O ciclo hidrológico e a dinâmica de distribuição global de precipitação

O ciclo hidrológico e a dinâmica de distribuição global de precipitação

Anderson Azevedo Mesquita*

A Terra pode ser descrita como um grande sistema integrado por partes complexas, tais como a hidrosfera, a litosfera, a atmosfera e na interseção destes a biosfera. Todos os sub-sistemas em conjunto desenvolvem diversos mecanismos e processos que resultam na formação de um ambiente natural físico-químico essencial para a existência e manutenção de todos os modos de vida dentro do ecossistema terrestre.
A idéia sistêmica e de integração dos processos naturais dos constituintes do sistema planeta Terra, são resultantes de um processo de interação que inicia com a radiação solar sendo força motriz e base essencial de energia do sistema, passando posteriormente, por todos os processos biogeoquímicos, termoquímicos, tróficos, abióticos e bióticos que integrados formam a rede de "engrenagem" dos processos vitais do planeta. (DREW, 1998)
Assim, cada ciclo ou conjunto de processos que estejam relacionados a uma estrutura sistêmica específica do sistema terrestre, afetará diretamente em todas as demais partes, alterando de forma significativa na distribuição dos fenômenos, na modelagem espacial e na abrangência escalar, bem como, mudando as condições dos habitats e das relações sociais desenvolvidas nestes, além de interferir diretamente nas próprias condições vitais de existência de determinadas espécies.
Neste sentindo, os mecanismos do ciclo hidrológico são essenciais dentro da compreensão dinâmica do sistema terrestre, afinal, a água é um bem essencial para a existência da vida, sua escassez causaria a extinção em massa de grande parte de todas as formas de vida do ecossistema, principalmente a humana, portanto, qualquer alteração que ocasione desequilíbrio dentro do processo do ciclo hidrológico trará automaticamente reflexos expressivos nas condições ambientais de sobrevivência dentro do sistema.
Um dos principais elementos do ciclo hidrológico é o processo de precipitação, principalmente a pluvial, ou seja, as precipitações e a dinâmica de distribuição das mesmas são essenciais para a formação de habitats naturais, na construção de perfil hidrológico dos rios e de sua rede de drenagem, também atua significativamente nas relações econômicas, influindo e sendo determinante nas práticas da agricultura, pecuária, turismo, transporte comercial entre outros. (DREW, 1998)
A distribuição das precipitações pluviais também influi na dinâmica climática das diversas regiões do planeta, sendo inclusive elemento expressivo nas classificações climáticas. As chuvas também podem determinar as relações sociais em escala local, alterando o planejamento de projetos, da construção civil, de translado, e altera diretamente no cotidiano das pessoas, mudando ou modificando sua rotina.
Portanto, é de fundamental importância compreender a dinâmica da distribuição das precipitações, levando em consideração os aspectos de sua formação inicial dentro do ciclo hidrológico, elucidando os principais fenômenos interligados a sua formação, tais como, o processo de condensação da água, a evapotranspiração e a evaporação, a formação das nuvens, os tipos de precipitação, o processo de escoamento e infiltração da água na superfície, ou seja, todos os elementos que compõe a dinâmica geral do ciclo hidrológico e, posteriormente, da distribuição global das precipitações. (TUBELIS, 1980)
O processo de condensação ocorre quando o vapor d?água originado a partir do processo de expansão adiabática do ar advindo da evaporação da água de corpos líquidos, como rios, lagos, mares e oceanos, e também pela evapotranspiração que é a capacidade de perda d?água da estrutura fisiológica dos corpos vivos por calor latente, chegam a camadas superiores da troposfera e encontram partículas microscópicas em suspensão, formando assim os chamados núcleos de condensação. (AYOADE, 1986)
Os núcleos de condensação são formados por alguns sais higroscópicos que são originados da água do mar, além de alguns gases como os óxidos higroscópicos de enxofre e fósforo que são produzidos por intermédio da produção industrial ou da combustão de gases em centros altamente urbanizados. Cabe ressaltar, que nem todos os óxidos originados do processo industrial e nem tão pouco a poeira tóxica comum em grandes centros com alta intensidade de veículos vão gerar núcleos de condensação.
A formação de núcleos de condensação higroscopicamente ativos ocorre quando, segundo Tubelis (1980, p.167) "a umidade relativa do ar atinge um determinado valor, que em alguns casos pode ser tão baixo quanto 70%". Logo, (Ibid, p.168) "quando se tornam ativos, os núcleos passam a adsorver moléculas de vapor d?água, aumentando de tamanho e reduzindo a visibilidade, dando origem a uma névoa úmida".
A existência de partículas higroscópicas em suspensão na atmosfera é uma condição essencial para a formação de nuvens, que além deste elemento necessita diretamente de grande quantidade de vapor d?água em suspensão na atmosfera, que posteriormente irá se resfriar a partir do momento que sofre expansão adiabática. Estes, portanto, são os elementos necessários para a formação de uma nuvem, que pode ter origem através da convecção térmica por expansão adiabática, ou por intermédio da elevação do relevo, bem como, do choque entre frente de massa de ar com características térmicas e de umidade distintas.
O balanço de radiação solar da Terra está relacionado a fatores que influenciam diretamente na interação do raio solar com a superfície terrestre, tais fatores são a distribuição de superfície liquidas e continentais bem como os aspectos das mesmas, o período do dia, o período do ano, a latitude, enfim, na superfície terrestre encontram-se distribuídas zonas de comportamento térmico com características distintas, resultantes ora de balanços positivos de energia como nas zonas tropicais, ou de balanços negativos de radiação como nas zonas polares.
O balanço de radiação terrestre irá influir na formação de nuvens por convecção ou expansão adiabática, ou seja, em zonas com grande aquecimento solar, e com saldo energético positivo, a evaporação e evapotranspiração será potencializada ocasionando um grande processo de expansão adiabática da água em vapor, que devido a baixa densidade irá subir a porções superiores da troposfera, formando assim os núcleos de condensação em conjunto com as partículas higroscópicas ativas.
A elevação do relevo também está relacionada ao processo de gênese de formação de nuvens. O ar atmosférico com vapor d?água em suspensão se movimenta através da dinâmica da circulação atmosférica, assim, a elevação do relevo como uma encosta, por exemplo, fará com que a massa de ar se eleve a barlavento da encosta fazendo com que o vapor d?água em suspensão sofra processo de saturação e posterior condensação, dando origem a nuvens por ação do relevo.
Por fim, a zona de frente de atrito de massas de ar com características térmicas e de umidade distintas também ocasionam a formação de nuvens. A massa de ar fria ao avançar em direção a uma massa de ar quente e úmida faz com esta sofra um processo de expansão adiabática de sua base, devido ao diferencial de densidade e pressão das massas de ar com características termodinâmicas distintas, assim o ar quente e saturado de vapor d?água irá resfriar-se formando o processo de condensação e posteriormente a formação de nuvens por ação de choques frontais de massas de ar.
