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Estratosfera

 

Estratosfera - O que é

A estratosfera é a segunda camada atmosférica acima da troposfera.

Encontra-se acima da troposfera e é separada por tropopausa.

Ocupa a região da atmosfera a partir de cerca de 12 a 50 km, embora o seu limite inferior tende a ser maior mais próximo do equador e inferior mais perto dos polos.

A estratosfera contém mais de 15% da massa total da atmosfera, e é onde a camada de ozono está localizado.

A temperatura do ar aumenta lentamente com altura na estratosfera, em contraste com a troposfera, onde a temperatura decresce rapidamente com a altura.

Esta estrutura de temperatura incomum é causada pela absorção da luz solar pelo ozono.

A estratosfera define uma camada em que a temperatura sobe com o aumento da altitude. Na parte superior da estratosfera o ar pode atingir temperaturas próximas de 0 ° C. Este aumento de temperatura é provocada pela absorção de radiação ultravioleta (UV) do sol por a camada de ozono. Tal perfil de temperatura cria condições atmosféricas muito estáveis, e a estratosfera não tem a turbulência do ar que é tão prevalente na troposfera.

Por conseguinte, a estratosfera é quase completamente livre de nuvens ou outras formas de tempo.

A estratosfera oferece algumas vantagens para o vôo de longa distância porque está acima clima de tempestade e tem ventos fortes, firmes e horizontais.

A estratosfera é separado do mesosfera acima pelo estratopausa.

Estratosfera - Camada Atmosfera

Estratosfera
Estratosfera

A estratosfera é a segunda camada da atmosfera da Terra e se move para cima a partir da superfície da Terra.

A estratosfera fica acima da troposfera e abaixo da mesosfera.

A parte superior da estratosfera ocorre a 50 km de altitude. A fronteira entre a estratosfera ea mesosfera acima é chamado de estratopausa.

A altitude da parte inferior da estratosfera varia com a latitude e com as estações do ano, que ocorre entre cerca de 8 e 16 km.

A parte inferior da estratosfera é de cerca de 16 km acima da superfície da Terra perto do equador, a cerca de 10 km em latitudes médias, e cerca de 8 km perto dos pólos. É um pouco menor no inverno em média e alta-latitudes, e ligeiramente maior no verão. A fronteira entre a estratosfera ea troposfera inferior é chamado de tropopausa.

O ozônio, um tipo incomum de oxigênio molécula que é relativamente abundante na estratosfera, aquece esta camada, uma vez que absorve a energia de entrada da radiação ultravioleta do sol. As temperaturas sobem Este é exatamente o oposto do comportamento na troposfera em que vivemos, onde as temperaturas caem com o aumento da altitude. Devido a esta estratificação de temperatura, há pouco por convecção e de mistura na estratosfera, de modo que as camadas de ar são bastante estáveis. Avião a jato comercial voa na estratosfera inferior para evitar a turbulência que é comum na troposfera abaixo.

A estratosfera é muito seca, o ar contém pouca água a vapor. Devido a isso, algumas nuvens são encontrados nesta camada; quase todas as nuvens ocorrem na troposfera que é mais úmida. CPPs aparecer na estratosfera inferior perto dos pólos no inverno. Eles são encontrados em altitudes de 15 a 25 km e formam apenas quando as temperaturas para aqueles alturas mergulham abaixo de - 78 ° C. E

O ar é cerca de mil vezes mais rarefeito na parte superior da estratosfera do que ao nível do mar. Devido a isso, aviões a jato e balões meteorológicos atingem seus altitudes operacionais máximas dentro da estratosfera.

Devido à falta de convecção vertical na estratosfera, os materiais que entram na estratosfera pode ficar lá por longos períodos. Tal é o caso dos que destroem a camada de ozono que são os produtos químicos chamados CFCs ( clorofluorcarbonetos ).

Grandes erupções vulcânicas e grandes meteoritos podem arremessar partículas de aerossóis para a estratosfera, onde eles podem se prolongar por meses ou anos, às vezes alterando o clima global da Terra. Também os lançamentos de foguetes injetam gases de escape para a estratosfera, produzindo conseqüências incertas.

Vários tipos de ondas e marés na atmosfera influenciam a estratosfera. Algumas dessas ondas e marés transportar energia da troposfera para cima na estratosfera, outros transmitem energia da estratosfera acima na mesosfera . As ondas e marés influenciar os fluxos de ar na estratosfera e também pode causar aquecimento regional desta camada da atmosfera.

