A EMERGÊNCIA CLIMÁTICA RELACIONADA ÀS CORRENTES TERMOHALINAS E FENÔMENOS COMO EL NIÑO E LA NIÑA: UMA PROPOSTA CONTEXTUALIZADA DE ENSINO DE FÍSICA

## A EMERGÊNCIA CLIMÁTICA RELACIONADA ÀS CORRENTES TERMOHALINAS E FENÔMENOS COMO EL NIÑO E LA NIÑA: UMA PROPOSTA CONTEXTUALIZADA DE ENSINO DE FÍSICA

Carlos José Aguiar Siqueira 1 , João Paulo Lanna Ferreira 2 , Adriana Gomes Dickman 3

1 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais/Licenciatura em Física carlosjoaguiar@gmail.com 2 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais/Licenciatura em Física

jlannaferreira@icloud.com

3 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais/Programa de Pós-Graduação em Educação e Licenciatura em Física (ICEI), adickman@pucminas.br

## Resumo

O Novo Ensino Médio, regulamentado pela Lei nº 13.415/2017, visa uma formação mais flexível e adaptada aos interesses dos estudantes, permitindo que a escolha entre quatro grandes áreas do conhecimento. Dentro das Ciências da Natureza e suas Tecnologias (CNT), o currículo enfatiza o desenvolvimento do pensamento científico e crítico, preparando os alunos para enfrentar desafios contemporâneos, como as questões ambientais. Um exemplo prático dessa abordagem é a disciplina de Emergência Climática Global, que foca em temas como mudanças climáticas, impactos globais e soluções tecnológicas, integrando conceitos de física, química e biologia para promover a compreensão e a análise crítica de problemas ambientais. Este trabalho apresenta uma proposta de ensino baseada nos Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov para ensinar os fenômenos El Niño-Oscilação Sul (ENSO) e a Circulação Termohalina Global (CTG), ambos fortemente influenciados por conceitos de troca de calor e dinâmica dos fluidos. O El Niño e La Niña afetam as temperaturas superficiais do oceano e as correntes atmosféricas, enquanto a circulação termohalina desempenha um papel crucial no transporte de calor nas profundezas oceânicas. A proposta de ensino inclui a problematização dos conceitos, experimentos práticos para simular esses fenômenos e discussões que promovem o desenvolvimento do pensamento crítico dos alunos. O artigo reforça a importância de integrar conceitos físicos ao ensino de temas ambientais, capacitando os estudantes a entenderem melhor os impactos das mudanças climáticas no contexto global.

Palavras-chave : ENSO. Circulação Termohalina. Ensino de Física.

## Introdução

O Novo Ensino Médio, implementado pela Lei nº 13.415/2017, busca oferecer uma formação adaptada e mais flexível as necessidades e interesses dos estudantes, por meio da variação do currículo e ampliação da carga horária escolar (Brasil, 2017). Este modelo permite aos estudantes o aprofundamento em uma das quatro grandes áreas do conhecimento, que são: Linguagens e Suas Tecnologias, Matemática e Suas Tecnologias, Ciências da Natureza e Suas Tecnologias (CNT), ou Ciências Humanas e Sociais Aplicadas. No caso específico das CNT, o currículo visa um maior entendimento de disciplinas como Física, Química e Biologia, voltado para o

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

desenvolvimento do pensamento científico e da investigação empírica, importantes para enfrentar os desafios contemporâneos, como as questões ambientais.

O aprofundamento em CNT tem o objetivo preparar os estudantes para uma atuação crítica e informada em áreas como Ciências exatas, Engenharia, Saúde e tecnologia. Essa abordagem permite que os alunos escolham trilhas formativas de acordo com seus interesses pessoais e projetos de vida, fortalecendo sua formação técnica e científica. O itinerário formativo em CNT, trabalhando a prática e a teoria em conjunto, tem como objetivo promover um aprendizado contextualizado e interdisciplinar, incentivando a resolução de problemas e o desenvolvimento de habilidades como pensamento crítico, criatividade, e trabalho colaborativo (Leal; De Meirelles, 2022).

O currículo do Novo Ensino Médio precisa se adequar à Base Nacional Comum Curricular (BNCC) (Brasil, 2018a) apresentando habilidades e competências a serem desenvolvidas pelos estudantes da educação básica, conforme descrito na competência III para a área das CNT:

Aprofundamento de conhecimentos estruturantes para a aplicação de diferentes conceitos em contextos sociais e de trabalho, organizando arranjos curriculares que permitam estudos em astronomia, metrologia, física geral, clássica, molecular, quântica e mecânica, instrumentação, ótica, acústica, química dos produtos naturais, análise de fenômenos físicos e químicos, meteorologia e climatologia, microbiologia, imunologia e parasitologia, ecologia, nutrição, zoologia, dentre outros [...] (Brasil, 2018b, p. 477).

