para redistribuir energia. Os gases também entram em trocas com os seres vivos, os oceanos e os materiais geológicos.
É preferível identificar o constituinte relevante: «a planta absorve dióxido de carbono durante a fotossíntese» explica melhor a interação do que «a planta relaciona-se com o ar».
Hidrosfera: toda a água terrestre
A hidrosfera reúne a água do sistema terrestre. No modelo de quatro subsistemas, inclui os estados líquido, sólido e gasoso.
Abrange oceanos, rios, lagos, águas subterrâneas, glaciares, neve e vapor de água. Não se limita, portanto, à água líquida visível.
Água no subsolo
A água pode ocupar espaços entre partículas e fraturas das rochas. Nas zonas saturadas, esses espaços encontram-se preenchidos por água.
Um aquífero é uma formação geológica capaz de armazenar e transmitir água em quantidades que permitem o seu aproveitamento.
Não se deve imaginar que toda a água subterrânea circula em grandes cavernas. Frequentemente, distribui-se por poros e fraturas. O USGS explica esta relação entre água e materiais geológicos.
Vapor e nuvens
O vapor de água é invisível. As nuvens visíveis contêm pequenas gotículas, cristais de gelo ou ambos.
É também importante distinguir mudança de estado e deslocação: na evaporação, a água passa de líquido a gás; no escoamento, desloca-se sem ter de mudar de estado.
O vapor pode ser estudado na atmosfera enquanto gás e na hidrosfera enquanto parte da água terrestre. A sobreposição decorre dos critérios utilizados.
Biosfera: a vida também transforma o ambiente
A biosfera abrange os seres vivos e o domínio da Terra onde existe vida. Inclui organismos terrestres e aquáticos, desde microrganismos até grandes plantas e animais.
Os seres humanos também pertencem à biosfera.
A vida depende de água, nutrientes e condições físicas adequadas. Contudo, os organismos não recebem apenas recursos: também modificam o ambiente.
As raízes podem contribuir para a desagregação de materiais; a fotossíntese incorpora carbono em matéria orgânica; a respiração e a decomposição participam na circulação de elementos.
Estas relações são centrais na investigação da biosfera apresentada pela NASA.
Nem todos os organismos desempenham as mesmas funções. Animais e fungos não realizam fotossíntese, enquanto as plantas realizam tanto fotossíntese como respiração.
Um peixe integra a biosfera; a água onde vive integra a hidrosfera. O ambiente completo envolve várias componentes.
Porque são os subsistemas sistemas abertos?
A classificação depende das trocas através da fronteira considerada.
| Sistema | Troca matéria? | Troca energia? |
|---|---|---|
| Aberto | Sim | Sim |
| Fechado | Não | Sim |
| Isolado | Não | Não |
Os subsistemas terrestres são abertos, porque trocam matéria e energia.
Uma planta absorve água, troca gases, recebe radiação e transfere energia para o ambiente. Um oceano troca água, gases e energia com a atmosfera.
A Terra é frequentemente representada como aproximadamente fechada em relação à matéria, mas aberta à energia. É uma aproximação: existem entradas de material extraterrestre e perdas de alguns gases para o espaço.
Não há contradição. A água que evapora atravessa uma fronteira entre reservatórios, mas continua dentro do planeta.
Como distinguir matéria e energia?
Uma transferência de matéria envolve materiais ou substâncias: partículas transportadas pelo vento, água absorvida por raízes ou gases libertados numa erupção.
Uma transferência de energia ocorre, por exemplo, quando uma superfície absorve radiação ou quando água em movimento desloca sedimentos.
Um processo pode envolver ambas. Na evaporação, há mudança de estado da água e absorção de energia.
A radiação solar alimenta muitos processos superficiais. Parte é refletida; outra parte é absorvida. A Terra também emite radiação infravermelha.
Os gases com efeito de estufa absorvem e emitem infravermelho. O efeito de estufa natural faz parte do funcionamento climático; alterações na concentração desses gases modificam as trocas energéticas.
A energia interna também participa na dinâmica terrestre, incluindo processos geológicos. Assim, nem todos os fenómenos dependem diretamente da energia solar.
A NASA explica a ligação entre energia e componentes do sistema Terra.
Interações entre os quatro subsistemas
| Interação | Situação | Explicação |
|---|---|---|
| Geosfera–hidrosfera | Um rio transporta areia | A água desloca partículas minerais |
| Geosfera–atmosfera | O vento levanta poeiras | O ar transporta materiais da superfície |
| Geosfera–biosfera | Uma raiz alarga uma fratura | O crescimento exerce ação mecânica |
| Hidrosfera–atmosfera | A água evapora | Passa ao estado gasoso e mistura-se com o ar |
| Hidrosfera–biosfera | Uma planta absorve água | A água passa do meio para o organismo |
| Atmosfera–biosfera | Um animal realiza trocas gasosas | Troca oxigénio e dióxido de carbono com o meio |
Estas situações são exemplos explicativos. Um fenómeno real pode envolver mais de dois subsistemas.