Assim, para a formação de nuvens são necessários automaticamente há existência de três elementos essenciais: vapor d?água em quantidade expressiva na atmosfera e a elevação por expansão adiabática, partículas microscópicas como os sais higroscópicos de origem marítima ou de óxidos higroscópicos de atividades industriais e de centros urbanos, e por fim, a queda brusca de temperatura do ar atmosférico subjacente para que haja o resfriamento necessário para a formação dos núcleos de condensação, e posterior formação das nuvens. (TUBELIS, 1980)
A formação de nuvens é uma etapa fundamental dentro da dinâmica do ciclo hidrológico, afinal, as precipitações só ocorrem quando há formação de certos tipos de nuvens, principalmente aquelas que estão localizadas nas baixas e médias altitudes da atmosfera terrestre. As nuvens influenciam diretamente na quantidade de radiação que chega a superfície, pois estas podem refletir grande parte de radiação advinda do Sol, por isso em dias com grande nebulosidade o balanço de radiação é relativamente baixo ou negativo, além disso, as nuvens podem ser dissolvidas, isto ocorre quando há a compressão adiabática, ou seja, processo de aquecimento do ar atmosférico que se encontra na porção superior da nuvem, o que ocasiona a "descondensação" dos núcleos anteriormente condensados ocasionando a desintegração da nuvem.
As nuvens podem se apresentar de diversas formas durante o dia, em condições ambientais normais são mais comuns e intensas próximo ao meio-dia e no meio da tarde, no inicio da noite estas passam a ser dissolvidas. Como a formação de nuvens está relacionada a quantidade de vapor d?água existente na atmosfera, em regiões com grande quantidade de água e com balanço energético positivo, a nebulosidade será mais intensa, é o caso das regiões tropicais, ao contrário quanto menor for a disponibilidade de água, menor também será a nebulosidade, portanto, trata-se de grandezas diretamente proporcionais.
Quando não são dissolvidas as nuvens podem ocasionar ou não eventos de precipitação, que comumente são gerados quando na nuvem ocorre supersaturação da água condensada ou em forma de pequenos cristais de gelo, devido à grande turbulência ocasionada pela pressão atmosférica e pela força-peso exercida pela alta densidade das nuvens, estas passam a sofrer o processo de precipitação, que pode ser pluvial quando ocorre em estado líquido.
A precipitação líquida ou pluvial é de suma importância para as atividades humanas, principalmente as econômicas, pois as oscilações nos regimes das chuvas afetam diretamente no período de safra no setor agrícola, e nas atividades econômicas relacionadas a agropecuária onde as irregularidades das chuvas podem ocasionar desequilíbrio no sistema de nutrição animal com a diminuição das áreas de pastos. As precipitações também afetam diretamente no volume dos rios e lagos que são tipicamente influenciados pela sazonalidade das precipitações, isto se reflete no sistema de abastecimento de água potável em cidades, bem como no processo de escoamento e comercialização de produtos, afetando, além disso, no equilíbrio ecossistêmico desta biocenose.
De forma geral, as precipitações são comuns onde há ocorrência de formação de nuvens, assim os processos de formação de nuvens e de precipitação são similares. Os principais tipos de precipitações segundo Ayoade (1986), são as precipitações convectivas, as precipitações orográficas e as precipitações ciclônicas ou frontais. Embora existam três tipos de formação distintos de precipitação, a origem sempre será a mesma, ou seja, só existirá precipitação se houver a formação de nuvens, e assim, de acordo com o tipo de nuvem, a origem da precipitação será similar, logo, as nuvens formadas por convecção ou expansão adiabática darão origem a precipitações convectivas, as nuvens formadas por elevação do relevo ocasionarão as chuvas orográficas tão comuns a barlavento da encosta, e por fim, as nuvens com formação oriunda do choque de massas de ar com características termodinâmicas e de umidade distintas gerarão as precipitações ciclônicas ou frontais.
As precipitações convectivas são comuns em dias onde o balanço de radiação solar é intenso, ocasionando o aquecimento súbito da superfície terrestre e potencializando o processo de evaporação e evapotranspiração da água. A grande quantidade de vapor d?água formarão nuvens de baixa altitude como os cumulus e os cumulus nimbos, essas nuvens apresentam grande desenvolvimento horizontal e vertical e são as principais responsáveis pelos eventos de precipitação convectiva que ocorrem com mais intensidade durante o fim da manhã e nos fins da tarde, geralmente são chuvas torrenciais com grande volume e isoladas e com pouca duração. (AYOADE, 1986)
As chuvas de origem orográfica são comuns em regiões serranas, pois é o fator altitude que influência diretamente na formação das nuvens por altitude do relevo. As chuvas orográficas são típicas de regiões onde o ar saturado de vapor d?água forma nuvens nas proximidades das encostas a barlavento, este caso é típico das regiões litorâneas que compreende a Serra do Mar no nordeste e sudeste do Brasil onde a porção a barlavento da encosta é bem úmida devido às precipitações orográficas, e a encosta a sotavento é seca e praticamente desprovida de precipitação, pois a barreira orográfica da Serra do Mar impede que o ar úmido e as nuvens formadas, consigam ultrapassar a encosta a sotavento, na verdade nesta feição do relevo as nuvens sofrem processo de descompressão adiabática, sendo assim dissolvidas. (AYOADE, 1986)
As precipitações ciclônicas ou frontais são originadas através da zona de encontro de massas de ar com características termodinâmicas distintas e com variação de umidade, a sobreposição da massa de ar quente e úmida em relação a uma massa de ar fria e seca, por exemplo, faz com que o ar úmido e quente se resfrie, formando núcleos de condensação e de nuvens, assim, as precipitações ciclônicas são menos intensas do que as convectivas, mas podem durar mais tempo, pois enquanto existir a zona de perturbação das massas de ar, a chuva poderá co-existir.
Logo, os diferentes tipos de precipitação estão relacionados diretamente a origem de formação da nuvem, onde os principais elementos são o relevo, a alta intensidade de radiação solar e a zona de contato ou encontro entre massas de ar com características termodinâmicas e de umidade distintas. Tais características são encontradas de forma direta e indireta sob condições ambientais específicas e podem oscilar de acordo com a localização geográfica da região no globo terrestre. Portanto, assumir um quadro geral de distribuição global de precipitação é sumariamente complexo dado a grande dificuldade e a gama de fenômenos que estão relacionados frente a esta dinâmica de distribuição espacial dos eventos atmosféricos de precipitação.
Entretanto, Ayoade (1986, p.164) aponta os principais aspectos do padrão de distribuição mundial de precipitação:
1. Há precipitação abundante na zona equatorial e quantidade moderadas a altas nas latitudes médias;
2. As zonas subtropicais e as áreas circunvizinhas aos pólos são relativamente secas;
3. As zonas litorâneas ocidentais nos subtrópicos tendem a ser secas, enquanto as zonas litorâneas orientais tendem a ser úmidas;
4. Nas altas latitudes as costas ocidentais são, em geral, mais úmidas do que as costas orientais;
5. A precipitação é abundante nas vertentes a barlavento das montanhas, porém esparsa nos lados a sotavento;
6. As áreas próximas dos grandes corpos líquidos recebem mais precipitação do que os interiores dos continentes, que se localizam distantes das fontes oceânicas se suprimento de umidade.

