Estrutura e composição da atmosfera

Diamantino Henriques Diamantino Henriques

20142014

Formação Básica para Técnicos de MeteorologiaFormação Básica para Técnicos de Meteorologia

A Atmosfera

É a camada gasosa que envolve a Terra.

O ar

É uma mistura de gases e partículas em suspensão.

Estrutura vertical da Atmosfera

As radiosondas permintem um conhecimento detalhado da estrutura vertical da atmosfera

Observação da estrutura vertical da AtmosferaObservação da estrutura vertical da Atmosfera

Homosfera e HeterosferaHomosfera e Heterosfera

Estrutura Vertical da AtmosferaEstrutura Vertical da Atmosfera

Em função da variação Em função da variação da da temperaturatemperatura::

•TermosferaTermosfera•MesosferaMesosfera•EstratosferaEstratosfera•TroposferaTroposfera

Em função da variação Em função da variação da da temperaturatemperatura::

•TermosferaTermosfera•MesosferaMesosfera•EstratosferaEstratosfera•TroposferaTroposfera

Em função da variação Em função da variação da composição química:da composição química:

•HeterosferaHeterosfera•HomosferaHomosfera

Em função da variação Em função da variação da composição química:da composição química:

•HeterosferaHeterosfera•HomosferaHomosfera

IonosferaIonosfera

IonosferaIonosfera

Camada Limite PlanetáriaCamada Limite Planetária

Estrutura vertical da Atmosfera

Constituinte

Tempo Residência(Anos)

Abundânciappm(v)

Quase -permanentes

Azoto - N2 ≈ 2 × 107 0.781 × 106

Oxigênio - O2 ≈ 4 × 103 0.209 × 106

Argon - Ar > 106 9170

Neon - Ne > 106 18.2

Hélio - He > 106 5.24

Kripton - Kr > 106 1.14

Xenon - Xe > 106 0.086

Variáveis

Dióxido de carbono - CO2 ≈ 3 395

Metano - CH4 ≈ 5 1.6

Monóxido de carbono - CO ≈ 0.5 0.11

Hidrogênio - H2 ≈ 5 0.56

Óxido nitroso - N2O 100 0.3

Cloroflurocarbonetos - CxFyClz 1 -100 0.3 × 10-3

Muitovariáveis

Ozono - O3 ≈ 0.08 0.01 -0.05

Vapor de água - H2O ≈ 0.03 ≈ 1000

Óxidos de azoto - NOx ≈ 0.01 ≤ 10-3

Amoníaco - NH3 ≈ 0.01 ≤ 10-2

Dióxido de enxofre - SO2 ≈ 0.01 ≤ 10-3

COMPOSIÇÃO COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERADA ATMOSFERA

Medidas de abundâncias atmosféricasMedidas de abundâncias atmosféricas

Razão de mistura molarRazão de mistura molar (em volume):(em volume): p

p

V

v

n

nx iiii ===

% (v) = 10-2 ppm (v)= 10-6

ppb (v) = 10-9 ppt(v) = 10-12

Razão de misturaRazão de mistura (em massa):(em massa): M

Mx

nM

Mn

m

mr i

iiii

i ===% (m) = 10-2

ppm (m) = 10-6

ppb(m) = 10-9 ppt (m)= 10-12

Concentração:Concentração: [ ] ρρ ii

iiii

i rV

m

m

mMi

V

Mn

V

m =====

Concentração molar:Concentração molar: [ ]V

ni i=

gm-3

mg m-3

μg m-3

mol m-3

mol l-3

ni = número de moles de moléculas do constituinte i.

n = número de moles de moléculas de ar

vi = volume parcial do constituinte i:

V= volume de ar

pi = pressão parcial do constituinte i:

p = pressão atmosférica

mi = massa do constituinte i

m = massa de ar

Mi = massa molecular do constituinte i

M = massa molecular média do ar seco ( ≈ 29 g mol-1)

ρ = densidade do ar seco (≈ 1225 g m-3, para: T= 15°C e p= 1013 hPa)

Medidas de abundâncias atmosféricasMedidas de abundâncias atmosféricas

Dióxido de Carbono – CODióxido de Carbono – CO22

Metano – CHMetano – CH44

Monóxido de Carbono – COMonóxido de Carbono – CO

Amostrador MAKS (NOAA/CMDL flask sampling programme)

Amostragem de ar para análise laboratorialAmostragem de ar para análise laboratorial

Problema:Problema:

Qual a concentração de CO2 correspondente a uma razão de mistura de 395 ppmv ?

Medidas de abundâncias atmosféricasMedidas de abundâncias atmosféricas

M

Mx iii ρρ = ρ=1225 g/m3

M=29 g/molMCO2 =12+16 +16=44 g/mol

ρCO2= 395 × 10-6 × 1225 × 44/29 =

= 0,734 g/m3 = 734 mg/m3

Medidas de abundâncias atmosféricasMedidas de abundâncias atmosféricas

1 Unidade Dobson (UD) = 2.69×1020 moléculas de O3 por m2

Quantidade total de ozonoQuantidade total de ozono

Espectrofotómetro de ozono de DobsonEspectrofotómetro de ozono de Dobson

Exploração regular em Lisboa desde 1967 até 2002.

Primeiras observações em 1951 na ilha de Santa Maria com um espectrofotómetro Dobson.

Espectrofotómetro de ozono BrewerEspectrofotómetro de ozono Brewer

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0 100 200 300 400 500

Concentração O3 (ug/m3)

Alti

tude

(m

)

Lajes

Lisboa

Funchal

Sondagem de OzonoSondagem de Ozono

Preparação de uma Sondagem de OzonoPreparação de uma Sondagem de Ozono

Evolução da atmosfera terrestreEvolução da atmosfera terrestre

( 109 years )

methane (CH4) and ammonia (NH3)