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Atmosfera

 

Atmosfera
Atmosfera

Atmosfera é um corpo de gás que cerca qualquer planeta ou estrela , e que exerce pressão sobre este . A pressão da atmosfera é a força produzida pelo peso do ar que está acima.

A ATMOSFERA TERRESTRE

A Atmosfera terrestre é uma camada de ar que possui cerca de 700 km de espessura.

Até uma altura de 25 km, os componentes dessa camada podem ser classificados em dois grupos. O primeiro grupo, chamado ar seco, é constituído de nitrogênio, oxigênio e uma minúscula quantidade de hidrogênio e gases nobres (hélio, neônio, argônio, xenônio e criptônio).

O segundo grupo de componentes do ar é composto por variados gases: vapor d'água, dióxido de carbono e outros gases de procedência industrial.

Variam também as quantidades de líquidos, como as gotas de água e sólidos, como cristais de gelo que, em conjunto, constituem as nuvens. Também podem haver partículas sólidas procedentes das combustões produtoras de fumaças, areia trazida dos desertos pelo vento e pequenos cristais desprendidos do mar.

A ATMOSFERA

A atmosfera é dividida em algumas regiões esféricas com base na maneira pela qual a temperatura varia com a altitude.

A camada mais baixa é a troposfera, a seguir vem a estratosfera, a mesosfera e a termosfera. Além de fornecer ar, a atmosfera terrestre age como barreira contra a radiação iônica e como receptor do calor solar.O esquema a seguir mostra as camadas da atmosfera.

Um grupo de pesquisadores, ao fazer observações na estratosfera sobre a região ártica, constatou quantidades de ácido nítrico capazes de retirar nitrogênio de outras substâncias.Esse processo libera outros compostos que destroem a camada de ozônio. O estudo foi liderado pela Universidade do Colorado.

Zonas da Atmosfera ou Camadas da Atmosfera

A pressão do ar diminui à medida que se sobe às camadas superiores da atmosfera e vai caindo seu conteúdo de oxigênio, cuja densidade é maior que a do nitrogênio.

A TROPOSFERA: A troposfera contém o ar que respiramos e é onde se produz a chuva e a neve.
A ESTRATOSFERA:
A estratosfera fica a cerca de 50 km de altura e é nela que se encontra a camada de ozônio.
A MESOSFERA:
A mesosfera contém uma camada de pó procedente da destruição de meteoritos.
A TERMOSFERA:
A Termosfera é a zona onde se destrói a maioria dos meteoritos que entram na atmosfera terrestre.
A EXOSFERA:
A exosfera é onde se produzem as belíssimas auroras boreais.

A temperatura varia irregularmente entre as camadas da atmosfera e a pressão diminui de maneira contínua com o aumento da altitude.

Composição

A análise de uma amostra de ar colhida ao nível do mar acusa, em média, a seguinte composição percentual, após eliminar-se a umidade:

Nitrogênio (N2) - 78,084%,
Oxigênio (O2) -
20,948%,
Argônio (Ar) -
0,934%,
Gás carbônico (CO2) -
0,031%,
Neônio (Ne) -
0,001818%,
Hélio (He) -
0,000524%,
Metano (Ch2) -
0,0002%,
kriptônio (Kr) -
0,000114%,
Hidrogênio (h2) -
0,00005%,
Xenônio (Xe) -
0,0000087%.

Também há traços de óxidos de nitrogênio (NO, NO2 e N2O), monóxido de carbono (CO), ozônio (O3), amônia (NH2), dióxido de enxofre (SO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S). Os gases que constituem a atmosfera também sofrem o efeito da atração da gravidade e por isso pressionam a superfície do solo, ocasionando a pressão atmosférica.

CAMADA DE OZÔNIO

O ozônio, situado a uma altura entre 25 e 30 km de altitude, protege contra a ação nociva dos raios ultravioleta, deixando passar apenas uma pequena parte deles, que se mostra benéfica.

O esquema da camada de ozônio Veja como está o buraco da camada de ozônio na Antártida.

As radiações eletromagnéticas são o veículo utilizado pelo sol para transportar a energia para nosso planeta. O sol não envia apenas as duas radiaçòes mais úteis, a infravermelha e a visível, mas também uma mistura de radiações, algumas delas nocivas à vida. A energia do sol é parcialmente absorvida e refeltida pela atmosfera pois, se ela chegasse totalmente à superfície do planeta, não existiria vida na Terra.

Como se forma a Camada de Ozônio?

O oxigênio molecular das altas camadas atmosféricas é atacado pelos raios ultravioletas procedentes do Sol e divide-se em oxigênio atômico.Um átomo de oxigênio pode se unir a uma molécula de oxigênio para formar o ozônio. Em condições normais, o equilíbrio entre as quantidades de oxigênio e ozônio e a intensidade das radiaçòes mantém-se perfeito.

RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA

A radiação ultravioleta pode ser separada em três partes: a radiação UV-A, que se estende desde 320 a 400 nanômetros (nm); a radiação UV-B, que vai de 280-320 nm; e a radiação UV-C, que vai de 280 a comprimentos de onda ainda menores. O UV-C é totalmente absorvido na atmosfera terrestre, e por isto não é de maior importância para medidas feitas da superfície da Terra.

O UV-A é importante, porque não é absorvido pela atmosfera, a não ser por espalhamento nas moléculas e partículas, e porque tem efeitos sobre a pele humana.

