INTRODUÇÃO

O Cerrado é uma formação vegetal complexa que está entre as cinco maiores vegetações do Brasil e é classificado como savana tropical. Os principais fatores que condicionam as savanas tropicais são: clima, com uma estação seca bem definida e outra chuvosa; solos com diferentes níveis de umidade, mas geralmente ácidos e pobres em nutrientes; fogo; utilização da vegetação por herbívoros; geologia; geomorfologia e o histórico de cada local (^{MONTGOMERY e ASKEW, 1983}; ^{COLE, 1986}). A combinação desses fatores em cada local proporciona uma grande variação na paisagem natural (^{EITEN, 1972}; ^{FROST et al., 1987}; ^{RIBEIRO e WALTER, 1998}). O Cerrado é composto por diversas fisionomias, sendo que o cerrado sensu stricto se refere à comunidade mais comum na sua paisagem e mais amplamente distribuída no Distrito Federal (^{SEMARH, 2004}).

As queimadas no cerrado, de origem natural ou antrópica, têm ocorrido por milhares de anos e são comuns durante a estação seca, quando a redução de umidade da vegetação aumenta a sua capacidade de combustão (^{COUTINHO, 1990}; ^{VICENTINI, 1992}; ^{MIRANDA et al., 1996}). O estudo dos efeitos do fogo sobre os componentes do ambiente é dificultado pelo fato do fogo ser um elemento complexo, que pode possuir características diversas e consequentemente efeitos diversos. As variações das condições do ambiente e do combustível fazem com que cada queimada possua um comportamento característico (^{GUEDES, 1993}). O manejo do ecossistema com o uso do fogo é uma ferramenta útil, que ajuda a controlar a quantidade de combustível, diminuindo assim o risco de queimadas acidentais desastrosas (^{SCOTT, 1984}). Para controlar e prever melhor os prejuízos causados por queimadas controladas ou acidentais é essencial conhecer os limites de tolerância dos vegetais às altas temperaturas (^{VINES, 1968}).

Algumas espécies que vivem em ambientes propícios ao fogo possuem mecanismos que permitem a sua sobrevivência. ^{Soares e Batista (2007)} apontaram a casca, por ser um excelente isolante térmico, como o mecanismo mais importante da árvore na proteção contra incêndios florestais. No cerrado existem vários tipos de cascas, que vão da casca fina à espessa e da lisa à fendilhada, passando por todas as suas formas intermediárias (^{PEREIRA et al., 1993}). Para prever o impacto do fogo sobre a vegetação é essencial o desenvolvimento de estudos sobre cascas de árvores (^{SPALT e REIFSNYDER, 1962}; ^{DAVIS, 1959}). A casca funciona como um tecido protetor do câmbio que é responsável pelo crescimento secundário do vegetal (^{ESAU, 1977}). A morte do câmbio, quando submetido a altas temperaturas é um dos principais fatores que causam a mortalidade de árvores em incêndios florestais (^{BYRAM, 1958}). De uma forma geral, considera-se que a temperatura capaz de causar a morte de células e tecidos é de 60°C, por um tempo de 1 a 2 minutos (BYRAM, 1958; ^{HARE, 1961}; ^{KAYLL, 1963}; ^{UHL e KAUFFMAN, 1990}). A morte do câmbio está relacionada às temperaturas que ocorrem durante um incêndio e ao tempo de exposição da árvore, pois uma temperatura só será letal se for mantida por um tempo adequado (^{WRIGHT e BAILEY, 1982}). Segundo estudos realizados por Kayll (1963), a quantidade de calor que chega ao câmbio é inversamente proporcional à espessura da casca e diretamente proporcional a sua umidade. ^{Vale et al. (2006)} concluíram que a porção morta da casca tem maior influência na qualidade isolante da mesma, em comparação com a parte viva. Existem ainda poucos estudos a respeito da influência da arquitetura ou área superficial da casca na transferência de calor até o câmbio.