Em relação a distribuição sazonal das precipitações Ayoade (1986, p.169), apresenta o seguinte sistema de distribuição das precipitações:
1. Precipitação pluvial equatorial ? a precipitação pluvial é abundante, ocorre durante todo o ano e é amplamente convectiva quanto a origem;
2. Precipitação pluvial de savana ? a precipitação pluvial é amplamente convectiva e ocorre durante o verão;
3. Precipitação pluvial de deserto tropical ? a precipitação é baixa em todas as estações;
4. Precipitação pluvial mediterrânea ? a precipitação é principalmente ciclônica (isto é, frontal) e ocorre no inverno. O verão é seco;
5. A precipitação do oeste europeu ? a precipitação é abundante, com mais chuvas no inverno do que no verão. A precipitação é principalmente ciclônica quanto a origem;
6. Precipitação pluvial continental ? a chuva cai principalmente no verão;
7. Precipitação pluvial costeira de leste ? a precipitação pluvial é elevada, provinda de ventos marítimos em baixas latitudes; nas latitudes médias a precipitação é derivada a partir de massa de ar úmida e moderadamente quente que se dirige para o interior no verão, e de tormentas ciclônicas no inverno;
8. Precipitação pluvial polar ? a precipitação é baixa com a precipitação máxima ocorrendo no verão, quando há mais umidade no ar e a influência ciclônica pode alcançar a área circunvizinha aos pólos.

