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

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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 da Terra vista do espaço

Fonte: Ahrens, C. D. Meteorology Today, 2003.

• 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

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,

Monte St. Helena

(EUA)

adicionando vapor,

CO2 e outros

compostos à nossa

atmosfera.

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).

Verifique exercício 2 a ser entregue

na próxima aula.

Próxima aula:

- Relações Astronômicas Terra - Sol