Com relação à variação da temperatura ambiente durante incêndios no Cerrado, Miranda et al. (1993) observaram que, a diferentes alturas, as temperaturas máximas do ar variaram de 85°C a 840°C durante queimadas em três diferentes fisionomias do cerrado, incluindo o cerrado sensu stricto. A maioria das máximas temperaturas do ar neste estudo foi registrada a 60 cm de altura. Conforme Frost e Robertson (1985) há uma variação de 200°C a 800°C nas temperaturas do ar registradas durante incêndios em savanas. O fogo na Fazenda Água Limpa ocorre, em geral, a cada cinco anos, e registros indicam que a temperatura média do ar a 60 cm de altura durante os incêndios é de 600°C (^{FIEDLER et al., 2004}).

O presente trabalho teve como objetivos investigar o nível de proteção da casca, como isolante térmico, de três espécies do cerrado: Pterodon pubescens (sucupira branca); Vochysia thyrsoidea (gomeira); Sclerolobium paniculatum (carvoeiro) e do Eucalyptus grandis (eucalipto) e a influência da arquitetura da casca na transferência de calor.

MATERIAL E MÉTODOS

Coleta do material

O experimento foi realizado na estação experimental Fazenda Água Limpa (FAL) da Universidade de Brasília (UnB), localizada a uma altitude de 1100 m nas coordenadas 15°56'-15°59'S e 47°55'-47°58'WGr.

Para a realização deste experimento foram escolhidas ao acaso cinco árvores de cada uma das seguintes espécies: Vochysia thyrsoidea, Sclerolobium paniculatum, Pterodon pubescens e Eucalyptus grandis; sendo que, nestas, o diâmetro a altura do peito (DAP) foi acima de 15 cm, em área de vegetação do tipo cerrado sensu stricto e em área de plantação de Eucalyptus grandis na FAL. Com auxílio de ferramentas de corte, foram retiradas até três amostras (Figura 1) da casca de cada árvore a 40, 80 e 130 cm de altura, na forma de painéis de 9,5 x 11 cm. Para proteger a planta contra pragas e doenças, foi aplicada a calda bordalesa nas áreas que ficaram expostas na árvore, devido à retirada das amostras. Imediatamente após a coleta, as amostras foram identificadas, colocadas em sacos plásticos que foram hermeticamente fechados e levados para o laboratório de Propriedades Energéticas da UnB, localizado na FAL.

Figura 1. Amostras de cascas: A: Eucalyptus grandis, B: Sclerolobium paniculatum, C: Vochysia thyrsoidea, D: Pterodon pubescens). 

O painel de 9,5 x 11 cm foi utilizado para determinação: da espessura, da proporção de casca viva e morta, da área superficial real e nominal da casca e do tempo necessário para que a temperatura do câmbio alcançasse 60ºC (temperatura letal).

Determinação das dimensões e do coeficiente de rugosidade da amostra

O valor médio da espessura total (casca viva mais casca morta) e da espessura da casca viva da amostra foi obtido a partir de quatro determinações realizadas com um paquímetro digital. Para a Vochysia thyrsoidea, que possui cristas e vales muito pronunciados, a espessura total foi tomada a partir do ponto mais alto da crista da parte morta. A casca morta foi determinada pela diferença entre a espessura total da casca e a espessura da casca viva.

A área nominal (An) da superfície da amostra foi obtida, com uma régua graduada, pelo produto entre a largura e o comprimento da amostra.

A área real (Ar) da superfície, que inclui a rugosidade da parte morta da casca, foi determinada como segue: a casca foi colocada dentro de um saco de polietileno de 0,05 mm de espessura; foi realizado um vácuo com auxílio de uma bomba de vácuo, fazendo com que toda a superfície da casca fosse recoberta, com o saco de polietileno acompanhando, o máximo possível, a rugosidade da amostra (Figura 2A); em seguida, com um pincel atômico foram demarcados os limites da área superficial (Figura 2B); a casca foi então retirada do saco e com auxílio de uma régua graduada, foram realizadas as medidas da largura e do comprimento da área delimitada pelo desenho no saco plástico, obtendo os valores reais de largura e comprimento da superfície da amostra.

Figura 2. A: Posicionamento do saco de polietileno cobrindo a superfície da amostra da casca de Vochysia thyrsoidea e B: Marcação da área superficial real da casca. 

Determinou-se a relação entre "Ar" e "An" (Cr = Ar/An), denominando-a de coeficiente de rugosidade (Cr) ou da arquitetura da superfície da amostra.