A radiação UV mais importante, sem dúvida, é a UV-B. Esta radiação é absorvida na atmosfera pelo ozônio, na estratosfera. A pequena quantidade que passa pela atmosfera e atinge a superfície é muito importante, porque excessos desta radiação causam câncer de pele, e são a grande preocupação dos médicos dermatologistas.

Como a camada de ozônio está ainda diminuindo, e vai continuar assim por mais algumas décadas, acredita-se que o UV-B vai aumentar sua intensidade no futuro. É por isto que as medidas de UV-B, em diversas situações e em vários sítios, é considerada tão importante. Já existe tecnologia adequada para se medir o UV-B.

Instrumento que mede a radiação UV-B em vários canais importantes do espectro, permite estudos da camada de ozônio e do Buraco na camada de ozônio, e da radiação UV-B.

Um dos objetivos do estudo é divulgar o índice de UV-B, que é um número sem dimensões que visa definir quantitativamente se o sol está forte ou fraco. É um número de 0 a 16. No inverno, em S.Paulo, por exemplo, o índice é da ordem de 5, e no verão da ordem de 12.

DESTRUIÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO

Com o uso frequente de clorofluorcarbonos. conhecidos como CFCs, aos poucos a camada de ozônio vai sendo destruída. Isso faz aumentar a radiação ultravioleta que chega à superfície da Terra. Os CFCs são usados como gás de refrigeração, desodorantes, inseticidas, etc.

O CFC sobe lentamente para as zonas superiores além da camada de ozônio, onde, por ação dos raios ultravioleta, rompe-se, desprendendo clor. Esse cloro, mais denso que o ar daquelas alturas, cai e, ao passar pela camada de ozônio, reage com ele produzindo óxidos de cloro e oxigênio, que posteriormente se decompõem.

Outros gases que destroem a camada de ozônio são o tetracloreto de carbono, utilizado como solvente e o metilclorofórmio, também solvente, usado na produção de cola e etiquetadores.

O que se passa no ar que nos rodeia?

Uma fina camada de ar envolve o nosso planeta. Torna-se cada vez menos densa à medida que nos afastamos da superfície da Terra.

Podemos assim denominar esta camada da atmosfera.

É uma palavra de origem grega: atmos = gás, vapor; sphaira = esfera.

A composição do ar que nós respiramos e suas propriedades não são somente essenciais para a vida das plantas, dos animais e de seres humanos. Definem também o clima na terra. Ao olhar para cima num dia de céu limpo, nós não podemos ver mais do que um céu azul. Entretanto, se nós fôssemos medindo a temperatura acima da terra até 100 km de altitude, nós observaríamos diversas mudanças na tendência. Consequentemente, nós podemos dizer que há diversas camadas invisíveis na atmosfera. A camada mais baixa é essa onde a nossa vida ocorre e onde as nossas condições meteorológicas diárias podem ser observadas. Vai até 8 km nos pólos e 15 km de altitude nas regiões tropicais perto do equador. Esta é a troposfera. Também esta palavra tem raizes gregas. A palavra ' tropo ' significa que algo muda.

Na troposfera a temperatura diminui com a altitude. Quando muda a temperatura na extremidade superior da troposfera, chama-se tropopausa. Aqui, nos textos deste tópico, aprenderá sobre propriedades, composição, química e processos nesta camada da atmosfera.

Processos troposféricos

Se falarmos sobre reações químicas, a maioria de nós terá provavelmente em mente as grandes instalações industriais e os processos que ocorrem em laboratório. Entretanto, no ar que respirámos milhares de reações químicas ocorrem em cada segundo em cada litro. A maioria delas são processos ou reações de oxidação iniciados com a ajuda da radiação solar.

Os processos químicos e físicos decorrem sobre todo o ar e nas nuvens. Pode imaginar a atmosfera como uma grande instalação química que continuamente produz moléculas novas e que destrói as velhas, nas cidades assim como na natureza.

Nesta unidade aprenderemos sobre os compostos de oxidação mais importantes, como o ozono, OH, radicais de nitrato e as reações químicas que estão envolvidos. Aprenderemos a importância que a radiação tem e também que tipo de energia é transportada através do ar e para onde esta energia vai. Os gases de estufa serão explicados mais detalhadamente. Finalmente aprenderá sobre as reações especiais do ozono na troposfera e como os seres humanos estão influenciando a química da baixa atmosfera.

1. Principais oxidantes e observação

Oxidação na atmosfera
Condições nocturnas e química
Técnicas de medida - espectroscopia

2. Radiação, gases de estufa e efeito de estufa

Balanço de radiação Terrestre e efeito estufa
Dióxido carbono e metano
A realimentação (feedback) do vapor de água e nuvens

3. Ozono e fogo

Porque razão o ozono é perigoso? (reações)
Regulação da quantidade de ozono
Fogos na vegetação e importancia global

4. Gases na atmosfera

Distribução de gases
Concentração de gases no ar

Atmosfera - Camada de Ar

Atmosfera
Atmosfera

A atmosfera é uma fina camada de ar que tem entre 100 e 200 km de espessura e que funciona como uma capa gasosa da Terra. Sem a atmosfera, não haveria vida na Terra e o planeta seria bem diferente.

A mudança na composição do ar atmosférico promovida pela atividade humana também tem impacto na evolução do planeta e da vida em sua superfície.

A poluição atmosférica terá grande impacto no futuro do planeta, o que já se observa hoje em relação ao passado, como o aquecimento global e a destruição da camada de ozônio. Paradoxalmente, a poluição do ar promove crepúsculos mais coloridos.

A grosso modo temos a troposfera, que corresponde à camada alaranjada, e a estratosfera, a camada branca.

