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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULODEPARTAMENTO 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 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.
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); depósito 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 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 (14,65º C em 2005).
Estrutura Vertical da AtmosferaSabemos 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 AtmosferaComo 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 = 20,4 oC
São Paulo, SPLon = 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.
85 % vapor d’água
10 % CO2
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 (impresso e na
página do apoio didático)