atmosfera terrestre professor: emerson galvani · tem pouca importância nos processos térmicos....
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA
Disciplina: FLG 0253 - CLIMATOLOGIA I
ATMOSFERA TERRESTRE
Professor: Emerson Galvani
• Aula Anterior:
• - Apresentação do programa, bibliografia,
conceitos iniciais (tempo e clima,
controles e atributos do clima, normal
climatológica, estação meteorológica, etc)
e exercício 1,
• Aula de Hoje:
• Atmosfera terrestre, composição,
estrutura e importância, Exercício 2,
• Visita a EMC do LCB/USP
• Entrega do exercício 1.
• A ATMOSFERA:
• A atmosfera é uma camada
relativamente fina de gases e material
particulado (aerossóis) que envolvem
a Terra. De fato, 99% da massa da
atmosfera está contida numa camada
de ~32 km. Esta camada é essencial
para a vida e o funcionamento
ordenado dos processos físicos e
biológicos sobre a Terra.
• A atmosfera protege os organismos da
exposição a níveis arriscados de radiação
ultravioleta, contém os gases necessários
para os processos vitais de respiração
celular e fotossíntese e fornece a água e
oxigênio necessária para a vida.
Composição do ar seco, ou seja, desconsiderando o vapor d´água.
Principais gases do ar seco.
Gás Porcentagem Ppm
Nitrogênio 78,08 780.000,0
Oxigênio 20,95 209.460,0
Argônio 0,93 9.340,0
Dióxido de carbono
0,035 350,0
Neônio 0,0018 18,0
Hélio 0,00052 5,2
Metano 0,00014 1,4
Kriptônio 0,00010 1,0
Óxido nitroso 0,00005 0,5
Hidrogênio 0,00005 0,5
Ozônio 0,000007 0,07
Xenônio 0,000009 0,09
Ppm
significa
partes por
milhão.
O papel dos principais gases
• Nitrogênio e o oxigênio ocupam até 99% do
volume do ar seco e limpo. A maior parte 1%
restante é ocupado pelo gás inerte argônio que
tem pouca importância nos processos térmicos.
• Dióxido de carbono é essencial para a
fotossíntese. Por ser um eficiente absorvedor
de energia radiante (de onda longa) emitida
pela Terra, ele influencia o fluxo de energia
através da atmosfera, fazendo com que a baixa
atmosfera retenha o calor, tornando a Terra
própria à vida.
O papel dos principais gases – CO2
Por que o CO2 está aumentando?
Por que existe um ciclo sazonal no CO2?
Verão – maior consumo de CO2
Inverno – as plantas morrem e liberam CO2 para a atmosfera
O papel dos principais gases • Vapor d'água é um dos mais variáveis gases
na atmosfera. Nos trópicos úmidos e quentes
constitui 4% do volume da baixa atmosfera,
enquanto sobre os desertos e regiões polares
pode constituir uma pequena fração de 1%.
• Contudo, sem vapor d'água não há nuvens,
chuva ou neve. Além disso, o vapor d'água
também tem grande capacidade de absorção,
tanto da energia radiante emitida pela Terra
(em ondas longas), como também de alguma
energia solar.
O papel dos principais gases
• Ozônio é a forma triatômica do oxigênio (O3). A presença do ozônio é vital devido a sua capacidade de absorver a radiação ultravioleta (UV) do sol na reação de fotodissociação. Esse processo ocorre na estratosfera entre 30 e 50 km de altitude
O átomo livre recombina-se novamente para formar outra molécula de ozônio, liberando calor. Na ausência da camada de ozônio a radiação ultravioleta seria letal para a vida.
OOUVO 23
O papel dos principais gases • Ozônio quando ocorre em superfície é
prejudicial a saúde causando irritação nos olhos e danos aos vegetais.
• Forma-se em superfície com a interação dos COV (compostos orgânicos voláteis) e NOx (Óxidos de Nitrogênio) com a radiação solar.
• Em dias com intensa radiação solar os níveis de O3 ultrapassam os limites de segurança em especial no meio da tarde.
Fonte: Julio Barbosa Chiquetto, disponivel em
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/8/8135/tde-19082009-154943/pt-br.php
• Metano (CH4). As principais fontes de geração desse gás são: - o cultivo de arroz, devido à condição anaeróbica das áreas alagadas; - os animais herbívoros, devido ao processo de digestão (homem inclusive); - depósitos de carvão, óleo e gás natural, pois liberam metano para a atmosfera quando escavados ou perfurados.