A disciplina Emergência Climática Global, parte do itinerário formativo de uma escola estadual situada em Minas Gerais, tem como objetivo discutir as principais problemáticas relacionadas ao clima do planeta e desenvolver o senso crítico dos alunos acerca desses temas. A disciplina compreende propostas de discussão voltadas para os seguintes temas: Mudanças climáticas e suas causas antropogênicas, seus impactos globais e regionais, soluções tecnológicas e inovações, o papel dos oceanos e florestas no ciclo climático, educação ambiental e consciência climática, economia verde e desenvolvimento sustentável e o papel da governança global no combate à crise climática.

Assim, a disciplina "Emergência Climática Global" combina conceitos de diversas áreas das Ciências da Natureza, explorando a química das emissões de gases do efeito estufa, a física dos sistemas climáticos, e a biologia da perda de biodiversidade. Essa dinâmica permite que os alunos compreendam as relações entre diferentes campos do conhecimento e como essas áreas contribuem para a análise e resolução de problemas ambientais globais.

Moser et al (2021) defendem a inclusão de discussões sobre a crise climática no ensino de ciências, com o objetivo de, por meio do esclarecimento, 'instigar a mudança de pensamento e do modo como os seres humanos se relacionam com o ambiente' (Moser et al, 2021, p.158). Para tal, é apresentada uma experiência de educomunicação 1 científica para auxiliar professores da Educação Ambiental a discutir o tema em sala de aula.

Neste contexto e pensando na possibilidade de contextualização que a disciplina Emergência Climática Global disponibiliza, o presente trabalho visa apresentar uma

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proposta de ensino estabelecendo conexões entre os fenômenos climáticos 'El Niño' e 'La Niña' com a circulação termohalina. A proposta se baseia nos Três Momentos Pedagógicos (Delizoicov; Angotti, 1994) para apresentação e discussão do conteúdo. Na próxima seção apresentamos uma breve introdução aos fenômenos que fazem parte da proposta e os principais conceitos físicos envolvidos nesses processos, como a troca de calor e a dinâmica dos fluidos.

## Desenvolvimento teórico

O clima global é influenciado, principalmente, pelas águas dos oceanos, reforçando a importância em analisar o movimento das águas e seu processo de aquecimento e resfriamento em certas regiões do globo terrestre. As correntes marítimas, que derivam de uma circulação das camadas de água intensificadas pela concentração de sal dissolvido, chamada de Termohalina - veículo de transporte de calor da Terra, que junto com a corrente atmosférica contribuem para determinar a distribuição de temperaturas no sistema climático.

A Circulação Termohalina é um dos responsáveis pelo suprimento de calor nas regiões polares, regulando o montante de gelo destas regiões. Portanto, qualquer modificação nesta circulação oceânica pode acarretar impactos significativos no orçamento radiativo do planeta. Além disso, a Circulação Termohalina também tem papel importante na determinação da quantidade de dióxido de carbono existente na atmosfera, devido ao seu controle sobre as águas profundas do oceano. (Soares, 2008, p. 60).

## Circulação Termohalina Global (CTG)

Figura 01: Circulação Termohalina.Fonte: Artic Climate Impact Assessment-ACIA,(2005).

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O movimento superficial das correntes oceânicas é causado pela ação do vento, diferentemente do movimento das águas mais profundas, tendo seu movimento desencadeado pela diferença de densidade e pressão da água em diferentes regiões, além da força de Coriolis. A temperatura e a salinidade são fatores de extrema importância na determinação da densidade água. Quanto maior a quantidade de sal, maior será a densidade, por isso o nome da corrente desencadeada por esse movimento é Circulação Termohalina ou Termosalina.

A formação de águas profundas em regiões do Atlântico Norte e Oceano Antártico são as principais causadoras dessa circulação, pois as águas superficiais são

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intensamente resfriadas pelo vento nestas regiões polares. Além disso o vento provoca evaporação, levando a um resfriamento e aumento da salinidade, pois apenas as moléculas de água são evaporadas fazendo a quantidade de sal no restante aumentar provocando o aumento da densidade.

