Planeta azul: quando o Sol ilumina céu e mar

Basta pensar na enorme mancha azul que é o céu sobre toda a superfície terrestre e na extensão dos oceanos para termos a noção da dominância da cor azul. Entender este predomínio implica uma viagem sobre a interação da radiação solar com as matérias constituintes do planeta. 

 

Por: Miguel A. R. B. Castanho

Publicado em 16/09/2015 | Atualizado em 16/09/2015

Predomínio da cor azul no planeta é resultado das interações entre radiação solar e matérias constituintes da Terra. (foto: MR/FreeImages.

 

A cor é uma sensação produzida após a entrada de luz em nossos olhos. A modificação da luz solar por interação com a matéria à nossa volta (atmosfera, solo, objetos, plantas, animais, elementos das paisagens) faz com que ela adquira características particulares que produzem em nós a sensação de cores diferentes. Em realidade, não só a cor em si, mas também o brilho, o contraste, a intensidade e outras características associadas. Porém, vamos deter-nos na cor.

A abordagem mais simples ao fenômeno da cor baseia-se apenas na frequência da radiação que lhe dá origem. Para muitas aplicações práticas, a radiação pode ser descrita como um campo magnético e um campo elétrico perpendiculares e oscilantes. É ao campo elétrico de parte dessa radiação que podemos atribuir a responsabilidade pela percepção da cor.

A radiação visível de maior frequência é percebida em nosso cérebro como azul (anil/violeta, no limite), enquanto a de menor frequência, como vermelho. Entre esses extremos, temos a mesma paleta que nos oferece o arco-íris, com verde, amarelo e laranja. Misturando radiações de frequências diferentes, percebemos a cor resultante dessa mistura e, desse modo, temos à disposição uma gama de cores incrível, para tornar as paisagens naturais um fascínio cromático.

A fração visível do espectro eletromagnético é pequena se comparada com toda a gama de radiação disponível. (arte: Luiz Baltar)

É interessante notarmos que a gama de radiações conhecida excede em muito as frequências associadas às cores. Em realidade, frequências maiores do espectro eletromagnético (ultravioleta, raios X e raios gama) correspondem a energias mais altas, capazes de quebrar ligações químicas de nosso material genético (DNA) e, assim, provocar danos nas células e nos tecidos, podendo levar à formação de tumores. No entanto, não lhes fazemos corresponder quaisquer sensações.

Já as frequências menores, quando próximas da frequência do vermelho, levam à sensação de calor, mas também não lhes associamos cores.

A radiação visível de maior frequência é percebida em nosso cérebro como azul, enquanto a de menor frequência, como vermelho

 

A radiação de que os nossos olhos tiram partido – que suscita o sentido da visão e, por isso, chamamos visível – é simplesmente aquela que mais abunda na superfície terrestre, conseguindo penetrar na água, vinda da maior fonte de radiação a que a Terra se expõe: o Sol. Afinal, evoluímos para usar a radiação mais abundante à nossa volta. De fato, a fração visível do espectro eletromagnético é pequena se comparada com toda a gama de radiação disponível para uso prático. A especialização dos olhos em uma fração tão estreita do espectro eletromagnético parece, à primeira vista, um desperdício sem sentido. Mas não é bem assim: os olhos evoluíram naturalmente, segundo os princípios darwinistas habituais de adaptação aos recursos disponíveis.

Prismas, diamantes e céu

Como dito antes, a percepção da cor é dada como resultado da combinação da radiação que chega a nossos olhos. Quando se trata de luz vinda de uma fonte luminosa direta, a situação é simples. No entanto, a radiação pode sofrer transformações quando incide sobre a matéria que compõe nosso ambiente. Ela pode ser absorvida por determinados materiais, refletida ou ‘desviada’ (refratada). Talvez um dos exemplos de refração mais conhecidos seja o da luz solar passando através de um prisma de vidro e sendo ‘decomposta’ por este. No caso, as cores separam-se de forma clara, pelo fato de a radiação ter, no novo meio (vidro), um desvio que depende de sua frequência, o que faz com que diferentes cores emanem do prisma com ângulos diferentes.

Um fenômeno igualmente fascinante, mas que envolve tanto reflexão quanto refração, é a passagem da luz por um diamante com a lapidação na forma de brilhante. Se a pedra for de boa qualidade, nenhuma radiação visível é absorvida – isto é, o diamante é de uma transparência pura –, e as medidas e os ângulos dos cortes são tais que a luz que entra nele é desviada e refletida para ser devolvida pelo topo, causando a sensação de brilho e luminosidade.

