A árvore é feita de ar

A pergunta

Uma árvore adulta pesa toneladas. Ela começou como uma semente que cabia na sua mão. De onde veio toda essa madeira? Onde estava a matéria que virou tronco, galho e raiz?

Quase todo mundo responde a mesma coisa: do solo, pelas raízes. É errado, e não é errado por pouco. Mais de noventa por cento da massa seca de uma árvore não veio do chão. Veio do ar.

O salgueiro de van Helmont

Isso foi testado no século XVII, num experimento lindo de tão simples. Jan Baptista van Helmont pesou terra seca — 200 libras, uns 91 kg —, encheu um vaso com ela e plantou um galho de salgueiro de 5 libras, 2,27 kg. Cobriu o vaso para não cair poeira e regou só com água de chuva. E esperou cinco anos.

No fim, o salgueiro pesava 76,7 kg: tinha ganhado uns 74 kg. E a terra, seca e pesada com o mesmo cuidado, tinha perdido duas onças — uns 57 gramas. Praticamente nada. O experimento é limpo: a massa não veio do solo, e ele provou isso pesando.

Aí van Helmont concluiu que a árvore era feita de água, porque água era a única coisa que ele tinha posto lá. Errado — mas errado do jeito certo: ele só tinha considerado o que dava para ver entrando. Faltava um ingrediente invisível, que levaria mais de um século para ser descoberto. Ninguém suspeitava que o ar fosse matéria-prima de nada.

O carbono vem do ar

A resposta é a fotossíntese, e vale olhar para ela como conta de massa, não como frase de biologia:

$$6{\text{CO}}_2+6{\text{H}}_2\text{O}\stackrel{\text{luz}}{\to }{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6+6{\text{O}}_2.$$

Em massa, com $\text{C}=12,011$, $\text{H}=1,008$ e $\text{O}=15,999$:

$$\underset{{\text{CO}}_2:264,05\text{g}}{\underbrace{6\times 44,01}}+\underset{{\text{H}}_2\text{O}:108,09\text{g}}{\underbrace{6\times 18,02}}=\underset{\text{ac¸uˊcar}}{\underbrace{180,16}}+\underset{{\text{O}}_2:191,99\text{g}}{\underbrace{6\times 32,00}}.$$

As duas colunas somam o mesmo: 372,14 g de cada lado. Nada se cria. E agora a parte que decide: de onde vem cada átomo do açúcar? Os seis carbonos vêm do gás carbônico — não há outro carbono na conta. Os seis oxigênios do açúcar também vêm do gás carbônico: o oxigênio que a planta solta vem da água, o que só se descobriu em 1941, com experimentos usando oxigênio marcado (Samuel Ruben e Martin Kamen). E os doze hidrogênios vêm da água.

$$\frac{\text{massa do ac¸uˊcar que veio do ar}}{\text{massa do ac¸uˊcar}}=\frac{6\times 12,011+6\times 15,999}{180,16}\approx 0,933.$$

A madeira é meio carbono

Desse açúcar a planta monta celulose e lignina, que são madeira. A madeira seca é, em massa, cerca de 50% carbono, 43% oxigênio e 6% hidrogênio. O que o solo fornece — nitrogênio, potássio, fósforo, ferro, cálcio — importa muito para a árvore estar viva, mas é cerca de 1% do peso dela. São os temperos, não o prato.

Faça a conta ao contrário para sentir o tamanho disso. Uma tonelada de madeira seca carrega meia tonelada de carbono, e cada 12 g de carbono vieram de 44 g de gás carbônico:

$$500\text{kg de C}\times \frac{44,01}{12,01}\approx 1,83{\text{t de CO}}_2.$$

Quase duas toneladas de gás carbônico tiradas do ar para cada tonelada de madeira. Um tronco é ar do passado, empilhado.

O fogo devolve

Dá para conferir isso de um jeito direto: queime a madeira. Uma tora vira um punhado de cinzas. Se a madeira viesse do solo, as cinzas deveriam ser quase todo o peso dela — e são menos de 2% (uns 1,5% aqui). O resto saiu pela chaminé, como gás. Queimar é desfazer a fotossíntese: você devolve ao ar o gás carbônico que a árvore tirou dele, e recupera a energia que o Sol tinha guardado ali.

Foi assim que Lavoisier fechou o assunto no fim do século XVIII: queimando coisas dentro de recipientes vedados e pesando o recipiente inteiro. O peso não muda. A matéria não some nem aparece — ela troca de forma e, às vezes, fica invisível.

Você também

Você comeu plantas, ou animais que comeram plantas. O carbono do seu corpo entrou nessa cadeia pela folha de alguma planta, vindo do ar.

E quando você emagrece, a gordura não “vira energia” nem “vira calor”: a energia sai, mas a massa tem de ir para algum lugar. A gordura é queimada com oxigênio e vira gás carbônico e água. Seguindo cada átomo de uma gordura típica (${\text{C}}_{55}{\text{H}}_{104}{\text{O}}_6$) até os produtos, uns 84% da massa sai como gás carbônico — pelos pulmões. A maior parte do peso que se perde sai pela boca, expirada.

O carvão do subsolo

Carvão e petróleo são florestas e plânctons antigos — carbono que estava no ar e foi para o subsolo ao longo de centenas de milhões de anos. Queimar é o mesmo processo da tora na lareira, só que devolvendo ao ar, em décadas, o que levou eras para sair dele.

Da próxima vez que você encostar num tronco, lembre que está encostando em ar. Van Helmont estava com a resposta na mão nos anos 1640; faltava alguém desconfiar que aquilo que a gente não vê também pesa.

Os números do episódio

Desafios

Para ir além

• O experimento de van Helmont foi publicado depois da morte dele, em Ortus Medicinae (1648).
• Joseph Priestley e Jan Ingenhousz, no fim do século XVIII, mostraram que plantas “restauram” o ar e que precisam de luz para isso; Lavoisier deu nome ao oxigênio e fechou a contabilidade da combustão.
• A conta de massa da gordura foi publicada por Ruben Meerman e Andrew Brown no BMJ (2014).