Outro fator que contribui para o aumento da salinidade é a formação de gelo oceânico, uma vez que a solubilidade do sal no gelo é muito menor do que na água. A formação de salmoura gelada, provocada pelo aumento da salinidade e diminuição da temperatura de congelamento da água, derrete o gelo nas proximidades fazendo com que a água escape da matriz e, consequentemente, afunde.

Portanto, a CTG se origina de um fluxo vertical da água da superfície que afunda até uma profundidade intermediária ou, dependendo da densidade, próxima do fundo. Ao afundarem, essas águas mais frias e densas substituem as águas profundas, resultando no fluxo horizontal que vai em direção ao equador (Figura 01), transportando energia e matéria. Na figura, as linhas azuis representam a água mais fria e densa, enquanto as linhas vermelhas representam a água mais quente.

## El Niño e La Niña

- O 'El Niño' (EN) e a 'La Niña' (LN) são duas fases do fenômeno denominado El NiñoOscilação Sul (ENSO), sendo o EN a fase quente e a LN a fase fria. Esses fenômenos podem ser quantificados pelo Índice de Oscilação Sul (IOS), que representa a diferença de pressão no nível do mar entre o Oceano Pacífico Central e Pacífico Oeste. Os indicadores de ocorrência do EN são valores negativos elevados do IOS, ligados ao enfraquecimento dos ventos alísios e aumento da pressão no Pacífico Oeste, enquanto valores positivos elevados são indicadores de LN, relacionados à intensificação dos ventos alísios e o aumento da pressão no Pacífico Central.
- O ENSO é um fenômeno de grande escala, caracterizado por anomalias de temperatura na superfície do Oceano Pacífico simultaneamente com anomalias do IOS. Esse fenômeno afeta a circulação atmosférica e provoca variações de temperatura, negativas quando LN e positivas quando EN, em todo o globo.

Os eventos de EN e LN afetam a temperatura na superfície do oceano, ocasionando mudanças na troca de calor entre a água e o ar e evaporação de água, alterando assim a densidade e a salinidade da água do mar. O aumento da densidade ocorre devido à diminuição da temperatura superficial do oceano provocado pela LN. O aumento da temperatura, provocado pelo EN, diminui a densidade da água e provoca também evaporação. Estas alterações na densidade podem dificultar a formação de águas profundas, interferindo na circulação termohalina (Freire; Lima; Cavalcanti, 2011).

## Três Momentos Pedagógicos

Os Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov (Delizoicov; Angotti, 1994) apresentam uma abordagem crítica para o ensino de ciências, propondo romper com os métodos tradicionais e ressaltar a relação entre o conteúdo e a realidade vivida pelos estudantes. A estrutura pedagógica proposta envolve três fases principais: problematização, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento, que devem ser correlacionados, a fim de estimular o pensamento crítico e a construção ativa do conhecimento pelos alunos. A metodologia busca superar o ensino

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estritamente expositivo e memorizável, contribuindo na contextualização dos saberes científicos e a participação ativa dos estudantes no processo de aprendizagem.

O primeiro momento pedagógico é a problematização, servindo como ponto de partida para o aprendizado. Nesse momento, o professor explora os conhecimentos prévios dos alunos, sugerindo situações-problema que fazem parte do contexto social ou natural em que estão inseridos. Essas concepções podem não estar de acordo com as explicações científicas, caracterizando-se como senso comum. O objetivo é instigar a necessidade de buscar novos conhecimentos, motivando o aluno a questionar suas próprias ideias e iniciar o processo de investigação científica. Este momento permite que o estudante se envolva ativamente e perceba a importância do conteúdo para a compreensão de problemas reais.

- O segundo momento consiste na organização do conhecimento, em que os conceitos necessários para compreender a problemática serão sistematicamente estudados. Nesta fase, é fundamental a mediação do professor, que apresentará os conteúdos de forma estruturada, conectando-os às questões levantadas anteriormente.
- O terceiro e último momento é a aplicação do conhecimento, quando o estudante utilizará os novos conhecimentos em situações práticas ou teóricas para resolver problemas ou interpretar fenômenos, consolidando o aprendizado.

## Discussão dos conceitos físicos envolvidos na proposta

A troca de calor é um conceito fundamental na física, descrevendo o processo pelo qual a energia térmica é transferida de um corpo para outro devido à diferença de temperatura entre eles. Essa transferência de energia pode ocorrer de três maneiras principais: condução, convecção e radiação.