Determinação do tempo de transferência de calor

Utilizando-se quatro placas de MDF (Medium Density Fiberboard), coladas em ângulo reto, foi construída uma caixa de 20 x 18 cm de seção. A parte interna da caixa foi preenchida com argamassa refratária, formando quatro paredes internas, ocas no centro e contendo três furos para entrada de ar (Figura 3A).

Figura 3. A: Vista geral da estrutura suporte e B: Posicionamento da amostra no suporte. 

Cada amostra de casca foi posicionada com a parte externa (morta) voltada para baixo em contato direto com a chama produzida por um bico de Bunsen instalado sob a caixa; e a parte interna (viva), contendo o câmbio, voltado para cima em contato com um termômetro, sustentado por uma presilha de madeira (Figura 3B).

Para garantir que a leitura da temperatura no câmbio fosse aquela proveniente da transferência de calor da chama através da casca, uma peça de lã de vidro de 12 x 14 cm e 5 cm de espessura, com um furo de 4 x 4 cm para que a chama ficasse em contato direto com a casca, foi colocada sob a casca e outra peça de 9 x 10 cm com um furo de 1 cm de diâmetro no centro para passagem do termômetro, foi posicionada sobre a casca (Figura 3B).

Em seguida, a chama foi acesa iniciando a cronometragem utilizando-se de um cronômetro Technos TEC 965ZF, até que a temperatura do termômetro em contato com o câmbio atingisse 60^oC, encerrando o ensaio.

A temperatura da chama foi monitorada por um termopar de níquel cromoacoplado a um termômetro digital Koban KT 160A, colocado através de um furo sobre a chama. Aleatoriamente foram consideradas duas temperaturas do câmbio (40°C e a 60°C) para registro da temperatura da chama, utilizando a média entre elas. Durante o experimento, a temperatura média da chama na parte externa da casca ficou em média 588°C.

Análise estatística

Foram realizadas análise de variância e análise de regressão considerando o tempo, a espessura total da casca e a rugosidade.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tabela 1 estão os valores médios para o tempo, a espessura e o coeficiente de rugosidade para as cascas de Vochysia thyrsoidea, Sclerolobium paniculatum, Pterodon pubescens e Eucalyptus grandis.

Nível de proteção térmica

Nível de proteção térmica da casca

Em geral, o comportamento das cascas quanto ao aumento do tempo de aquecimento até 60^oC, com o aumento da espessura, foi semelhante a resultados encontrados por outros autores, como ^{Gava et al. (1995)}, trabalhando com Eucalyptus tereticornis e Eucalyptus torelliana; Vines (1968), trabalhando com árvores de uma floresta nativa e ^{Pinard e Huffman (1997)}, trabalhando com árvores de uma floresta nativa no leste da Bolívia. Neste sentido observa-se pelos dados da Tabela 1, que o carvoeiro, espécie com menor espessura total de casca (1,33 cm) foi o de menor tempo de resistência ao calor (7,23 min) o eucalipto e a sucupira, espécies com, respectivamente, 1,65 cm e 1,917 cm de espessura total de casca possuem os maiores tempos de resistência ao calor (15,76 min e 14,58 min, respectivamente) e, portanto, os maiores níveis de proteção do câmbio. A exceção foi a gomeira que com espessura de casca de 2,20 cm possui tempo de 8,21 minutos de resistência ao calor. A explicação está na arquitetura (rugosidade) da casca morta, que é formada por cristas e vales (Figura 4). No posicionamento da amostra para o ensaio, as cristas e os vales ficam voltados para baixo em contato direto com a chama. A espessura total foi tomada a partir da crista, mas a chama, durante o experimento, além de atingir a crista atingia também os vales. Portanto, deve-se considerar que o calor foi transferido também a partir do vale da casca até o câmbio, diminuindo assim a distância e com isso o tempo de aquecimento.

Figura 4. Casca de Vochysia thyrsoidea. 

A arquitetura da casca do eucalipto, do carvoeiro e da sucupira difere muito da casca da gomeira, como pode ser observado na Figura 1. Portanto, não basta considerar a espessura total na relação tempo x espessura; é preciso considerar as reentrâncias (vales) que porventura existam na estrutura.

Na Tabela 2 está o resultado da análise de variância para a espessura total da casca das espécies em estudo. Ao nível de significância de 1%, as médias de espessura total das espécies são significativamente diferentes, neste sentido foi realizado o teste de Tukey para separar as médias, conforme Tabela 3.