Evangelista Torriceli, no século XVII, foi o primeiro a comparar a atmosfera com os oceanos. Quando descobriu a pressão atmosférica, resultado do peso da camada de ar que recobre o planeta, Torricelli visualizou que na superfície da planeta estamos no fundo de um oceano de ar exatamente como um peixe em grandes profundezas está no fundo de um oceano de água.

Para entender essa camada de ar que encobre o nosso planeta, a atmosfera é dividida em quatro camadas, como uma cebola. As divisões são apenas uma forma de estudar a atmosfera - não são visíveis, na prática. No entanto, quando passamos a estudar a camada de ar que recobre o planeta observa-se que em cada faixa de altitude a atmosfera tem um comportamento físico diferente, especialmente no que tange à temperatura.

Portanto, dizemos que a atmosfera tem quatro camadas: troposfera, estratosfera, mesoesfera e exosfera.

A atmosfera é formada principalmente por moléculas dos gases nitrogênio (78%) e oxigênio (21%).

Muitos outros gases, como o gás carbônico e o vapor dágua, compõem o 1% restante.

A mistura de todos esses gases é o que chamamos de ar.

A atmosfera nada mais é do que a região ao redor da Terra ocupada pelas moléculas que compõem o ar. Na imagem, as camadas superiores da atmosfera aparecem como uma fina linha azul.

Comparativamente, a atmosfera é muito fina, pois tem cerca de 100 km enquanto planeta possui cerca de 6.400 km de raio.

Atmosfera - Gases

Atmosfera
Atmosfera

Sem a nossa atmosfera, não haveria vida na Terra.

Dois gases compõem a maior parte da atmosfera da Terra: nitrogênio (78%) e oxigênio (21%). Argônio, dióxido de carbono e vários gases traços compõem o restante.

Cientistas dividiram a atmosfera em quatro camadas de acordo com a temperatura: troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera. A temperatura cai à medida que subimos através da troposfera, mas aumenta à medida que nos movemos através da camada seguinte, a estratosfera. Quanto mais longe da terra, a mais fina da atmosfera fica.

A atmosfera é uma fina camada que envolve alguns planetas, composta basicamente por gases e poeira, retidos pela ação da força da gravidade.

Podemos definir a atmosfera como sendo uma fina camada de gases sem cheiro, sem cor e sem gosto, presa à Terra pela força da gravidade. Visto do espaço, o planeta Terra aparece como uma esfera de coloração azul brilhante. Esse efeito cromático é produzido pela dispersão da luz solar sobre a atmosfera, que também existe em outros planetas do sistema solar que também possuem atmosfera.

Atmosfera terrestre

Composição

Segundo Barry e Chorley, a composição da atmosfera e a sua estrutura vertical possibilitaram o desenvolvimento da vida no planeta.

Esta é a sua composição, quando seca e abaixo de 25 km: Azoto (N2) 78,08 %, atua como suporte dos demais componentes, de vital importância para os seres vivos, fixado no solo pela ação de bactérias e outros microrganismos, é absorvido pelas plantas, na forma de proteínas vegetais; Oxigénio (O2) 20,94 % do volume da atmosfera, sua estrutura molecular varia conforme a altitude em relação ao solo, é responsável pelos processos respiratórios dos seres vivos; Argônio 0,93 %; Dióxido de carbono (CO2) (variável) 0,035 %; Hélio (He) 0,0018 %; Ozono (O3) 0,00006 %; Hidrogénio (H2) 0,00005 %; Kripton (Kr) indícios; Metano (CH2) indícios; Xénon(Xe) Indícios; Radão (Rn) indícios.

O vapor de água

O vapor de água em suspensão no ar encontra-se principalmente nas camadas baixas da atmosfera (75% abaixo de quatro mil metros de altura) e exerce o importante papel de regulador da ação do Sol sobre a superfície terrestre. A quantidade de vapor varia muito em função das condições climáticas das diferentes regiões do planeta. Os níveis de evaporação e precipitação são compensados até chegar a um equilíbrio, pois as camadas inferiores estão muito próximas do ponto crítico em que a água passa do estado líquido ao gasoso.

O ar, em algumas áreas pode estar praticamente saturado de vapor, enquanto em outras pode chegar a conter uma saturação de apenas 4%, tornando-se compreensível que quase toda a água existente no planeta está nos oceanos , pois as temperaturas da alta-atmosfera são baixas demais para que o vapor possa manter-se no estado gasoso.

Além de vapor de água, as proporções relativas dos gases mantêm-se constantes até uma altitude aproximada de 60 km.

A atmosfera protege a vida no planeta Terra, absorvendo radiação solar ultravioleta e variações extremas de temperaturas entre o dia e a noite.

Limite entre Atmosfera e Espaço exterior

Atmosfera
Atmosfera vista a 110 km de altitude

Não existe um limite definido entre o espaço exterior e a atmosfera, presume-se que esta tenha cerca de mil quilómetros de espessura. 99% da densidade está concentrada nas camadas mais inferiores, cerca 75% está numa faixa de 11 km acima da superfície. À medida a que se vai subindo, o ar vai-se tornando cada vez mais rarefeito, perdendo sua homogeneidade e composição. Na exosfera, zona em que foi arbitrado limítrofe entre a atmosfera e o espaço interplanetário, algumas moléculas de gás acabam escapando à ação do campo gravitacional.