O processo de transferência de calor, que ocorre em materiais sólidos, é chamado de condução térmica. Nessa forma de troca de calor, a energia térmica é transferida através do contato entre dois corpos. Quando parte de um corpo sólido recebe calor, as partículas dessa região vibram mais rapidamente, transferindo energia para as partículas adjacentes, que por sua vez passam essa energia adiante. Materiais como metais são bons condutores de calor, enquanto substâncias como madeira e plástico são isolantes, ou seja, têm baixa capacidade de conduzir calor (Quites, 2005).

A convecção é o mecanismo de transferência de calor que ocorre em fluidos (líquidos e gases) através do movimento organizado das moléculas. Quando uma parte do fluido é aquecida, ela se expande, tornando-se menos densa e subindo, enquanto as partes mais frias e densas descem para ocupar seu lugar, formando correntes de convecção. Esse movimento de massas de fluido facilita a distribuição do calor. Um exemplo comum desse processo inclui a circulação de ar quente em um ambiente aquecido (Quites, 2005).

Ao contrário da condução e da convecção, a radiação térmica é transferida na forma de ondas eletromagnéticas, principalmente na faixa do infravermelho, não precisando de matéria para se propagar. Todos os corpos com temperatura acima do zero absoluto emitem radiação térmica, e a quantidade de energia emitida depende da temperatura e da emissividade do corpo (Quites, 2005).

A dinâmica dos fluidos estuda o comportamento dos fluidos em movimento. Quando aplicada ao contexto dos oceanos, essa dinâmica envolve conceitos fundamentais, como densidade, pressão e correntes oceânicas.

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A densidade de um fluido é definida como a massa por unidade de volume ( 𝜌 = m/V). No oceano, é influenciada principalmente pela temperatura e salinidade da água. Em regiões onde a água é mais fria ou contém uma maior concentração de sal, a densidade da água aumenta, fazendo com que ela tenda a afundar.

A pressão, força exercida por unidade de área (P = F/A), em qualquer ponto no oceano, é a soma da pressão atmosférica e do peso da coluna de água por unidade de área acima do ponto de interesse. Como a pressão aumenta significativamente com a profundidade, ela afeta o comportamento dos fluidos em termos de densidade e movimentos verticais (White, 1988).

As correntes oceânicas são grandes movimentos de massas de água no oceano, e seu comportamento é influenciado tanto por fatores físicos internos, como a densidade e pressão, quanto por forças externas, como ventos e a rotação da Terra (Correa, 2024).

A interação desses fatores é complexa, mas essencial para o entendimento dos processos que governam os oceanos. Eles influenciam desde a circulação termohalina até a formação de eventos climáticos extremos, como furacões e fenômenos como o El Niño e La Niña, que têm impactos significativos no clima global (Freire; Lima; Cavalcanti, 2011).

## Proposta de ensino

A proposta de ensino aqui apresentada tem o objetivo de integrar conceitos de física, como troca de calor e dinâmica dos fluidos, ao estudo dos fenômenos climáticos "El Niño", "La Niña" e a circulação termohalina, utilizando uma abordagem contextualizada.

A metodologia envolve três etapas principais: introdução teórica, experimentos e discussões orientadas. Assim, no Primeiro Momento Pedagógico inicia-se a introdução ao tema propondo uma atividade de problematização dos conceitos. Essa problematização pode ser introduzida fazendo perguntas aos alunos sobre os fenômenos a serem estudados e os conceitos físicos envolvidos, dessa forma o professor identificará o nível de conhecimento dos alunos sobre as questões colocadas, instigando-os a adquirir novos conhecimentos.

A problematização poderá ocorrer pelo menos em dois sentidos. De um lado, pode ser que o aluno já tenha noções sobre as questões colocadas, fruto da sua aprendizagem anterior, na escola ou fora dela. Suas noções poderão estar ou não de acordo com as teorias e as explicações das Ciências, caracterizando o que se tem chamado de 'concepções alternativas' ou 'conceitos intuitivos' dos alunos. A discussão problematizada pode permitir que essas concepções emerjam. De outro lado, a problematização poderá permitir que o aluno sinta necessidade de adquirir outros conhecimentos que ainda não detém; ou seja, coloca-se para ele um problema para ser resolvido. Eis por que as questões e situações devem ser problematizadas." (Delizoicov; Angotti, 1994, p. 54)

A discussão inicial será guiada por questões problematizadoras, tais como: 'De que maneira as mudanças de temperatura nas superfícies oceânicas interferem nas correntes de ar e padrões climáticos?"; "Como a densidade da água influencia a circulação termohalina? Quais são os impactos das mudanças de temperatura na superfície terrestre na densidade da água dos oceanos?"