Estratosfera - Temperatura

Estratosfera
Estratosfera

Na estratosfera a temperatura do ar passa de -57 °C para 2 °C, o que se observa a cerca de 50 km de distância da supefície.

O fato de ser mais frio embaixo e mais quente em cima impossibilita a troca de calor por convecção, pois o mais denso já está embaixo e o mais quente em cima.

Sem convecção, não há movimentação das moléculas e fica tudo muito calmo. Por isso, a estratosfera é uma camada de ar muito estável.

Os aviões comerciais trafegam a altitudes que variam de 9 a 12 km, no limite inferior da estratosfera (o concorde passeava a 16 km de altitude). Além do bom tempo, a baixa densidade do ar reduz consideravelmente os efeitos aerodinâmicos de arraste, melhorando a performance da aeronave e reduzindo o desgaste e o consumo.

No entanto, aeronaves com asas não podem ir muito além disso, pois densidades muito baixas do ar reduzem a força de sustentação e a quantidade de oxigênio, necessária na combustão das turbinas. Da mesma maneira que os seres humanos, que respiram para obter oxigênio necessário para queimar os alimentos e produzir energia, os aviões queimam o oxigênio retirado da atmosfera pelo seu movimento e o das turbinas. Os aviões conseguem ir mais alto que os seres humanos porque seus movimentos através do ar compensam a menor concentração, mas o fato é que nem os aviões com turbinas nem os seres humanos conseguem suportar as condições da estratosfera. A partir da estratosfera, aeronaves só com foguete e humanos só com cilindro de ar.

A camada de ozônio fica na estratosfera. Ela é uma faixa com 22 km de espessura onde é alta a concentração desse gás. O gás ozônio absorve parte da radiação ultravioleta vinda do Sol, protegendo a vida na Terra dessa energia prejudicial. Essa absorção de energia na estratosfera que justifica o aumento da temperatura com a altitude.

O ozônio é um gás que, embora quimicamente muito diferente, é estruturalmente parecido com o gás oxigênio. Enquanto o oxigênio que respiramos tem moléculas com dois átomos de oxigênio (O2), o ozônio tem moléculas formadas por três átomos de oxigênio (O3). Dizemos que os dois gases são alótropos, que é o mesmo que dizer que eles são "parentes" ou coisa do tipo. O fato é que os átomos de oxigênio gostam de ficar em duplas, e não em trios. Dizemos que a substância O2 é mais estável que a substância O3. E na prática quer dizer que, se deixar, o gás ozônio vai virar gás oxigênio. Basta dar uma ajuda, um empurrãozinho. Essa ajuda para desfazer os trios e formar duplas vem da energia solar.

A radiação ultravioleta pode ser considerada uma "cor" da luz do SOl que não conseguimos enxergar. Essa cor invisível para nós carrega a energia necessária para desfazer os trios de átomos de oxigênio. Assim, o gás ozônio utiliza a radiação ultravioleta e se reorganiza. Dizemos que o ozônio absorve o ultravioleta. Essa radiação que é boa para os átomos de oxigênio, não é boa para a saúde dos seres vivos.

A desorganização dos átomos de ozônio pode ser feita em outras moléculas, como o nosso DNA. Essa alteração do código genético de um ser vivo é a essência do que chamamos de mutação genética. E sabemos que mutação pode levar ao câncer. A radiação ultravioleta que ultrapassa a atmosfera (a camada de ozônio está mais para uma peneira do que para um muro) é responsável pela maior parte dos casos de câncer de pele.

Diversos gases produzidos pelo mundo atual também ajudam os átomos de oxigênio a desfazerem os trios. Gases como os CFCs (clorofluorcarbonos - hidrocarbonetos halogenados com cloro e flúor) reagem com as moléculas de ozônio, desfazendo a estrutura que interagiria com a radiação ultravioleta, absorvendo-a. Com isso, a radiação chega ao solo, trazendo os problemas que isso significa.

Estratosfera - Terra

Estratosfera
Estratosfera

A estratosfera é a próxima camada da atmosfera. Aqui o ar não flui para cima e para baixo, mas corre paralela à Terra em muito rápido em movimento correntes de ar.

Esta é a camada onde a maioria dos aviões a jato voar.

A estratosfera começa em cerca de 10 quilômetros (8-14,5 milhas) e vai até cerca de 50 km de altura (cerca de 30 milhas).

