Atmosfera Terrestre

Atmosfera Terrestre

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


Definição:

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.


Composição:

Segundo Barry e Chorley, a composição da atmosfera e sua estrutura vertical possibilitaram o desenvolvimento da vida no planeta. Esta é sua composição, quando seca e abaixo de 25 km é: Nitrogénio ou Azoto 78,08 %, actua como suporte dos demais componentes, de vital importância para os seres vivos, fixado no solo pela acção de bactérias e outros microrganismos, é absorvido pelas plantas, na forma de proteínas vegetais; Oxigénio 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; Árgon 0,93 %; Dióxido de carbono 0,035 %; Hélio 0,0018 %; 0,00006 %; Hidrogénio 0,00005 %; e indícios de: Kripton, Metano, Xénon e Radão.


O vapor de água

O vapor de água em suspensão no ar encontra-se principalmente nas camadas baixas da atmosfera (75% abaixo dos 4000 metros de altura) e exerce o importante papel de regulador da acção do Sol sobre a superfície terrestre, sua 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 ao ponto crítico em que a água passa do estado líquido ao gasoso. O ar, em algumas áreas pode estar praticamente isento de vapor, enquanto em outras pode chegar a conter uma saturação de até 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 se mantêm constantes até uma altitude aproximada de 60 km. A atmosfera nos protege, e, à 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

Não existe um limite definido entre o espaço exterior e a atmosfera, presume-se que esta tenha cerca de 1000 km de espessura, 99% da densidade está concentrada nas camadas mais inferiores, cerca 75% está numa faixa de 11 km da superfície, à medida em 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 acção do campo gravitacional terrestre e dispersam-se para o espaço. O estudo da evolução térmica segundo a altitude revelou a existência de diversas camadas sobrepostas, caracterizadas por comportamentos distintos, como sua densidade vai diminuindo gradualmente com o aumento da altitude os efeitos que a pressão atmosférica exerce também diminuem na mesma proporção. A atmosfera do planeta terra é fundamental para toda uma série de fenómenos que se processam em sua superfície, como os deslocamentos de massas de ar e os ventos, as precipitações meteorológicas e as mudanças do clima. O limite onde efeitos atmosféricos ficam notáveis durante reentrada, é em torno de 120 km. A altitude de 100 km também é usada frequentemente como o limite entre atmosfera e espaço.

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 corresresponde 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 em torno de 7 km nos pólos. Todos os fenómenos meteorológicos estão confinados a esta camada.

Na base da troposfera encontra-se a Camada Limite Planetária (CLP) (também chamada Camada Limite Atmosférica, CLA) de altura típica 1 km, na qual os efeitos da superfície são importantes, como o ciclo diurno de aquecimento e arrefecimento. Na CLP também ocorre a turbulência atmosférica e seu efeito de mistura resultando na chamada Camada de Mistura (CM). Acima da CLP, o escoamento é laminar (não turbulento), e o ar desliza em camadas, à excepção do movimento turbulento que é encontrado dentro das nuvens convectivas do tipo cúmulos de grande desenvolvimento vertical e ”cúmulos nimbus”. Em geral, a base das nuvens e a uma inversão térmica de altitude pode ser encontrada junto ao topo da CLP, limitando-a. Os poluentes atmosféricos são difundidos pela turbulência dentro da CLP e transportados à longas distâncias, até encontrar uma região de ocorrência de nuvens de grande desenvolvimento vertical que possam lhes transportar até a troposfera superior. Uma camada de transição existe entre a CLP e a atmosfera livre, na qual ocorre entrada de ar frio e seco da atmosfera livre dentro da CLP. O ar da CLP sobre os continentes nas latitudes tropicais em geral é quente e húmido. Os fluxos de calor, momento, humidade, poluentes ocorrem na base da CLP a partir da superfície e, por isso, o fluxo turbulento de calor diminui com a vertical dentro da CLP. Em geral, durante o dia, a CLP é uma camada convectiva, durante a noite, é estável junto à superfície pois dissipa o calor acumulado durante o dia.


