Átomos agem à distância durante reações de oxidação

Baseado em artigo de Andy Fell - 17/01/2012

Tecnologias verdes
Cientistas estão propondo uma maneira totalmente nova de pensar sobre as reações químicas.
Mais especificamente, sobre as reações químicas entre a água e óxidos metálicos, os minerais mais comuns na Terra.
O novo paradigma pode não apenas mudar, mas melhorar a compreensão de fenômenos hoje tidos como bem-compreendidos, como a oxidação e a corrosão de metais, ou como minerais tóxicos permeiam as rochas e o solo para contaminar as águas subterrâneas.
A nova teoria também pode ajudar no desenvolvimento das tecnologias "verdes" do futuro, como novos tipos de baterias, ou catalisadores para a separação da água para produzir hidrogênio como combustível.

Usando simulações de computador e experimentos de laboratório, os cientistas descobriram que o comportamento de um átomo na superfície do aglomerado pode ser afetado por um átomo ainda distante. [Imagem: William Casey/UC Davis]

Mudança global
"Esta é uma mudança global na forma como se deve ver estes processos," explica William Casey, da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, que chegou a uma nova compreensão das reações de oxidação juntamente com seu colega James Rustad.
Até agora, ao estudar as interações da água com aglomerados de óxidos metálicos, os cientistas tentavam analisar átomos individuais, para avaliar a sua reatividade.
Mas "nada disso realmente fazia sentido", diz Rustad, desafiando os livros-texto.
Usando simulações de computador desenvolvidas por Rustad, e comparando as animações resultantes com experimentos de laboratório feitos por Casey, os dois descobriram que o comportamento de um átomo na superfície do aglomerado pode ser afetado por um átomo ainda distante.
Ação à distância
Os físicos já se acostumaram com a ação fantasmagórica à distância de partículas sob a ação do entrelaçamento quântico.
Mas aqui o fenômeno parece ser totalmente novo.
Em vez de se mover ao longo de uma sequência de formas de transição, como se assume, os óxidos metálicos interagem com a água passando por vários "estados meta-estáveis" - intermediários de curta duração, afirmam os dois cientistas.
Por exemplo, em uma das animações, uma molécula de água se aproxima de um átomo de oxigênio na superfície de um aglomerado de moléculas de um metal.
O oxigênio repentinamente se afasta de seu átomo vizinho, ligando-o ao meio do aglomerado, e salta para a molécula de água.
Então a estrutura entra em colapso, voltando à sua formação original, ejetando um átomo de oxigênio e incorporando o novo.
"A medição da troca de oxigênio por essas estruturas sugere uma nova visão do relacionamento entre a estrutura e a reatividade na interface óxido/solução," afirmam os cientistas.

Bibliografia:

Metastable structures and isotope exchange reactions in polyoxometalate ions provide a molecular view of oxide dissolution
James R. Rustad, William H. Casey
Nature Materials
10 January 2012
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat3203

Aquecimento global pode evitar nova Era Glacial

Aquecimento global pode evitar nova Era Glacial
Com informações da BBC - 10/01/2012


A última Era Glacial terminou há 11.500 anos, e os cientistas vêm há tempos discutindo quando a próxima começaria.[Imagem: BBC]

Aquecimento benéfico?

Cientistas estão afirmando que as emissões de dióxido de carbono (CO2) causadas pela ação do homem irão retardar o início da próxima Era Glacial.
Segundo os estudiosos, os gases causadores do efeito estufa, entre eles o CO2, emitidos pelo ser humano estão na base do fenômeno do aquecimento global.
A última Era Glacial terminou há 11.500 anos, e os cientistas vêm há tempos discutindo quando a próxima começaria.
Os pesquisadores usaram dados da órbita da Terra e outros itens para encontrar o período interglacial mais parecido com o atual.
Em um artigo publicado na revista Nature Geoscience, eles afirmam que a próxima Era Glacial poderia começar em 1.500 anos, mas que isso não acontecerá por causa do elevado nível de emissões de gases de efeito estufa.
"Nos atuais níveis de CO2, mesmo se as emissões parassem agora teríamos provavelmente uma longa duração interglacial determinada por quaisquer processos de longo prazo que poderiam começar para reduzir o CO2 atmosférico", afirma o coordenador da pesquisa, Luke Skinner, da Universidade de Cambridge.
O grupo de Skinner, que também inclui cientistas da Universidade College de Londres, da Universidade da Flórida e da Universidade de Bergen, na Noruega, calcula que a concentração atmosférica de CO2 deveria cair para menos de 240 partes por milhão (ppm) para que a glaciação pudesse começar.
O atual nível de CO2 é de cerca de 390 ppm, e outros grupos de pesquisadores já mostraram que, mesmo se as emissões parassem instantaneamente, as concentrações se manteriam elevadas por pelo menos mil anos, o suficiente para que o calor armazenado nos oceanos provocasse potencialmente um significativo
derretimento do gelo polar e o aumento do nível do mar.