A borda superior da estratosfera é abundante com ozono. O ozônio é o subproduto da radiação solar e oxigênio; capturando os raios ultravioletas do sol e implantá-lo, o ozônio tem os efeitos nocivos. Isto é muito importante para todos os seres vivos na terra, uma vez que a radiação não filtrada do sol pode destruir todo o tecido animal. Após a estratosfera, há de novo uma camada de tampão, este tempo chamado o estratopausa.

A estratosfera chega a 50 km do solo. A temperatura vai de 60ºC negativos na base ao ponte de congelamento na parte de cima. A estratosfera contém ozônio, um gás que absorve os prejudiciais raios ultravioleta do Sol. Hoje, a poluição está ocasionando "buracos" na camada de ozônio.

A região da atmosfera acima da tropopausa denomina-se estratosfera.

A Composição da Estratosfera

A maioria dos compostos libertados à superfície da Terra não atinge a estratosfera.

Eles podem ser:

Decompostos por gases atmosféricos na troposfera (pelos principais oxidantes, e.g. OH, NO3, ozono)
Destruídos pela luz solar
Removidos por deposição seca ou húmida
Retidos na fria tropopausa.

Devido à inversão na evolução da temperatura com a altitude entre a troposfera e a estratosfera, as transferências de ar entre estas duas camadas são lentas. Na troposfera as transferências verticais demoram entre várias horas a vários dias, enquanto que na estratosfera a mistura ocorre em escalas temporais da ordem de meses a anos.

A primeira consequência é que o teor em vapor de água na estratosfera é muito baixo. As razões de mistura (ver definição em baixo) típicas são da ordem de 2 a 6 ppm (partes por milhão), enquanto na baixa troposfera são da ordem de 1.000 a 40.000 ppm e de 100 ppm na alta troposfera. Assim, a formação de nuvens estratosféricas é rara e as temperaturas terão de ser muito baixas para que os cristais de gelo se formem. Tais condições existem nas regiões polares, onde podem existir as nuvens estratosféricas de gelo. Devido ao tráfego aéreo, por exemplo, o teor em vapor de água na estratosfera aumenta; por outro lado, a temperatura tem aumentado devido ao aquecimento da troposfera. Assim, não é de excluir a hipótese de que a formação das nuvens estratosféricas polares (em inglês PSC) seja cada vez mais frequente.

Os compostos inorgânicos na estratosfera

A química estratosférica é dominada pelo ozono (cuja fórmula é O3). 85% a 90% do ozono atmosférico encontra-se na estratosfera. Este gás forma-se na estratosfera, a partir do oxigénio (O2 ), por ação do sol (fotólise). Fotólise significa que a radiação solar quebra as ligações entre os átomos de oxigénio da molécula O2 .

A maioria dos gases que entra na estratosfera são:

gases com uma longa duração de vida que provém da troposfera (por exemplo o óxido de azoto, N2O, o metano, CH4, os clorofluorcarbonetos CFC, etc...) ou,
Gases que são injetados por erupções vulcânicas fortes (compostos de enxofre, aerossóis).

Assim, os compostos inorgânicos são os dominantes na composição da estratosfera: óxidos de nitrogénio, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ozono, halogénios e os óxidos de halogénio resultantes da destruição dos CFC.

As erupções vulcânicas

Grandes erupções vulcânicas podem injetar diretamente na estratosfera enormes quantidades de gases e de partículas. Estes gases podem ser ácidos de halogénio como HCl e HF ou dióxido de enxofre, SO2, que oxidando origina o ácido sulfúrico H2SO4 (um composto fundamental na formação das nuvens). As partículas (principalmente material inorgânico como silicatos, sais haletos e sulfatos) podem absorver a luz solar na estratosfera, e provocar um aquecimento temporário da estratosfera e um arrefecimento da troposfera. Estes efeitos podem fazer-se sentir durante 1 a 2 anos após as erupções, e podem ser medidos sobre todo o hemisfério, como sucedeu após a erupção do Monte Pinatubo, em Junho de 1991.

Compreender as concentrações e as razões de mistura

A quantidade de um composto na atmosfera pode exprimir-se de duas formas - através de uma quantidade relativa ou de uma quantidade absoluta:

a) razão de mistura = fração do composto entre todas as moléculas de ar. Se existirem 40 moléculas de ozono em 1 milhão de moléculas de ar, a razão de mistura será 40 partes por milhão (40 ppm). Esta é uma quantidade relativa.
b) concentração =
massa de moléculas do composto existente num determinado volume de ar. Se existirem 100 µg (micrograma) de ozono em 1 metro cúbico de ar, a concentração é de 100 µg / m3. Esta é uma quantidade absoluta.

Conhecendo a pressão, podemos converter um dos valores no outro.