O estudo da evolução térmica segundo a altitude revelou a existência de diversas camadas sobrepostas, caracterizadas por comportamentos distintos como sua densidade, que vai diminuindo gradualmente com o aumento da altitude, eos efeitos que a pressão atmosférica exerce, que também diminuem na mesma proporção.

A atmosfera do planeta terra é fundamental para toda uma série de fenómenos que se processam à sua superfície, como os deslocamentos de massas de ar e os ventos, as precipitações meteorológicas e as mudanças do clima.

O limite onde os efeitos atmosféricos durante reentrada se notam, é em torno de 400.000 pés (75 milhas ou 120 quilómetros).

A altitude de 100 quilómetros ou 62 milhas também é usada frequentemente como o limite entre atmosfera e espaço.

Temperatura e as camadas atmosféricas

A temperatura da atmosfera da Terra varia entre camadas em altitudes diferentes, portanto, a relação matemática entre temperatura e altitude também varia, sendo uma das bases da classificação das diferentes camadas da atmosfera.

A atmosfera está estruturada em três camadas relativamente quentes, separadas por duas camadas relativamente frias. Os contatos entre essas camadas são áreas de descontinuidade, e recebem o sufixo "pausa", após o nome da camada subjacente.

Camadas e áreas de descontinuidade

As camadas atmosféricas são distintas e separadas entre si por áreas fronteiriças de descontinuidade.

Troposfera (0 - 7/17 km)

A Troposfera é a camada atmosférica que se estende da superfície da Terra até a base da estratosfera (0 - 7/17 km). Esta camada responde a oitenta por cento do peso atmosférico e é a única camada em que os seres vivos podem respirar normalmente. A sua espessura média é de aproximadamente 12km, atingindo até 17km nos trópicos e reduzindo-se para cerca de sete quilómetros nos pólos. Todos os fenómenos meteorológicos estão confinados a esta camada.

Tropopausa

A tropopausa é o nome dado à camada intermediária entre a troposfera e a estratosfera, situada a uma altura média em torno de 17km no equador. A distância da Tropopausa em relação ao solo varia conforme as condições climáticas da troposfera, da temperatura do ar, a latitude entre outros fatores. Se existe na troposfera uma agitação climática com muitas correntes de convecção, a tropopausa tende a subir. Isto se deve por causa do aumento do volume do ar na troposfera, este aumentando, aquela aumentará, por consequência, empurrará a tropopausa para cima. Ao subir a tropopausa esfria, pois o ar acima dela está mais frio.

Estratosfera (15-50 km)

Na estratosfera a temperatura aumenta com a altitude e caracteriza-se pelos movimentos de ar em sentido horizontal, fica situada entre 7 e 17, até 50 km de altitude aproximadamente, sendo a segunda camada da atmosfera, compreendida entre a troposfera e a mesosfera. Apresenta pequena concentração de vapor de água e temperatura constante até a região limítrofe, denominada estratopausa. Muitos aviões a jato circulam na estratosfera porque ela é muito estável. É nesta camada que existe a camada de ozono e onde começa a difusão da luz solar (que origina o azul do céu).

Estratopausa

É próximo à estratopausa que a maior parte do ozono da atmosfera se situa. Isto é, a cerca de 22 quilómetros acima da superfície terestre, na parte superior da estratosfera.

Mesosfera (50 - 80/85 km)

Na mesosfera a temperatura diminui com a altitude, esta é a camada atmosférica onde há uma substancial queda de temperatura chegando até a -90º C no seu topo. Está situada entre a estratopausa, inferior a si, e a mesopausa na sua parte superior, entre 50 a 85 km de altitude. É na mesosfera que ocorre o fenómeno da aeroluminescência das emissões da hidroxila e é nela que se dá a combustão dos meteoróides.

Mesopausa

A mesopausa é a região da atmosfera que determina o limite entre uma atmosfera com massa molecular constante de outra onde predomina a difusão molecular.

Termosfera (80/85 - 640+ km)

Está localizada acima da mesopausa, a sua temperatura aumenta com a altitude rápida e monotonamente até onde a densidade das moléculas é tão pequena e se movem em trajetórias aleatórias tal, que raramente chocam. É a camada onde ocorrem as auroras e onde orbita o Vaivém Espacial .

Regiões atmosféricas segundo a distribuição iónica

Além das camadas, e em conjunto com estas, existem as regiões atmosféricas. Nestas ocorrem diversos fenómenos físicos e químicos.

Ionosfera

Ionosfera é a região que contém iões: está compreendida entre a mesosfera até termosfera que vai até aproximadamente 550 km de altitude.

As camadas ou regiões iónicas da ionosfera são:

Camada D: A mais próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km, é a que absorve a maior quantidade de radiação (energia) eletromagnética.
Camada E:
Acima da camada D, abaixo das camadas F1 e F2, a sua altitude média é entre os 80 e os 100-140km. Semelhante à camada D.
Camada E Esporádica:
Esta camada tem a particularidade de ficar mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si.
Camada F1:
A camada F1 está acima da camada E e abaixo da camada F2 ~100-140 até ~200 km. Existe durante os horários diurnos.
Camada F2:
A mais alta das camadas ionosféricas, a camada F2, está entre os 200 e 400km de altitude. Acima da F1, E, e D respectivamente. É o principal meio de reflexão ionosférico.

Exosfera

A Exosfera fica acima da ionosfera no limite entre a atmosfera e o espaço exterior.

Ozonosfera

A Ozonosfera é onde fica a camada de ozono, de aproximadamente 10 a 50 km de altitude onde o ozono da estratosfera é abundante. Note-se que até mesmo dentro desta região, o ozono é um componente raro. É esta camada que protege os seres vivos da Terra contra a ação dos raios ultra-violeta .