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A segunda etapa consiste em apresentar aos alunos os conceitos fundamentais de troca de calor, como condução, convecção e radiação, além dos princípios da dinâmica dos fluidos, como pressão, densidade, associados ao movimento de correntes oceânicas. Esta fase poderá ser uma aula expositiva com o uso de materiais visuais, como mapas e gráficos de temperatura e vídeos, caso esse recurso seja acessível a realidade da escola, que demonstrem os padrões de circulação atmosférica e oceânica associados aos fenômenos "El Niño" e "La Niña".

Em seguida, ainda no Segundo Momento Pedagógico, poderão ser realizadas atividades práticas para explorar os conceitos apresentados. Um experimento possível é a simulação de correntes oceânicas e trocas de calor utilizando uma caixa de água com diferentes fontes de calor (como lâmpadas de aquecimento) e gelo, representando o aquecimento desigual das águas oceânicas. Os alunos observarão como a variação de temperatura gera movimentos convectivos na água, analogamente ao que ocorre com as correntes marinhas e atmosféricas durante "El Niño" e "La Niña". Outro experimento pode envolver o uso de um tanque com água salgada e água doce colorida para demonstrar a circulação termohalina, evidenciando o efeito da salinidade e da temperatura na densidade dos fluidos.

No Terceiro Momento Pedagógico, o professor pode organizar uma discussão orientada, em grupos ou com a turma toda, em que os alunos serão incentivados a interpretar os resultados obtidos nos experimentos e relacioná-los com os fenômenos globais de "El Niño", "La Niña" e a circulação termohalina. Nesse momento retorna-se as questões da problematização inicial, comparando-se as respostas dadas pelos alunos no Primeiro Momento com as interpretações do Terceiro Momento. O objetivo é oferecer recursos para o desenvolvimento do pensamento crítico e a capacidade de argumentação científica dos estudantes.

## Considerações finais

Este estudo propõe a aplicação de uma proposta de ensino de física envolvendo conceitos físicos de troca de calor e dinâmica dos fluidos para entender fenômenos climáticos globais, com ênfase no ENSO e na CTG.

A proposta, elaborada de acordo com os três momentos pedagógicos, promove uma oportunidade para a contextualização de conceitos da dinâmica de fluidos e calorimetria na compreensão de como ocorre a transferência de energia entre o oceano e a atmosfera, processo fundamental na modulação dos ciclos ENSO, afetando a temperatura da superfície do mar e os padrões de precipitação e ventos em escala global.

Espera-se que a aplicação futura desta proposta contribua para uma aprendizagem contextualizada dos conceitos físicos envolvidos em eventos climáticos, bem como para a compreensão da importância do nosso papel como cidadãos na preservação do meio ambiente.

## Referências

BRASIL. Resolução CNE/CP Nº 2 . Institui e orienta a implantação da Base Nacional Comum Curricular. Brasília: Ministério da Educação, 2017.

BRASIL. Projeto de Resolução CNE/CEB N o 3 . Atualiza as Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Brasília: Ministério da Educação, 2018a.

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BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular . Brasília, 2018b.

CORREA, Iran Carlos Stalliviere. O Oceano e a humanidade-conhecer e preserva r. 2024.

DELIZOICOV, Demétrio; ANGOTTI, José André. Metodologia do Ensino de Ciências . São Paulo: Cortez, 1994.

FREIRE, Julliana Larise Mendonça; LIMA, Jeane Rafaele Araújo; CAVALCANTI, Enilson Palmeira. Análise de aspectos meteorológicos sobre o Nordeste do Brasil em anos de El Niño e La Niña. Revista Brasileira de Geografia Física , v. 3, n. 1, p. 429-444, 2011.

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MOSER, A. de S., SAHEB, D., KATAOKA, A. M. e TORALES-CAMPOS, M. A. A emergência climática no ensino de Ciências: os saberes necessários para uma proposta de trabalho pedagógico por meio da educomunicação científica. Revista Ibero-americana de Educação , v. 87, n. 1, p.155-171, 2021.

QUITES, Eduardo EC; LIA, Luiz Renato B. Introdução à transferência de calor . São Paulo, 2005.

SOARES, Ismar de Oliveira. https://abpeducom.org.br/educom/conceito/

SOARES, Débora da Silva. Análise das soluções do sistema de EDO's para o fenômeno da circulação termohalina . 2008.

WHITE, Frank M. Mecânica dos fluidos . McGraw Hill Brasil, 1988.

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