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José Pinto Peixoto e a água do Sara

As reservas de água existentes sob as areias do Sara foram previstas a partir da observação do movimento do vapor de água na atmosfera por pioneiros como José Pinto Peixoto. Aquele que é um dos maiores sistemas de águas subterrâneas do mundo está em risco por causa da extração excessiva deste recurso, a diminuição da chuva e o aumento da temperatura.

Há um século, nasceu numa aldeia da Beira Alta o homem que “foi” a meteorologia portuguesa do século XX. Estudou a circulação geral da atmosfera e viu a Terra como um sistema único e interligado. Ao dedicar-se à compreensão do ciclo da água, mostrou a estranha semelhança entre oceanos e desertos. Tal como o oceano, o Sara e outras regiões desérticas do planeta são uma fonte de vapor de água para a atmosfera. De onde vem essa água que o Sara perde para a atmosfera? José Pinto Peixoto mostrou, ao estudar a água na atmosfera, que podemos saber onde ela se esconde debaixo da terra.

Um quinto da superfície da Terra é hoje desértico. A paisagem árida, a quase inexistência de solo ou de cobertura vegetal são uma consequência da pouca chuva — menos de 100 milímetros por ano. O maior deserto quente do mundo é o Sara. Ocupa pouco mais de nove milhões de quilómetros quadrados e nele vivem apenas dois milhões e meio de pessoas — a mais baixa densidade populacional do planeta.

A extensão e aridez desta região do Norte de África nem sempre foi igual ao que é hoje. Sabe-se que há pelo menos 12 mil anos teve início um período húmido, com a colonização de uma vasta região e o desenvolvimento de uma biosfera diversa, hoje apenas identificável por registos arqueológicos. Apesar de provavelmente sempre ter funcionado como um obstáculo à disseminação para a Eurásia do Homo sapiens, a aridez que conhecemos intensificou-se há cerca de cinco mil anos, com o colapso da cobertura vegetal e a redução do regime de precipitação, sendo que cada um destes factores contribuiu para acelerar o outro. Seguiu-se a migração da ocupação humana, apenas parcialmente compensada pela migração para sul dos povos berberes.

Dependemos muito da chuva, apesar de o vapor de água existente na atmosfera ser apenas três décimos milésimos (0,0003) do total de água doce da Terra. Se toda esta água se precipitasse instantaneamente, corresponderia apenas a 20 milímetros de chuva — menos do que a precipitação média anual no Sara. Contudo, sabemos hoje que este pequeno volume de água é o regulador da absorção e transmissão de radiação, e que as transições entre os diferentes estados físicos da água são uma parte importante do balanço de energia que mantém a circulação geral da atmosfera. Um dos investigadores centrais deste conhecimento foi José Pinto Peixoto (1922-1996), que se dedicou à compreensão do ciclo da água e demonstrou a estranha semelhança entre oceanos e desertos.

Os desertos como oceanos
José Peixoto nasce na aldeia de Miuzela (concelho de Almeida, distrito da Guarda) a 9 de Novembro de 1922. Estuda na Faculdade de Ciências — primeiro, Matemática, e, mais tarde, Ciências Geofísicas —, apresentando em 1959 a sua tese de doutoramento na Universidade de Lisboa sobre a Energética da Circulação Geral da Atmosfera, já depois de ter iniciado a colaboração com o Instituto de Tecnologia do Massachusetts (MIT), que se prolongou de 1954 a 1956. Poucos anos antes, em 1948, Victor Starr dava início, no MIT, ao “Projecto da Circulação Geral”, com o objectivo de dar um passo em frente na compreensão da dinâmica da atmosfera, compatibilizando observações com as leis que descrevem os principais processos termodinâmicos e a dinâmica dos fluidos. José Peixoto integra este grupo, onde virá a colaborar, principalmente, com Victor Starr, Abraham Oort e Barry Saltzmann.

É durante as décadas de 50 e 60 que o ciclo da água na Terra começa a ser abordado não como um simples balanço hidrológico, mas numa perspectiva planetária: da evaporação dos mares e continentes pelo aquecimento solar, ao transporte pelo vento, à condensação sob a forma de nuvens ou de precipitação, ao armazenamento como neve ou água no solo, à escorrência superficial pelos rios ou ao transporte pelos aquíferos, regressando de novo ao oceano. Temos assim dois ramos principais do ciclo hidrológico, o ramo terrestre e o ramo atmosférico, intimamente ligados entre si.