Magnetosfera

A Magnetosfera de um astro é a região definida pela interação do plasma estelar magnetizado com a atmosfera magnetizada desse astro em que os processos eletrodinâmicos são basicamente comandados pelo campo magnético intrínseco do astro. A sua morfologia, numa visão simples, pode ser vista como uma bolha comprimida na parte frontal ao fluxo estelar incidente no astro e distendida no sentido do afastamento desse fluxo. Como ilustração, a magnetosfera terrestre apresenta a parte frontal a aproximadamente 10 raios terrestres, uma espessura de 30-50 raios terrestres e uma cauda que se alonga a mais de 100 raios terrestres. Mesmo um astro sem campo magnético pode apresentar uma magnetosfera induzida , que é consequência das correntes eléctricas sustentadas pela ionosfera existente.

Cinturão de radiação

Cinturões de radiação ou cinturões de Van Allen - são regiões quase-toroidais em torno do equador magnético, à distância de 2 a 6 raios terrestres, preenchidas de partículas energéticas mas de baixa densidade. Há um cinturão externo, produzido por partículas do plasma solar e terrestre que se aproximam da Terra ao longo desse equador, e um cinturão interno, produzido pela incidência de partículas de mais alta energia dos raios cósmicos. Preenchendo essas regiões, os protões e os electrões apresentam-se com distribuições características distintas.

Temperatura média e pressão

A temperatura média da atmosfera à superfície da terra é 14 °C.

A Pressão atmosférica é o resultado direto do peso exercido pela atração gravitacional da Terra sobre a camada de ar que a envolve, variando conforme o momento climático, a hora, o local e a altitude.

Cerca de 50% do total da massa atmosférica está até 5 km de altitude.

A pressão atmosférica, ao nível do mar, é aproximadamente 101.3 kPa (em torno de 14.7 libras por polegada quadrada).

Densidade e massa

A densidade do ar ao nível do mar é aproximadamente 1.2 quilogramas por metro cúbico. Esta densidade diminui a maiores altitudes à mesma taxa da diminuição da pressão.

A massa total da atmosfera é aproximadamente 5.1 × 10^18 kg, uma fração minúscula da massa total da terra.

A Evolução da atmosfera da Terra

Podemos compreender razoavelmente a história da atmosfera da Terra até há um bilião de anos atrás. Regredindo no tempo, podemos somente especular, pois esta é uma área ainda em constante pesquisa.

Dá-se o nome de atmosfera moderna, ou terceira atmosfera, à atual, para distinguir a composição química atual das duas composições anteriores.

Primeira atmosfera

A primeira atmosfera era principalmente constituída por hélio e hidrogénio. O calor proveniente da crosta terrestre, ainda em forma de plasma, e o sol, dissiparam esta atmosfera.

Segunda atmosfera

Há aproximadamente 3.5 biliões de anos atrás, a superfície do planeta tinha arrefecido o suficiente para formar uma crosta endurecida, estando povoada de vulcões que libertavam vapor de água, dióxido de carbono e amoníaco. Desta forma, surgiu a "segunda atmosfera", que era formada principalmente por dióxido de carbono e vapor de água, amónio, metano e óxido de enxofre.

Nesta segunda atmosfera quase não havia oxigénio livre e era aproximadamente 100 vezes mais densa do que a atmosfera atual. Acredita-se que o efeito de estufa, causado por altos níveis de dióxido de carbono, impediu a Terra de congelar. Durante os biliões de anos seguintes, devido ao arrefecimento, o vapor de água condensou para precipitar sob a forma de chuva e formar oceanos , que começaram a dissolver o dióxido de carbono. 50% do dióxido de carbono seria dissolvido nos oceanos.

Surgiram organismos que realizavam a fotossíntese, e começaram a converter dióxido de carbono em oxigénio. Com o passar do tempo, o carbono em excesso foi fixado em combustíveis fósseis, rochas sedimentares e conchas animais.

Estando o oxigénio livre na atmosfera, este reage com o amoníaco, libertando-se azoto. Simultaneamente, as bactérias também iniciaram a conversão do amoníaco em azoto.

Aumentando a população vegetal, os níveis de oxigénio cresceram significativamente (enquanto os níveis de dióxido de carbono diminuíram). Ao princípio, o oxigénio combinou-se com vários elementos (como o ferro, para formar óxidos), mas eventualmente acumulou-se na atmosfera resultando em extinções em massa e evolução das espécies.

Terceira atmosfera

Com o aparecimento de uma camada de ozono (O3), a Ozonosfera, as formas de vida no planeta foram melhor protegidas da radiação ultravioleta . Esta atmosfera de oxigénio-azoto é a terceira atmosfera. Esta última, tem uma estrutura complexa que age como reguladora da temperatura e humidade da superfície.

A auto-regulação da temperatura e pressão

A Terra tem um sistema de compensações de temperatura, pressão e humidade, que mantém um equilíbrio dinâmico natural, em todas as suas regiões.

As camadas superiores da atmosfera refletem cerca de quarenta por cento da radiação solar. Destes, aproximadamente 17% são absorvidos pelas camadas inferiores sendo que o ozono interage e absorve os raios ultravioleta. O dióxido de carbono e o vapor de água absorvem os raios infravermelhos. Restam 43% da energia, esta alcança a superfície do planeta. Por sua vez, a superfície reflete dez por cento das radiações solares. Além dos efeitos descritos, existe ainda a influência do vapor de água e sua concentração variável.