Por fim, ainda existe variação em relação ao regime das precipitações dentro da escala diurna, ou seja, durante o dia as variações ocorrem devido ao efeito da diferença de aquecimento das superfícies liquidas e terrestres, principalmente no interior do continente e nas regiões de mar aberto ou próximo ao litoral, assim, encontram-se o regime diurno de precipitação do tipo continental ou interior e o tipo marítimo ou litorâneo.
No tipo continental ou interior, as chuvas ocorrem prioritariamente durante o final da manhã ou da tarde, onde a saturação térmica da superfície chega a condições extremas, fazendo com que o ar se torne mais leve, sofrendo assim a expansão adiabática, formando nuvens de origem convectiva, assim como, precipitações convectivas.
No tipo marítimo ou litorâneo as precipitações atingem ocorrência mais significativa durante a noite e nas primeiras horas da manhã, isto ocorre segundo Nieuwolt apud Ayoade (1986, p.170) "por algum tipo de convecção noturna, que resulta no aumento [...] de variação térmica à medida que a troposfera superior é resfriada pelas perdas por radiação a partir do topo das nuvens".
Por fim, o ciclo hidrológico é um mecanismo sistemático do planeta para manter suas condições bióticas gerais em constante equilíbrio, para isso há uma interação cíclica entre a radiação solar, a litosfera, a hidrosfera, a biosfera e principalmente a atmosfera. O ciclo hidrológico, portanto, abrange e interage direta e indiretamente com todos os subsistemas terrestres, na evaporação interage com a hidrosfera, na evapotranspiração interage diretamente com a biosfera, que automaticamente estão integradas a litosfera que é determinante no efeito da continentalidade, e, portanto, na variação sazonal e diurna de precipitação, além do escoamento superficial e do processo de infiltração ocorrido após os eventos de precipitação, com atmosfera interage através da formação de nuvens que darão origem as precipitações, realizando desta forma, o fechamento do ciclo hidrológico.
A compreensão da dinâmica de distribuição e variação das precipitações é de suma importância para a Climatologia e para a Meteorologia, assim como, são fundamentais em outros ramos do conhecimento científico, principalmente os ligados ao estudo das atividades econômicas, afinal, a distribuição das chuvas e principalmente a variabilidade destas são determinantes nas práticas agropecuárias e agrícolas. O estudo do comportamento e da dinâmica de variação das precipitações são mecanismos técnicos cada vez mais necessários para o êxito da produção do setor agropecuário, por isso, é marcante o aumento de metodologias empregadas por intermédio da meteorologia agrícola.