Ao penetrar a atmosfera, os raios solares são espalhados, desviados de sua trajetória original, como resultado das colisões com as moléculas de ar. (arte: Luiz Baltar)

Estruturas cristalinas como as safiras têm compostos de íons metálicos em seu interior, ausentes nos diamantes, estes contendo apenas carbono. Esses compostos absorvem as radiações com frequências específicas. Assim, ‘sobram’, para a reflexão e refração, as restantes frequências, que emanam da pedra e chegam a nossos olhos. Como resultado, as safiras podem ser de um verde ou azul deslumbrantes.
O azul do céu – também ele esplendoroso – pode ser explicado de forma semelhante. Ao penetrar a atmosfera, os raios solares são espalhados, desviados de sua trajetória original, como resultado das colisões com as moléculas de ar. O espalhamento da radiação azul – por conta de sua frequência mais alta – é mais pronunciado do que o do restante da radiação, fazendo dessa cor a dominante no meio. É isso que nos faz perceber o céu diurno como azul.

Miguel A. R. B. Castanho

Instituto de Medicina Molecular,

Faculdade de Medicina,

Universidade de Lisboa (Portugal), e

Instituto de Bioquímica Médica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Um perigo a mais do Sol

A luz visível, além da radiação ultravioleta, também pode causar câncer de pele

GILBERTO STAM | ED. 227 | JANEIRO 2015

Esta é uma má notícia para quem gosta de tomar sol, mesmo que besuntado com protetor solar. Os filtros disponíveis no mercado protegem contra os efeitos da radiação ultravioleta, invisível ao olho humano, mas não evitam os danos causados pela luz visível. E esses danos podem ser intensos. Um estudo realizado por pesquisadores de São Paulo e do Paraná acaba de demonstrar que a luz visível também pode causar câncer de pele, o mais frequente no Brasil, que corresponde a 25% dos casos de tumores malignos, segundo dados do Instituto Nacional do Câncer.

Maurício Baptista, bioquímico da Universidade de São Paulo (USP) e coordenador do estudo, não chega a se surpreen-der com esse resultado, publicado em novembro de 2014 na revista PLoS ONE. É que, do ponto de vista físico, a luz que o olho humano enxerga e os raios ultravioleta (UV) têm a mesma natureza. Ambos são a mesma forma de energia, a radiação eletromagnética, que de acordo com a intensidade recebe diferentes nomes – raios gama, raios X, luz visível, radiação infravermelha. “Para a pele, a divisão entre luz visível e invisível é arbitrária”, afirma Baptista, que é professor do Instituto de Química da USP e pesquisador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Processos Redox em Biomedicina (INCT-Redoxoma).

Ele e sua equipe demonstraram que a luz visível pode causar danos no material genético (DNA) das células de modo indireto ao interagir com a melanina. Esse pigmento escuro, responsável pela coloração da pele, absorve parte da energia da luz visível e a transfere para moléculas de oxigênio, gerando formas altamente reativas – o chamado oxigênio singlete. Essa molécula de oxigênio excitado, por sua vez, reage com moléculas orgânicas, como o DNA, e as deteriora. Quando esse tipo de dano afeta um gene regulador da proliferação celular, a célula pode começar a se multiplicar descontroladamente, originando um câncer.
Esse resultado pode ajudar a entender melhor a origem de algumas formas de câncer de pele. “A contribuição do grupo, bastante rigorosa em termos científicos, ajuda a compreender os perfis de mutações que encontramos em melanomas humanos, nos quais frequentemente se observam evidências de eventos de oxidação do DNA”, diz Roger Chammas, professor da Faculdade de Medicina da USP e pesquisador do Instituto do Câncer do Estado de São Paulo. “Antes esses eventos eram atribuídos à radiação UVA, mas, agora, como se mostrou, também podem ser efeito da luz visível.”