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 factores. 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 no sentido horizontal, fica situada entre 15 a 50 km de altitude aproximadamente, sendo a segunda camada da atmosfera, compreendida entre a troposfera e a mesosfera, a temperatura aumenta à medida que aumenta a altura. Apresenta pequena concentração de vapor de água e temperatura constante até a região limítrofe, denominada estratopausa. Muitos aviões a jacto 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 a cor azul do céu).


Estratopausa


É próximo à estratopausa que a maior parte do ozono da atmosfera situa-se. Isto é em torno de 22 km acima da superfície, 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 em seu topo, está situada entre a estratopausa em sua parte inferior e mesopausa em sua parte superior, entre 50 a 85 km de altitude. É na mesosfera que ocorre o fenómeno da aeroluminescência das emissões de hidroxila e é nela que se dá a combustão dos meteoritos.


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)


Na termosfera 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 trajectórias aleatórias tal, que raramente se chocam. É a camada onde ocorrem as auroras e onde orbitam os Vaivéns Espaciais.




Este gráfico ilustra a distribuição
das camadas da atmosfera segundo a Pressão, Temperatura Altitude e Densidade




Temperatura média e pressão

• A temperatura média da atmosfera à superfície de terra é 14 °C.
• A Pressão atmosférica é o resultado directo do peso exercido pela atracção 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 (quilo pascais) (em torno de 14.7 libras por polegada quadrada).


Densidade e massa

• A densidade do ar ao nível do mar é aproximadamente 1.2 kg 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 × 1018 kg, uma fracção minúscula da massa total da terra.


A Evolução da atmosfera da Terra

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

• Atmosfera moderna ou, terceira atmosfera, esta denominação é para distinguir a composição química actual das duas composições anteriores.

A primeira atmosfera, era principalmente hélio e hidrogénio. O calor provindo da crosta terrestre ainda em forma de plasma, e o sol a dissiparam.



À aproximadamente 3.5 bilhões anos atrás, a superfície do planeta tinha esfriado o suficiente para formar uma crosta endurecida, povoando-a com vulcões que liberaram vapor de água, dióxido de carbono, e amoníaco. Desta forma, surgiu a "segunda atmosfera", que era formada principalmente de dióxido de carbono e vapor de água, amónia, metano, óxidos de enxofre.
Nesta segunda atmosfera quase não havia oxigénio livre, era aproximadamente 100 vezes mais densa do que a atmosfera actual. Acredita-se que o efeito estufa, causado por altos níveis de dióxido de carbono, impediu a Terra de congelar. Durante os próximos bilhões anos, devido ao resfriamento, o vapor de água condensou para precipitar chuva e formar oceanos, que começaram a dissolver o dióxido de carbono. Seriam absorvidos 50% do dióxido de carbono nos oceanos. Surgiram organismos Fotossíntese que evoluiriam e começaram a converter dióxido de carbono em oxigénio. Ao passar do tempo, o carbono em excesso foi fixado em combustíveis fósseis, rochas sedimentares (notavelmente pedra calcária), e conchas animais.Estando o oxigénio livre na atmosfera reagindo com o amoníaco, foi liberado azoto, simultaneamente as bactérias também iniciaram a conversão do amoníaco em azoto. Aumentando a população vegetal, os níveis de oxigénio cresceram significativamente (enquanto níveis de dióxido de carbono diminuíram). No princípio o oxigénio combinou com vários elementos (como ferro), mas eventualmente acumulou na atmosfera resultando em extinções em massa e evolução.


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



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 do planeta reflectem em torno 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. Que por sua vez reflecte dez por cento das radiações solares de volta. 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 entrada 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 libertada durante a noite. Além de todos os efeitos relatados anteriormente, existe ainda a influência e interacção 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 actuando em conjunto, geram uma transição suave de temperaturas em todo o planeta.
• Excepção à regra ocorre, onde são menores a quantidade de água, vapor desta e a espessura da troposfera, como nos desertos e cordilheiras de grande altitude.


Na baixa atmosfera, o ar se desloca tanto no sentido horizontal gerando os ventos, quanto no vertical, alterando a pressão. Pois, por diferenças de temperatura, a massa aérea aquecida sobe, e ao esfriar-se, desce e novamente, 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 activa a evaporação média, dispersa as massas de ar quente ou frio conforme a região e o momento. Por consequência caracteriza os tipos climáticos. À 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


Mapeamento da velocidade dos ventos