Estes, juntamente com a inclinação dos raios solares em função da latitude, agem de forma decisiva na absorção da energia solar, que por sua vez tem aproximadamente 33% da energia absorvida por toda a superfície atingida durante o dia, sendo uma parte muito pequena desta re-irradiada durante a noite. Além de todos os efeitos relatados anteriormente, existe ainda a influência e interação dos oceanos com a atmosfera, na sua auto regulação. Estes mantêm um equilíbrio dinâmico entre os fenómenos climáticos das diferentes regiões da Terra.

Todos os mecanismos relatados acima, atuando em conjunto, geram uma transição suave de temperaturas em todo o planeta.

Excepções à regra ocorrem nos locais onde são menores as quantidades de água (e vapor) e a espessura da troposfera, tal como nos desertos e cordilheiras de grande altitude.

Na baixa atmosfera, o ar desloca-se tanto no sentido horizontal, gerando os ventos, como no vertical, alterando a pressão. Pois, por diferenças de temperatura, a massa de ar aquecida sobe, e ao arrefecer, desce, gerando assim um sistema oscilatório de variação de pressão atmosférica.

Uma das maiores determinantes na distribuição do calor e humidade na atmosfera é a circulação do ar, pois esta ativa a evaporação média e dispersa as massas de ar quente ou frio conforme a região e o momento.

A esta circulação de ar, quando na horizontal, chama-se vento, que é definido como o movimento do ar paralelo à superfície da Terra. Quando o deslocamento é na vertical, denomina-se corrente de ar. Aos movimentos verticais e horizontais de superfície, somam-se os jet streams, e os deslocamentos de massas de ar, que determinam as condições climáticas do planeta.

Atmosfera - Terra

Atmosfera
Atmosfera

A Terra é o único planeta no sistema solar com uma atmosfera que pode sustentar a vida. O cobertor de gases não só contém o ar que respiramos, mas também nos protege de explosões de calor e radiação que emanam do sol. Ele aquece o planeta por dia e esfria durante a noite.

Embora o ar é bem misturado por todo o ambiente, a atmosfera em si não é fisicamente uniforme, mas tem variações significativas de temperatura e pressão com a altitude, que definem um certo número de camadas atmosféricas.

Estes incluem a troposfera (0 a 16 km), estratosfera (16 a 50 km), mesosfera (50 a 80 km) e termosfera (80 a 640 km).

As fronteiras entre estas quatro camadas são definidas por mudanças bruscas de temperatura, e incluem, respectivamente, a tropopausa, estratopausa e mesopausa.

Na troposfera e mesosfera, temperatura geralmente cai com o aumento da altitude, enquanto que na estratosfera e termosfera, a temperatura sobe com o aumento da altitude.

Mesopausa

A mesopausa é a região da atmosfera que determina o limite entre uma atmosfera com massa molecular constante de outra onde predomina a difusão molecular.

Termosfera

Na termosfera situada entre 80/85 Km até mais de 640 Km, a temperatura aumenta com a altitude e está localizada acima da mesopausa, sua temperatura aumenta com a altitude rápida e monotonicamente até onde a densidade das moléculas é tão pequena e se movem em trajetórias aleatórias tal, que raramente se chocam.

A Ionosfera

A ionosfera se localiza entre cinquenta e quatrocentos quilômetros de altitude ( Estas coordenadas são para efeito de estudo), é composta de íons, plasma ionosférico, e, devido à sua composição, reflete ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz em condições normais. A reflexão ionosférica, espalhamento e canalização tem ocorrido até freqüências acima de 50 Mhz, mas estatisticamente o tempo de ''propagação aberta'' nas bandas altas se torna muito susceptível à variações ambientais. Na prática, sua utilização se dá no máximo até 30 MHz.

O Sol e os raios cósmicos

O maior agente de ionização da ionosfera, é o Sol, cuja radiação nas bandas de raio X, e luz ultravioleta, insere grande quantidade de elétrons livres em seu meio.

Os meteoritos e raios cósmicos também são responsáveis pela presença secundária de íons na região.

Na ionosfera a densidade de elétrons livres é variável de acordo com a hora do dia, estação do ano, e variações da composição da quimiosfera.

Densidade iônica

Nas zonas mais baixas da atmosfera, os elétrons livres e íons desaparecem. Isto ocorre devido à maior densidade de partículas mais pesadas, portanto, a recombinação prevalecerá sobre a ionização. A densidade dos gases nas zonas mais altas é muito baixa. A quantidade de radiação, ou seja, a energia vinda do espaço é muito grande até determinada altitude, contudo, não existem gases, átomos, ou moléculas livres suficientemente para serem ionizadas. Só haverá ionização à medida em que mergulhamos na atmosfera, até uma certa profundidade limítrofe.

A luminescência atmosférica, vista do espaço, adquire as mais diversas tonalidades e cores, à medida em que fazemos o mergulho para dentro da atmosfera, dependendo da hora, temperatura, etc, adquire uma coloração que varia do verde-violeta ao vermelho alaranjado.