O mecanismo produtor dessas moléculas mais reativas registrado pelo grupo de Baptista confirma o papel duplo desempenhado pela melanina: esse pigmento protege a pele dos danos causados por certos tipos de luz, mas facilita os provocados por outros. Assim como o experimento atual, trabalhos anteriores já haviam revelado que a exposição aos raios ultravioleta tipo B (UVB) fazia os melanócitos, células produtoras de melanina, aumentarem a síntese do pigmento. Também haviam mostrado que uma proporção maior dessas células sobrevivia a essa forma de radiação. A taxa de mortalidade, porém, era muito mais elevada quando células mais pigmentadas eram submetidas à radiação ultravioleta tipo A (UVA), algo semelhante ao que aconteceu agora sob a luz visível.
A proteção que a melanina oferece contra os raios UVB, porém, não é suficiente para evitar o câncer de pele. Essa forma de radiação, associada à queimadura de sol, resposta inflamatória aguda à exposição excessiva à luz solar, foi a primeira que se demonstrou poder causar câncer. Ela penetra pouco na pele, mas o que não é absorvido pela melanina atinge diretamente o DNA – em especial dos melanócitos –, podendo danificá-lo e causar uma forma rara e muito agressiva de câncer: o melanoma, que é mais comum em adultos com tez clara e representa 4% dos tumores de pele malignos no Brasil.

Já a radiação UVA, que assim como a luz visível causa lesões no DNA por meio da produção de formas excitadas e mais reativas de oxigênio, penetra mais profundamente. Na década de 1980 se descobriu que os raios UVA provocavam outra forma de câncer – chamado de não melanoma, mais comum a partir dos 40 anos –, com origem nas chamadas células basais ou escamosas. Tempos depois da comprovação dos efeitos danosos dos raios UVA e UVB a indústria farmacêutica desenvolveu compostos que bloqueiam essas duas faixas de radiação com eficiência. Mas agora começa a se constatar que isso pode não ser suficiente. “Os filtros protegem apenas contra os raios ultravioleta, por isso a informação de que protegem a pele está incompleta”, explica Baptista. “Um aspecto importante é a regulamentação das embalagens e da propaganda, para não passar informação enganosa.” Essa, aliás, é uma questão relevante que costuma demorar a ser resolvida. Baptista lembra o caso da radiação UVA. Embora seu efeito danoso tenha sido comprovado há cerca de 30 anos, só em 2013 os fabricantes foram obrigados a especificar nas embalagens se o produto protegia contra um ou os dois tipos de radiação UV.

Baptista obteve os primeiros indícios de que a luz visível também podia ser prejudicial em 2011, em testes mostrando que, ao interagir com a melanina pura ou a melanina dos fios de cabelo, surgia o oxigênio singlete. “A descoberta da ação nociva do UVA algumas décadas atrás quebrou o dogma de que o UVB era a única faixa do espectro solar que causava danos na pele”, conta Baptista. “Agora é necessário quebrar o dogma de que esse efeito nocivo acontece apenas por causa dos raios UV.”

Para demonstrar de forma completa o efeito carcinogênico da luz visível, entretanto, ainda falta ao menos mais uma etapa. É preciso comprovar que a lesão no DNA provocada pela luz visível leva a alterações profundas (mutações) nos genes. “Será necessário fazer testes em animais e depois em seres humanos, mas, se confirmada, essa é uma descoberta importante”, diz João Duprat Neto, cirurgião oncológico e diretor do Núcleo de Câncer de Pele do A. C. Camargo Cancer Center. “É possível que esses dados estimulem o desenvolvimento de protetores de pele mais eficientes.”

Enquanto não surgem protetores que também filtrem a luz visível, a melhor forma de se proteger do câncer de pele é evitar a exposição excessiva ao sol. Mas, só a excessiva, porque há outro fator a ser considerado: a luz solar é fundamental para a pele sintetizar a vitamina D, importante contra a osteoporose e outras doenças dos ossos. Segundo o dermatologista Marco Antônio Oliveira, também do Núcleo de Câncer de Pele do A. C. Camargo, quem tem risco maior de desenvolver câncer de pele deve substituir a exposição ao sol pelo consumo de suplementos de vitamina D, cuja produção cai após os 40 anos com o envelhecimento da pele. “É importante lembrar que o uso de filtros solares é fundamental”, diz Oliveira. “Nas novas gerações, mais bem informadas sobre os efeitos do sol e que usam mais os protetores, a incidência de câncer caiu sensivelmente.”

Projetos

1. Fotossensibilização nas ciências da vida (nº 12/50680-5); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Maurício da Silva Baptista (Instituto de Química/USP); Investimento: R$ 3.067.571,88 (FAPESP).

2. Redoxoma (nº 13/07937-8); Modalidade Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid); Pesquisador responsável Ohara Augusto (Instituto de Química/USP); Investimento R$ 20.674.781,25 (para todo o projeto) (FAPESP).

Artigo científico

CHIARELLI NETO, O. et al. Melanin photosensitization and the effect of visible light on epithelial cells. PLoS ONE. 18 nov. 2014.