O ramo terrestre do ciclo da água, onde todo o esforço de compreensão se tinha concentrado até então, é de muito difícil quantificação. A evaporação de água pelo solo e pelas plantas não é uniforme e depende da turbulência, da convecção e do vento, não existindo então instrumentos para a sua medição directa. A precipitação é mais acessível à rede meteorológica, mas varia muito entre locais próximos e a rede de estações está muito concentrada nos continentes do hemisfério norte.

O ponto de partida de José Peixoto foi a consideração de que o ramo atmosférico do ciclo da água podia ser mais bem avaliado se fôssemos capazes de medir a pressão, a temperatura e a humidade de forma consistente em toda a atmosfera, e a partir deles se calculasse “de onde e para onde” se verifica o transporte do vapor de água. A análise desta informação deveria permitir a distinção entre regiões da Terra onde existe, durante algum tempo, “divergência” do transporte de vapor de água, e aquelas onde existe “convergência”. Nas primeiras existe mais evaporação do que precipitação e são regiões secas. Nas segundas, existe mais precipitação do que evaporação e são regiões húmidas.

José Peixoto desenvolve, sozinho ou em colaboração com Victor Starr e Abraham Oort, o edifício físico-matemático que sustenta esta aproximação. E em 1958 publica, com Victor Starr, na revista Tellus, uma análise do balanço do vapor de água e da hidrologia dos desertos baseada num conjunto de dados recolhidos em 1950. Conclui que não só os oceanos são uma região de divergência de vapor de água, mas que o mesmo se observa nas grandes áreas áridas – e que a evaporação “inesperada” nas zonas áridas “deve ser equilibrada pela convergência de água líquida acima ou abaixo da superfície do solo, a menos que o ano estudado fosse completamente diferente do normal, o que, no entanto, não é tão provável”. A oportunidade de esclarecer se se tratava de uma situação peculiar ou sistemática foi criada pelo Ano Geofísico Internacional.

O Ano Geofísico Internacional, entre Julho de 1957 e Dezembro de 1958, foi o maior esforço concertado para o conhecimento do sistema terrestre. Para além dos lançamentos do Sputnik pela União Soviética (1957) e do Explorer 1 pelos Estados Unidos (em 1958), que marcaram a corrida à exploração espacial, foram promovidas iniciativas que mobilizaram 77 países, incluindo Portugal. Uma das iniciativas fundamentais foi a observação da alta atmosfera, com o lançamento simultâneo de radiossondas capazes de medir a pressão, a temperatura e a humidade, em cerca de 550 locais da Terra, duas ou quatro vezes por dia, sendo o objectivo atingir os 50 milibares (mb), o que corresponde a cerca de 20 quilómetros de altitude.

A reavaliação das observações recolhidas no Ano Geofísico Internacional confirma e completa as conclusões anteriores, permitindo um quadro compreensível das regiões que são fontes de vapor de água para a atmosfera e das que são sumidouros. Os desertos, tal como os oceanos, são regiões de divergência do vapor de água. O Sara, que é uma das regiões onde a evaporação ultrapassa a precipitação, é uma importante região de divergência. De forma contra-intuitiva, o Sara está a perder água para a atmosfera.

De onde vem essa água?
Nas regiões de convergência como o Amazonas, onde a precipitação é superior à evaporação, e que correspondem às grandes bacias hidrográficas, o excesso de água é transportado pelos rios e pelos aquíferos subterrâneos para o oceano, normalmente. Nas regiões de divergência como o Sara, onde a evaporação ultrapassa a precipitação, a pergunta colocada por José Peixoto e M. Ali Kettani num artigo publicado em 1973 na revista de divulgação Scientific American é: afinal, “de onde vem essa água?” Afirmam ainda que, apesar de muito difícil, só o estudo da circulação subterrânea sob as áreas desertas poderá responder a essa questão.