A pressão decresce com a altitude, i.e. quanto mais alto subimos na estratosfera, menos moléculas existem por metro cúbico de ar. Ou seja, se a massa absoluta de ozono se mantiver constante com a altitude, a quantidade relativa de ozono entre as outras moléculas de ar (razão de mistura) aumenta.

Este princípio geral explica-se, em baixo, através de um exemplo muito simples. Num determinado volume de ar (caixa em azul claro) existe um certo número de moléculas de ar (representadas em azul, para simplificar, apesar de o ar ser uma mistura de diversos gases) e um certo número de moléculas de ozono (representadas em vermelho). O número de moléculas que constituem o ar decresce com a altitude em qualquer dos casos.

O que se passa na realidade ?

Entre a superfície e a baixa estratosfera é o exemplo da esquerda que melhor descreve a realidade. Neste caso a concentração de ozono mantém-se aproximadamente constante, mas como o ar circundante se torna rarefeito com a altitude, a razão de mistura aumenta.

Na baixa estratosfera existe mesmo um aumento da concentração de ozono (a figura em baixo mostra um aumento por um fator de oito). Assim, o exemplo da direita é realista na região superior da camada do ozono.

Em publicações tanto poderá encontrar o perfil indicado a vermelho, como o indicado a verde, como até ambos os perfis. Mas convém lembrar que as proporções não são de 1 molécula de ozono para 5 moléculas de ar, mas de 1 molécula de ozono para 1 milhão de moléculas de ar [1ppm].

As medições na Estratosfera

Quando falamos de concentrações de compostos químicos na estratosfera, surge naturalmente a questão de como se conhecem tais compostos. Como se observa e conhece a estratosfera, se ela começa entre os 8 km e os 15 km de altitude, e as regiões de interesse se encontram em altitudes onde os aviões mais comuns não voam ?

Existem duas possibilidades para medir os compostos na estratosfera:

1. Os instrumentos podem ser levados até à estratosfera em aeronaves especiais ou em balões (balões-sonda).
2.
A interação da luz com as moléculas do ar pode ser utilizada para estudar a estratosfera a partir da superfície da Terra ou a partir do espaço (utilizando satélites).

Aviões

Foi possível realizar medições únicas através da utilização de aviões especiais, como o antigo avião espião Russo de alta altitude, denominado hoje "Geophysica".

Este avião foi convertido num laboratório e pode atingir altitudes de cerca de 20 km. Mas os seus voos são muito dispendiosos e como emitem compostos químicos que poluem a estratosfera, não são utilizados muito frequentemente.

Balões-sonda

Uma alternativa mais comummente utilizada é a medição efetuada em balão. Os balões meteorológicos atingem altitudes entre 30 km a 35 km antes de rebentarem e transportam, entre outros instrumentos, pequenos sensores de ozono. No sensor ocorre uma reação química que nos permite saber a quantidade de ozono que existe no ar. Esta informação é enviada por rádio para a Terra. Apesar de o ozono ser, hoje em dia, medido por satélites, as medições obtidas através de balões são mais adequadas para a elaboração dos perfis verticais.

Interação com a luz

Os fenômenos de interação da luz com as moléculas são de compreensão difícil e requerem algum conhecimento de física quântica. Contudo, de uma forma muito simplificada, podemos dizer que algo acontece quando a luz e a matéria interagem. A luz pode ser absorvida, refletida, refratada ou absorvida e posteriormente refletida sob uma outra forma (ou seja, com outro comprimento de onda).

Vemos que a luz solar direta pode ser obstruída pelas nuvens; quando mergulhamos no mar alto tudo fica cada vez mais escuro, pois cada vez mais luz se perde na água; também uma tempestade de areia no deserto torna o sol pálido. Mas não são apenas as nuvens, a água e as partículas de grandes dimensões que absorvem ou refletem a luz; as moléculas mais pequenas também o fazem. Elas podem dispersar a luz de volta à Terra ou absorvê-la, alterando o seu estado e emitindo radiação menos energética, de outro comprimento de onda. Estes fenômenos (fluorescência ou fosforescência) são conhecidos dos brinquedos que retêm luz e emitem luz de cor diferente no escuro. As características da radiação recebida dá-nos informação acerca dos compostos existentes; a sua intensidade depende da sua concentração.

As interações da luz com as moléculas na estratosfera podem ser observadas a partir da superfície ou podem ser medidas a partir do espaço com os satélites.

Fonte: www.weather-climate.org.uk/www.windows2universe.org/www.atmosphere.mpg.de

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