Capítulo 1 – A Atmosfera da Terra

Faculdade CEAP
Curso de Arquitetura e Urbanismo
Disciplina: Clima e Conforto no Ambiente Construído
Professor: João Paulo Nardin Tavares, Msc.
Acadêmico(a):_______________________________
Unidade I – Meteorologia e Climatologia
Capítulo 1 – A Atmosfera da Terra
A nossa atmosfera é uma delicada camada de ar que envolve a Terra, dando suporte
à vida. Vivendo na superfície da Terra, nós nos adaptamos completamente ao
ambiente atmosférico que nos circunda. Apesar de não podermos cheirar, ver, ou
sentir o gosto do ar, pode parecer surpreendente que entre os seus olhos e as páginas
que você está lendo, há trilhões de moléculas de ar. E é ainda surpreendente que,
podemos respirar normalmente em qualquer ponto da Terra viajando na horizontal,
mas se viajarmos apenas 8 quilômetros de altitude, sufocaríamos. Se a Terra fosse
comparada a uma bola de futebol, a atmosfera teria a espessura de uma folha de
papel.
Neste capítulo, iremos examinar vários conceitos e ideias acerca da atmosfera
terrestre.
1.1 Visão Geral da Atmosfera da Terra
A atmosfera terrestre é um “envelope” gasoso composto principalmente de nitrogênio
(N2) e oxigênio (O2), com pequenas quantidades de outros gases, tais como vapor
d’água (H2O) e dióxido de carbono (CO2). Imersas na atmosfera encontram-se
nuvens de água líquida e cristais de gelo.
A fina área azul perto do horizonte na figura 1.1 representa a parte mais densa da
atmosfera. Cerca de 99% da atmosfera permanece a 30 km da superfície da Terra.
Essa camada de ar protege constantemente a superfície terrestre e seus habitantes da
energia radiante ultravioleta proveniente do sol, bem como de material do espaço
sideral, que são perigosos. Não há limite superior definido para a atmosfera, ao
contrário, ela se torna cada vez mais fina, até se misturar com o espaço vazio
interplanetário.
Figura 1.1 – A Atmosfera terrestre. As nuvens ocupam a parte mais densa da
atmosfera e a faixa azul que se funde com o espaço é a parte mais rarefeita da
atmosfera.
1.2 Composição da Atmosfera
A tabela 1.1 apresenta os vários gases presentes em um volume de ar próximo à
superfície terrestre. Note que o nitrogênio (N2) ocupa cerca de 78% e o oxigênio (O2)
cerca de 21% do volume total. Se todos os outros gases fossem removidos, essas
porcentagens de nitrogênio e oxigênio se manteriam constantes até uma elevação de
aproximadamente 80 km. Ou seja, a proporcionalidade entre esses gases se mantém
constante com a altura.
Gás
Proporção
Nitrogênio
78%
Oxigênio
21%
Argônio
0,73%
Outros
0,002%
À superfície, há um balanço entre a destruição (output) e a produção (input) desses
gases. Por exemplo, o nitrogênio é removido da atmosfera principalmente pelos
processos biológicos que envolvem as bactérias do solo. E retorna à atmosfera em
sua maior parte através da decomposição de matéria orgânica. Por outro lado, o
oxigênio é removido da atmosfera quando a matéria orgânica se decompõe e quando
o oxigênio se combina com outras substâncias, produzindo óxidos. Também é retirado
da atmosfera durante a respiração, quando inspiramos oxigênio e expiramos dióxido
de carbono. A adição de oxigênio na atmosfera ocorre através da fotossíntese, quando
as plantas, na presença de luz solar, combinam dióxido de carbono e água para
produzir açúcar e oxigênio.