Reflexão ionosférica

Canalização, espalhamento e reflexão através da ionosfera, são fenômenos concomitantes, porém algumas vezes concorrem entre si, outras vezes se somam. A reflexão ionosférica é explorada por sistemas de radiodifusão com as antenas de transmissão em ângulo baixo. As propriedades operacionais das ionossondas (sistemas compostos de transmissores, receptores e antenas direcionais apontadas diretamente para a ionosfera) propiciam um conhecimento do comportamento da região. O princípio da reflexão ionosférica em ângulos altos é utilizado há muitos anos para pesquisas, porém pouco utilizado nas comunicações. O efeito ocasionado por inúmeras camadas sucessivas de ionização leva à reflexão das ondas de rádio. Este efeito ocorre sobre uma faixa de alturas estreita e em baixas freqüências, onde, ou os raios refratam, ou refletem. No caso da refração a distância atingida por estes é apreciável, chegando a milhares de quilômetros. No caso da reflexão direta, esta não ultrapassa a algumas centenas de quilômetros. O espalhamento fraco e incoerente de energia ocorre devido às flutuações térmicas e aleatórias da densidade eletrônica no plasma ionosférico. Este espalhamento tem sua eficiência aumentada pelas irregularidades ionosféricas e pelo aumento da densidade iônica.

A Máxima Freqüência Utilizável, é a maior freqüência possível onde pode ocorrer o fenômeno da reflexão ionosférica. Estas irregularidades dão origem a sinais de espalhamento direto e sinais de retroespalhamento (reflexão). No caso da reflexão direta, não há canalização, já no caso do espalhamento, ocorre a refração e a canalização ou dutificação dos sinais. A canalização de sinais a grande distâncias ocorre em altura de ionização reduzida, porém não é regra. A probabilidade desta é nas camadas E e F, em alguns casos com ecos percorrendo toda a circunferência da Terra. Pode ocorrer a canalização, onde o sinal refrata e reflete ao mesmo tempo dentro de regiões irregulares do campo alinhado acima da região F também, porém sem íons livres isto não acontece.

A reflexão ionosférica pode levar ao fenômeno da cintilação, isto ocorre devido à atuação dos sinais perante as irregularidades ionosféricas que atual como uma tela de fase variável nos sinais transionosféricos de fontes. Esta tela eletrônica dá origem à efeitos de difração com cintilação de amplitude, ângulo de chegada e fase. Portanto, num meio variável onde ocorrem densidades variáveis, ocorre o fenômeno da reflexão, refração e difração dos sinais de radiofreqüência que pode ser simultâneo ou não.

A camada D é a mais próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km, é a que absorve a maior quantidade de energia eletromagnética, seu comportamento é diurno, aparece no momento em que as moléculas começam a adquirir energia solar. Esta camada permanece por alguns instantes no início da noite. Ionicamente é a menos energética. É a responsável pela absorção das ondas de rádio durante o dia.

A camada E

Acima da camada D, existe a camada E, esta se localiza embaixo das camadas F1 e F2, sua altitude média é entre os 80 e os 100-140 km. Semelhante à camada D, durante o dia se forma e se mantém, durante a noite se dissipa.

Em algumas ocasiões, dependendo das condições de vento solar e energia absorvida durante o dia, a camada E pode permanecer esporadicamente à noite, quando isto ocorre é chamada de camada E Esporádica.

Esta camada tem a particularidade de ficar mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si.

As camadas F1 e F2

A camada F1 está acima da camada E e abaixo da camada F2 ~100-140 até ~200 Km. Existe durante os horários diurnos, acompanhando o comportamento da camada E, podendo esporadicamente estar presente à noite.

Serve de refletora em determinadas freqüências, esta reflexão varia conforme a espessura que adquire ao receber energia solar. Normalmente a radiofreqüência incidente que atravessa a camada E, atravessa a F1, porém muitas vezes refrata. Ao fazê-lo altera seu ângulo de incidência sobre a camada F2, refletindo nesta.

A camada F2 é a mais alta das camadas ionosfericas, está entre os 200 e 400km de altitude. Acima da F1, E, e D respectivamente. É o principal meio de reflexão ionosférico utilizado para as comunicações em altas freqüências à longa distância.

A sua altitude varia conforme a hora do dia, época do ano, condições de vento e ciclo solares. A propagação e reflexão obedecem a estas variáveis. Seu aparecimento ocorre ao nascer do Sol, quando a camada F se desmembra em F1 e F2. A reflexão nesta camada pode gerar o aparecimento do fenômeno raro da dutificação da radiofreqüência, ocasionando contatos à dezenas de milhares de quilômetros e ecos ionosféricos.

ATMOSFERA DA TERRA

1. Há ar em outros planetas?

Não. Os outros planetas possuem atmosferas mas a mistura que compõe a atmosfera de Terra é exclusiva do nosso planeta.

2. Qual é a composição do ar?

O ar é composto principalmente de dois gases (nitrogênio, oxigênio) mas contém quantias pequenas de outros gases (por exemplo, dióxido de carbono) que tem significante importância no clima da Terra independentemente do seu pequeno volume.

3. A atmosfera de Terra tem a mesma composição em todos lugares?

Sim e não. A composição da atmosfera é relativamente semelhante ao redor do mundo, mas a atmosfera é diferenciada em quatro camadas estruturais baseadas nas características térmicas delas. Da superfície de Terra para o limite com o espaço, as quatro camadas são a troposfera, estratosfera, mesosfera, e termosfera, nessa ordem.

4. Como os cientistas diferenciam as quatro camadas da atmosfera?

As temperaturas diminuem com a altitude crescente em duas camadas (troposfera, mesosfera) e aumenta com altitude na estratosfera e termosfera. Geralmente, a atmosfera deveria ficar mais fria com a distância crescente da superfície de Terra, que é relativamente morna. Exceções para esta regra acontecem na estratosfera e termosfera por causa dos efeitos das variações na composição atmosférica e radiação solar, respectivamente.