Ciclos de Milankovitch

A causa básica das transições entre as Eras Glaciais e os períodos interglaciais são as variações sutis na órbita terrestre, conhecidas como ciclos de Milankovitch, descritas pelo cientista sérvio Milutin Milankovitch há quase um século.
Essas variações ocorrem em períodos de dezenas de milhares de anos.
A maneira precisa como elas mudam o clima da Terra entre os períodos interglaciais, mais quentes, e as Eras Glaciais, a cada 100 mil anos mais ou menos, não é conhecida.
Por si só, as variações não são capazes de levar a uma diferença de temperaturas de cerca de 10 graus Celsius entre a Era Glacial e o período interglacial.
As pequenas variações iniciais são amplificadas por vários fatores, incluindo o lançamento de dióxido de carbono na atmosfera, quando o aquecimento começa, e a absorção do gás pelos oceanos, quando o gelo se forma novamente.
Também está claro que cada transição é diferente das anteriores porque a combinação precisa de fatores orbitais não se repete exatamente - apesar de condições muito semelhantes acontecerem a cada 400 mil anos.
As diferenças de um ciclo para o seguinte seriam a razão de os períodos interglaciais não terem sempre a mesma duração.


Grupos que se opõem à limitação das emissões de gases de efeito estufa dizem que elas podem evitar nova
Era Glacial. [Imagem: BBC]

Transição para Era Glacial
Usando análises de dados da órbita terrestre, além de amostras de rochas retiradas do fundo do oceano, a equipe de Skinner identificou um episódio chamado Estágio Marinho Isótopo 19c (ou MIS19c), há 780 mil anos, que se parece muito com o presente.
Segundo eles, a transição para a Era Glacial foi sinalizada por um período quando o esfriamento e o aquecimento se revezaram entre os hemisférios norte e sul, provocados por interrupções na circulação global de correntes oceânicas.
Se a analogia ao MIS19c for correta, essa transição deveria começar em 1.500 anos, segundo os pesquisadores, se as concentrações de CO2 estivessem em níveis "naturais".
As conclusões mais amplas dos pesquisadores foram endossadas por Lawrence Mysak, professor-emérito de ciências atmosféricas e oceânicas na Universidade McGill, em Montreal, no Canadá, que também investigou as transições entre as Eras Glaciais e os períodos interglaciais.
"A questão-chave é que eles estão olhando para 800 mil anos atrás, o que é duas vezes o ciclo de 400 mil anos, então eles estão olhando para o período correto em termos do que poderia ocorrer sob a ausência de forças antropogênicas", disse ele à BBC.
Mas ele sugeriu que o nível de 240 ppm de CO2 para provocar a próxima glaciação poderia ser muito baixo. Outros estudos sugeriram que esse nível poderia ser 20 ou até 30 ppm mais alto.
"Mas em todo caso, o problema é como chegamos a 240, 250 ou o que quer que seja? A absorção pelos oceanos leva milhares ou dezenas de milhares de anos, então não acho que seja realista pensar que veremos a próxima glaciação na escala natural", explicou Mysak.

Briga política
Grupos que se opõem à limitação das emissões de gases do efeito estufa já citam o estudo como uma razão para apoiar a manutenção das emissões humanas de CO2.
O grupo britânico Global Warming Policy Foundation, por exemplo, cita um ensaio de 1999 dos astrônomos Fred Hoyle e Chandra Wickramasinghe, que argumentavam: "A volta das condições da Era Glacial deixaria grandes frações das maiores áreas produtoras de alimentos do mundo inoperantes, e levaria inevitavelmente à extinção da maioria da população humana presente".
"Precisamos buscar um efeito estufa sustentado para manter o presente clima mundial vantajoso. Isso implica a habilidade de injetar efetivamente gases do efeito estufa na atmosfera, o oposto do que os ambientalistas estão erroneamente defendendo", dizem.
Luke Skinner e sua equipe já antecipavam esse tipo de reação.
"É uma discussão filosófica interessante. Poderíamos estar melhor em um mundo mais quente do que em uma glaciação? Provavelmente sim," observa ele.
"Mas estaríamos perdendo o ponto central da discussão, porque a direção em que estamos indo não é manter nosso clima quente atual, mas um aquecimento ainda maior, e adicionar CO2 a um clima quente é muito diferente de adicionar a um clima frio", diz.
"O ritmo de mudança com o CO2 é basicamente sem precedentes, e há enormes consequências se não pudemos lidar com isso", afirma.
Bibliografia:

Determining the natural length of the current interglacial
P. C. Tzedakis, J. E. T. Channell, D. A. Hodell, H. F. Kleiven, L. C. Skinner
Nature Geoscience
09 January 2012
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/ngeo1358