A biodiversidade do cerrado é elevada. O número de plantas vasculares é superior àquele encontrado na maioria das regiões do mundo, com mais de 7000 espécies (MENDONÇA et al., 1998). É importante que sejam realizados mais estudos a respeito do nível de proteção da casca, como isolante térmico, de espécies do cerrado, pois, para muitas dessas espécies, ainda não existem essas informações, as quais podem auxiliar na prevenção e no controle dos prejuízos causados por queimadas e no manejo do ecossistema com o uso do fogo.

A Figura 5 ilustra a dispersão dos dados de tempo em relação à espessura total da casca. A espécie com maior coeficiente de determinação entre a espessura total de casca e o tempo de elevação da temperatura, para atingir 60ºC no câmbio foi o Sclerolobium paniculatum (carvoeiro) com um r = 0,92. O Pterodon pubescens (sucupira) e o Eucalyptus grandis (eucalipto) também possuem correlação positiva entre a espessura total de casca e o tempo de elevação da temperatura (r = 0,72). A Vochysia thyrsoidea possui um coeficiente de correlação entre o tempo e a espessura total muito baixo, (r = 0,34), pelos motivos expostos anteriormente.

Figura 5. Tempo entre o início do aquecimento da casca pela chama até 60oC em função da espessura total. A: Eucalyptus grandis (eucalipto), B: Sclerolobium paniculatum (carvoeiro), C: Vochysia thyrsoidea (gomeira) e D: Pterodon pubescens (sucupira). 

Nível de proteção térmica e a arquitetura da casca

A gomeira possui casca morta com fissuras e cristas descontínuas e sinuosas; a sucupira possui casca morta áspera, com depressões irregulares de placas que se soltam, fissurada com veios profundos nas árvores mais velhas; o carvoeiro possui casca com estrias transversais (^{SILVA JÚNIOR, 2005}). O eucalipto possui casca morta caracterizada pelo desprendimento de lâminas irregulares.

A arquitetura (rugosidade) da casca foi aqui estabelecida pela relação entre a área real e a área nominal da casca, denominada coeficiente de rugosidade. As médias de rugosidade da casca entre as espécies diferem significativamente ao nível de 1% de significância, conforme a análise de variância da Tabela 4, sendo que a rugosidade da gomeira é maior e difere das demais, conforme o teste de Tukey (Tabela 5).

As espécies, quando analisadas separadamente, não possuem correlação significativa entre o tempo e o coeficiente de rugosidade (Figura 6). Isso sugere que a rugosidade não interfere na capacidade de proteção térmica da casca, o que pode ser observado pelos baixos coeficientes de correlação (< 0,3 para todas as espécies). Considerando que a variação da rugosidade e, por conseguinte, da arquitetura da casca variou pouco dentro da espécie, os dados de todas as espécies foram analisados conjuntamente, conforme a Figura 7, que ilustra a área superficial e, consequentemente, a arquitetura da casca não contribui significativamente para a proteção do câmbio nos ensaios de transferência de calor. Isto aconteceu provavelmente porque mais importante do que a arquitetura da casca é a distância entre a fonte de calor e o câmbio.

Figura 6. Tempo decorrido entre o início do aquecimento da casca pela chama até o alcance de 60oC de temperatura do câmbio em função do fator de rugosidade. A: Eucalyptus grandis (eucalipto), B: Sclerolobium paniculatum (carvoeiro), C: Vochysia thyrsoidea (gomeira) e D: Pterodon pubescens (sucupira). 

Figura 7. Tempo decorrido entre o início do aquecimento da casca pela chama até o alcance de 60oC de temperatura do câmbio em função do fator de rugosidade para todas as espécies. 

CONCLUSÕES

Pelos resultados expostos pode-se concluir que a arquitetura da casca, ou seja, o aumento da área da casca exposta ao fogo não teve influência significativa na proteção da mesma contra o aumento da temperatura, por outro lado, em geral, o aumento da espessura da casca promove maior nível de proteção do câmbio. No entanto, para cascas fissuradas, quando se toma a espessura total a partir das "cristas", a relação entre espessura e tempo de transferência de calor não ocorreu, uma vez que além da transferência de calor a partir da "crista" tem-se também transferência de calor a partir dos "vales".