5. Como a energia que nós recebemos do Sol está relacionada com o arco-íris?

Os arco-íris são formados quando a luz solar é refratada pelos pingos de chuva. A gama de cores (do violeta para o vermelho) que nós vemos em um arco-íris representa o espectro da luz visível. Porém, a radiação solar é composta de uma gama maior de comprimentos de onda a maioria deles invisíveis para nós.

6. Nós podemos ser prejudicados pela radiação solar?

Realmente não. Os comprimentos de onda mais prejudiciais da radiação solar (raios de gama, radio x) são absorvidos na atmosfera superior e a maioria dos raios ultravioletas que são potencialmente prejudiciais são bloqueados através do ozônio na estratosfera. A maioria da radiação que chega à Terra é luz visível ou próximo do infravermelho. Nunca é demais usar um protetor solar com proteção de UV se você sair em um dia ensolarado.

7. O efeito estufa é bom ou ruim para Terra?

O efeito estufa original é bom para a Terra. As temperaturas cairiam a -18ºC se os gases carbônicos da atmosfera não absorvessem o calor irradiado pela superfície do planeta. Mas a concentração de gás carbônico na atmosfera tem crescido continuamente. Os cientistas acreditam que o aumento de gases carbônicos conduzirão a temperaturas mais altas. A conseqüência de tais mudanças ainda está sob investigação.

8. Como a água está distribuída na Terra?

A água aparece de três formas no nosso planeta. A água líquida é a mais comum, e 97% de toda a água está nos oceanos. Os três por cento da água restante é encontrado na forma sólida (gelo), perto dos pólos ou no alto das montanhas. Uma fração pequena (< 0.01%) da água está presente como um gás (vapor de água) na atmosfera.

9. O que é calor latente?

A quantia de calor ganha ou perdida quando a água muda de estado é chamada calor latente. O calor latente é libertado para o ambiente quando a água passa de um estado menos ordenado para um estado mais ordenado (por exemplo, de gás para líquido). Esse calor é absorvido quando a água passa para um estado menos ordenado (por exemplo de sólido para líquido).

10. Qual é a diferença entre umidade aparente e umidade absoluta?

Ambas dão uma medida da quantia de umidade contida no ar. Umidade absoluta mede a quantia atual de vapor de água em um determinado volume de ar e é expressa em gramas por metro cúbico. Por outro lado, umidade relativa é uma relação da quantia de umidade no ar em relação ao máximo de umidade que o ar conteria quando saturado. A umidade relativa é expressa em porcentagem. 0%, nenhum vapor de água; 100%, é saturado, quando o ar não pode mais absorver vapor de água.

11. O que causa um aumento na umidade?

O aumento da umidade absoluta ou relativa acontece com a adição de vapor de água (por exemplo, quando uma massa de ar movimenta-se sobre a água).

Umidade relativa aumenta com temperatura decrescente, mas a umidade absoluta não muda.

12. O que representa a pressão do ar?

A pressão atmosférica em qualquer local é a pressão mostrada pelo peso do ar que cobre um lugar. Quanto mais ar em cima da sua cabeça, maior é a pressão do ar. A pressão de ar é maior nos lugares baixos e menor nas altas altitudes.

13. Onde a maioria do ar está localizado?

A gravidade puxa as moléculas de oxigênio e nitrogênio para a superfície de Terra e a maioria do ar é encontrada dentro da troposfera (99% estão abaixo de 32 km altitude).

14. O que são mudanças adiabáticas na temperatura?

Mudanças adiabáticas na temperatura acontecem como resultado da compressão ou expansão do ar. Estas mudanças de temperatura representam a conversão da energia mecânica em energia de calor. O ar comprimido fica mais morno, enquanto a expansão deixa o ar mais fresco.

15. Como as nuvens são formadas?

As nuvens se formam como resultado da condensação adiabática de esfriamento. O ar pode subir naturalmente se está mais morno que as massas de ar circunvizinhas, caso contrário pode ser forçado para cima por uma variedade de processos.

16. As nuvens são compostas de pingos de chuva?

Não. As nuvens se formam durante a condensação de minúsculas gotículas de água presentes no ar. Um milhão dessas gotículas formam um único pingo de chuva.

17. Como se forma a chuva (ou outras formas de precipitação)?

A precipitação pode acontecer através de dois processos. As pequenas gotinhas de água podem colidir formando gotas maiores entre si. Eventualmente são grandes o bastante para cair na superfície de terra. Cristais de gelo minúsculos crescem pela adição de vapor de água, ficando eventualmente grandes o bastante para cair na Terra como gelo ou neve.

18. O que é o vento?

Vento é o movimento horizontal do ar que flui das áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão. Os ventos recebem nomes de acordo com a direção para onde eles sopram.

19. O que causa as diferenças de pressão do ar na superfície de Terra?

Variações horizontais da pressão do ar acontecem devido ao diferente aquecimento do ar perto da superfície da terra pela radiação solar. O ar se expande quando esquenta e se contrai quando esfria. A contração resulta em pressões do ar mais altas, na expansão o ar ocupa uma área maior e é acompanhado por uma diminuição da pressão. Pressões mais altas são associadas com latitudes altas e pressões mais baixas são encontradas perto dos trópicos.

20. O que é o efeito Coriolis e como ele age?

São inclinações dos ventos e correntes marítimas à direita do curso normal. O efeito de Coriolis acontece por causa da variação na velocidade da rotação de Terra com a latitude.

Fonte: www.atmosphere.mpg.de/br.geocities.com/www.colegiosaofrancisco.com.br

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