• O metano é cerca de 30 vezes mais eficiente que o CO2 na absorção de radiação infra-vermelha (formação do efeito estufa natural).
• Dos gases apresentados aqueles que influenciam no efeito estufa são:
• Vapor d´agua (H2O),
• Metano (CH4),
• Dióxido de Carbono (CO2),
• Oxido Nitroso (N2O),
• O efeito estufa é um processo natural que ocorre quando a radiação infra-vermelha (calor) emitida pela superfície é impedida de escapar e retorna para a superfície. Sem o efeito estufa a temperatura média no planeta seria de -18º C, ou seja 33º C abaixo da atual (15,65º C em 2013).
Estrutura Vertical da Atmosfera Sabemos que o ar é compressível, isto é, seu
volume e sua densidade são variáveis. A força da gravidade comprime a atmosfera de modo que a máxima densidade do ar (massa por unidade de volume) ocorre na superfície da Terra.
O decréscimo da densidade do ar com a altura é bastante rápido (decréscimo exponencial) de modo que na altitude de ~5,6 km a densidade já é a metade da densidade ao nível do mar e em ~16 km já é de apenas 10% deste valor e em ~32 km apenas 1%.
Estrutura Vertical da Atmosfera
A patm é expressa no SI (Sistema Internacional) em kPa (quilo
Pascal) mas pode ser representada também em:
1 ATM = 760 mmHg = 1.013,3 mb = 1013,3 hPa = 101,33 kPa
Perfil vertical médio
da pressão do ar.
Estrutura Vertical da Atmosfera
• A camada inferior, onde a temperatura
decresce com a altitude, é a troposfera.
Esta se estende a uma altitude média de
12 km (~ 20 km no equador e ~ 8 km nos
pólos).
• Nesta camada a taxa de variação vertical
da temperatura tem valor médio de -
6,5°C/km, ou seja, -0,65 oC a cada 100
metros.
• do grego tropos equivale a revirar ou misturar.
Estrutura Vertical da Atmosfera
• Estratosfera em média se inicia a cerca
de 18 a 20 km de altitude com seu topo
localizada a 50 km. É nessa camada que
parte da radiação solar ultravioleta (UV)
é absorvida durante o processo de
formação do Ozônio. Esse processo de
absorção da radiação UV pelo O3 resulta
em aumento da temperatura, passando
de – 57ºC na base a 0 ºC no topo, um
acréscimo de 57ºC.
Estrutura Vertical da Atmosfera
• Mesosfera é a camada onde o ar
se torna cada vez mais rarefeito.
A temperatura volta a diminuir
conforme aumenta a altitude. Seu
topo esta em torno de 80 km,
registrando valores em de -90°C.
Estrutura Vertical da Atmosfera
• Termosfera: Essa camada se inicia por
volta de 80 km de altitude até cerca de
500 km, destaca-se por apresentar
temperatura do ar elevadas, resultantes
da absorção de radiação solar de onda
curta, principalmente raios gamas, X e
ultravioleta, pelo oxigênio e nitrogênio. É
nesta região que se localiza a ionosfera e
que torna possível a transmissão de
ondas de rádio por refleti-las de volta à
superfície da Terra.
Estrutura Vertical da Atmosfera
Como é obtido esse perfil?
- Instrumentos meteorológicos
instalados em aeronaves,
- Lançamento de balões e foguetes
contendo instrumental
meteorológico – Radiossondagem
(~20 km),
- Balões estratosféricos (até ~50km),
Estrutura Vertical
da Atmosfera
Para altitudes
superiores a 25 km
são utilizados
balões
estratosféricos.
Tar = 27,0 oC
São Paulo, SP
Lon = 46,65 W
Lat = 23,62 S
Alt = 722 m
Como a atmosfera atingiu o estado
atual?
• A atmosfera inicial consistia
principalmente de H e He,
• A atmosfera posterior foi formada
principalmente pelas emissões
vulcânicas,
Como a atmosfera chegou a composição atual?
1) Inicialmente por meio de emissões vulcânicas:
– Vapor d’água 85%
– Dióxido de carbono 10%
– Nitrogênio 1 - 5 %
– Enxofre 1 - 5 %
– Partículas e materiais da superfície.
2) Vapor d’água condensou, formando os oceanos.
3) Dióxido de carbono foi dissolvido nos oceanos e
fixado nas rochas sedimentares de carbonato;
4) O oxigênio e ozônio foram obtidos por processo de
Foto-dissociação (A partir da processos com a
Radiação UV).