A primeira resposta foi dada pelos estudos geológicos e geofísicos realizados, nas décadas de 50 e 60, no âmbito da exploração de hidrocarbonetos no Norte de África: eles encontraram um extraordinário sistema de aquíferos no Noroeste do Sara, com uma área superior a um milhão de quilómetros quadrados, englobando uma grande parte da Argélia, da Líbia e da Tunísia. É dele que são extraídos mais de dois biliões de metros cúbicos de água doce por ano, utilizada para alimentação e agricultura nas pequenas áreas em que tal é possível ao longo de todo o Sara. É um dos maiores sistemas de água subterrânea do mundo.

Uma avaliação ainda mais global e objectiva foi realizada com os satélites GRACE, que, de 2003 a 2011, mediram a aceleração da gravidade com muita precisão, possibilitando o cálculo da dimensão das massas de água subterrâneas e da variação do seu volume. Sabemos, assim, que a recarga daquele sistema de aquíferos no Noroeste do Sara é de cerca de dois milímetros por ano, correspondente a uma pequena parte da (pouca) precipitação. As zonas de descarga concentram-se nos lagos de água salgada (chotts) do Sul da Tunísia, nos milhares de captações cada vez mais profundas nas povoações ou na alimentação dos sistemas de irrigação tradicionais, como os foggara na Argélia.

É esta a resposta à pergunta de Peixoto e Kettani: o grande volume de água doce que existe sob o Sara é uma mistura de água fóssil, cujo armazenamento ocorreu há dezenas de milhares de anos, e de recarga actual, proveniente da chuva e da escorrência superficial nas áreas montanhosas do Nordeste, do Sul e do Sudoeste do deserto: as montanhas do Atlas, os planaltos de Tademait e Tinghert. Contudo, enquanto a recarga actual é, em parte, um recurso renovável, o mesmo não se passa com a água fóssil, produto dos períodos mais húmidos da história geológica e biológica da região.

Hoje, o Sara está em expansão. Um estudo referenciado no último relatório do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC) estima que, só na década de 80, o limite do Sara progrediu mais de cem quilómetros para sul. Observa-se a rápida redução dos escassos planos de água, como o Lago Chade, ou a diminuição sistemática da área não desértica de um vasto país como a Líbia ao longo de todo o século XX.

A baixa precipitação é o factor limitante da ocupação humana. Tem-no sido ao logo de toda a pré-história conhecida — e a mudança climática está a aumentar essa limitação. A multiplicação actual de captações já extrai mais do que a água reposta pela precipitação.

A Terra como sistema
As reservas de água sob as areias do Sara foram previstas, no ciclo da água, pela divergência do transporte de vapor de água na atmosfera. A visão da Terra como um sistema em que se interligam e completam os processos atmosféricos, continentais e oceânicos precede aquilo a que hoje chamamos “sistema terrestre”. José Peixoto, cujo nascimento cumpre cem anos em 2022, esteve entre os pioneiros que imaginaram e estudaram este sistema. Apesar de um estudo muito posterior ter mostrado que a divergência do vapor de água do Sara estaria sobrestimada pelos trabalhos de Peixoto, Oort e Kettani, a importância de se analisar a Terra como um sistema único mantém toda a actualidade.

Desde 1954 até ao falecimento de Victor Starr em 1976, José Peixoto visitou o MIT todos os anos durante períodos alargados. Colaborou intensamente com um dos mais produtivos grupos de investigação do mundo e fez avançar decisivamente a física da atmosfera. Deste grupo fizeram parte cientistas de enorme impacto no século XX, como Edward Lorenz, um dos criadores da teoria do caos, ou o prémio Nobel da Física de 2022, Syukuro Manabe.

Abraham Oort (da NOAA, após o MIT) e Barry Saltzman (da Universidade de Yale), dois investigadores norte-americanos que com ele colaboraram, escreveram numa nota publicada na revista da Associação Americana de Geofísica: “Como Edward Lorenz do MIT notava, sempre que José entrava numa sala toda a atmosfera brilhava imediatamente.”

Esta luz começou a brilhar há cerca de um século. Enquanto existirem os seus alunos e enquanto forem lidos os seus trabalhos, continuará acesa.

Clique aqui para ler a notícia do Público de 30/04/2022.