* Licenciado em Geografia, e professor substituto no curso de Geografia Licenciatura/Bacharelado da Universidade Federal do Acre ? UFAC

Referências Bibliográficas:
AYOADE, J. O. Introdução à Climatologia para os Trópicos. São Paulo: Difel,1986.

ASSAD, Eduardo Delgado; MARIN, Fábio Ricardo; PILAN, Felipe Gustavo. Clima e ambiente: introdução a climatologia para ciências ambientais. Campinas ? SP: Embrapa. 2008.

DREW, D. Processos interativos homem-meio ambiente. São Paulo: Difel, 1986.

GUERRA, Antônio José Teixeira; GUERRA, Antônio Teixeira. Novo dicionário geológico-geomorfológico. 4ª ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2005.


MARUYAMA, Shiegenori. Aquecimento global?. [Tradução: Kenitiro Suguio]. São Paulo: Oficina de textos, 2008.


MENDONÇA, Francisco & DANNI-OLIVEIRA, Inês Moresco. Climatologia: noções básicas e climas do Brasil. São Paulo: Oficina de Textos, 2007.


SALATE, Eneas et alli. Amazônia. Desenvolvimento integrado e ecologia. São Paulo: Brasiliense, 1983

TOLENTINO, Mario; FILHO, Romeu C. Rocha; SILVA, Roberto Ribeiro da. O azul do planeta: um retrato da atmosfera terrestre. 4ª. ed. São Paulo: Moderna, 1995.

TUBELIS, Antônio & NASCIMENTO, Fernando José Lino do. Meteorologia Descritiva: fundamentos e aplicações brasileiras. São Paul: Nobel, 1980.

VILLALOBOS, Jorge Ulises Guerra. Ambiente, Geografia e natureza. Maringá: UEM, 2000.