Numa erupção, por exemplo, os gases entram na atmosfera e as cinzas podem depositar-se num lago. Podem seguir-se alterações nas condições para os organismos. As cinzas são partículas sólidas, não gases.
O solo como zona de encontro
O solo reúne partículas minerais, matéria orgânica, água, ar e organismos.
Por isso, classificá-lo integralmente como geosfera oculta relações importantes:
- os minerais relacionam-se com a geosfera;
- a água, com a hidrosfera;
- os gases dos poros, com a atmosfera;
- os organismos, com a biosfera.
Os restos orgânicos mortos têm origem biológica, mas não são organismos vivos.
Algumas classificações destacam a pedosfera, centrada nos solos, ou a criosfera, que reúne gelo e neve. Não invalidam o modelo de quatro subsistemas: respondem a outras perguntas de estudo.
O ciclo da água integra vários subsistemas
O ciclo da água, ou ciclo hidrológico, corresponde à circulação da água entre reservatórios.
Inclui processos como:
- Evaporação: líquido passa a vapor.
- Condensação: vapor passa a líquido.
- Precipitação: água cai da atmosfera, por exemplo como chuva ou neve.
- Infiltração: água entra no solo.
- Escoamento: água desloca-se à superfície ou no subsolo.
- Transpiração: plantas libertam água para a atmosfera.
Um percurso possível é:
Lago → evaporação → atmosfera → condensação → precipitação → infiltração → absorção pelas raízes → transpiração.
Não existe uma sequência obrigatória. A água pode permanecer num reservatório ou seguir outro trajeto.
A energia solar favorece processos como a evaporação; a gravidade participa na precipitação e na circulação para locais mais baixos. O USGS descreve estes processos do ciclo hidrológico.
O carbono circula e transforma-se
O carbono pode encontrar-se no dióxido de carbono atmosférico, nos organismos, em substâncias dissolvidas e em materiais geológicos.
Na fotossíntese, é incorporado em matéria orgânica. A alimentação transfere-o entre organismos. A respiração e a decomposição participam na sua devolução ao ambiente.
Existem ainda trocas entre oceanos e atmosfera e processos geológicos de armazenamento e libertação.
O carbono não é criado pela fotossíntese: passa a integrar novas substâncias.
As transferências têm durações diferentes. Algumas acompanham a atividade dos organismos; outras envolvem intervalos geológicos muito longos. A NASA explica as componentes rápida e lenta do ciclo do carbono.
Como se propagam as alterações?
Imagina a remoção de vegetação de uma encosta. A alteração inicial afeta a biosfera, mas pode deixar o solo mais exposto.
Durante chuva intensa, pode aumentar a remoção de partículas. Se chegarem a um rio, podem modificar a quantidade de sedimentos em suspensão e as condições para certos organismos.
É uma cadeia possível, não inevitável. Depende da inclinação, do solo, da chuva e da gestão do terreno.
Algumas cadeias constituem retroações, nas quais os efeitos influenciam a alteração inicial.
- Retroação positiva: amplifica a alteração.
- Retroação negativa: atenua-a.
Um exemplo positivo simplificado é o aquecimento que reduz o gelo, expondo superfícies que absorvem mais radiação e reforçam o aquecimento. A proporção de radiação refletida chama-se albedo.
«Positiva» e «negativa» não significam «boa» e «má». A UCAR explica as retroações no sistema climático.
Perguntas frequentes sobre os subsistemas terrestres
1. Quantos subsistemas terrestres existem?
Neste modelo, quatro. Outras classificações destacam componentes como criosfera e pedosfera, conforme o objetivo.
2. Geosfera e litosfera são iguais?
Não. A litosfera é a camada rígida que inclui crusta e parte superior do manto. A geosfera também abrange regiões profundas.
3. O vapor pertence à atmosfera ou à hidrosfera?
Pode ser considerado em ambas, conforme o critério: gás atmosférico ou parte da água terrestre.
4. As nuvens são vapor visível?
Não. Contêm gotículas e/ou cristais de gelo. O vapor é invisível.
5. Os seres humanos pertencem à biosfera?
Sim. São organismos e participam nas interações terrestres.
6. Porque não se deve classificar todo o solo como geosfera?
Porque também contém água, gases, matéria orgânica e seres vivos.
7. Todos os processos envolvem apenas dois subsistemas?
Não. Um fenómeno pode envolver três ou quatro, direta ou indiretamente.
8. Como explicar corretamente uma interação?
Identifica os subsistemas, descreve o processo e indica a matéria ou energia transferida. Acrescenta consequências sustentadas pela situação.
Compreender o funcionamento integrado da Terra
A divisão em subsistemas organiza o estudo, mas compreender o planeta exige acompanhar as relações.
Uma raiz que absorve água, um rio que transporta sedimentos ou uma nuvem que origina precipitação mostram que as componentes terrestres participam em processos interligados. Identificar essas ligações permite interpretar mudanças e compreender as suas possíveis consequências.