A concentração do invisível gás vapor d’água, entretanto, varia enormemente no
espaço e no tempo. Próximo à superfície nas regiões tropicais quentes, o vapor d’água
pode atingir até 4% em concentração na composição atmosférica, por outro lado, nas
regiões polares, frias e secas, sua concentração cai para uma mera fração de um por
cento! As moléculas de vapor d’água são, obviamente, invisíveis. Elas se tornam
visíveis apenas quando se transformam em partículas maiores sólidas ou líquidas,
como gotas em nuvens ou cristais de gelo. A mudança de estado de vapor para líquido
se chama condensação, enquanto o processo inverso é chamado de evaporação. Na
baixa atmosfera, a água está por toda parte. É a única substância que existe nas
fases líquida, gasosa e sólida, nas condições de pressão e temperatura encontradas
próximo à superfície da Terra (Figura 1.2).
Figura 1.2 Mudanças de estado da água.
O vapor d’água é um gás extremamente importante na nossa atmosfera. Não apenas
se transforma em partículas líquidas e sólidas nas nuvens, que crescem em tamanho
e caem como precipitação, como também liberam grandes quantidades de calor –
chamado calor latente – quando muda de fase. O calor latente é uma importante fonte
de energia atmosférica, especialmente para tempestades, inclusive os furacões. Além
disso, o vapor d’água é um potente gás de efeito estufa, porque absorve fortemente
uma grande porção da energia radiante emitida pela Terra (como os vidros de uma
estufa de vegetação evita que o calor de dentro escape para fora). Logo, o vapor
d’água exerce um papel significante no balanço de energia da Terra.
O dióxido de carbono (CO2), um componente natural da atmosfera, ocupa uma
pequena (mas importante) fração de um volume de ar, perto de 0,037%. O CO2 entra
no sistema atmosférico principalmente através da decomposição da vegetação, mas
também se origina de erupções vulcânicas, exalações de vidas animais, queimada de
combustíveis fósseis (carvão, óleo, petróleo e gás natural) e do desmatamento. A
remoção de CO2 da atmosfera ocorre no processo de fotossíntese, quando as plantas
consomem CO2 para produzir biomassa. Então o CO2 é armazenado nas raízes,
troncos e folhas. Os oceanos atuam como grandes reservatórios de CO2, à medida
que o fitoplâncton (minúsculas plantas aquáticas) na superfície da água fixam o CO2
em seus organismos. O dióxido de carbono que se dissolve diretamente na superfície
da água mistura-se nas correntes e circula até grandes profundidades. As estimativas
indicam que os oceanos mantém mais de 50 vezes o conteúdo total de CO2
atmosférico.
1.3 Estrutura Vertical da Atmosfera
A atmosfera pode ser dividida em camadas, de acordo com a variação de temperatura.
A atmosfera está estruturada em três camadas relativamente quentes, separadas por
duas camadas relativamente frias. Os contatos entre essas camadas são areas de
descontinuidade, e recebem o sufixo "pausa", após o nome da camada subjacente. A
Figura 1.3 mostra a variação de temperatura entre as camadas. De maneira geral, a
temperatura diminui com a altura próximo ao solo. Nas altas camadas onde ocorre o
contrário, a reação química entre o ozônio e a radiação ultravioleta do Sol provoca o
aquecimento observado.
Figura 1.3 – Estrutura vertical da atmosfera
1.4 Relações físicas entre pressão, densidade e temperatura na atmosfera
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Em superfície, a parcela apresenta a mesma temperatura e pressão que o ar
ao redor. Ao subir, sua pressão diminui com altitude. O ar ao redor apresenta
menor pressão. Pressão externa menor, ocorre expansão da parcela de ar. Na
expansão, parte da energia da parcela é consumida, a velocidade média das
moléculas diminui e então diminui sua temperatura.
Na descida, ao descer até a superfície, a pressão externa é maior. Isso
provoca compressão da parcela de ar, redução do volume e aumento da
velocidade média das moléculas. Consequentemente, aumento da
temperatura.
Resumindo:
Parcela de ar que sobe: expande e esfria
Parcela de ar que desce: comprime e esquenta
A Figura 1.4 ilustra a estrutura da atmosfera, com as principais características de cada
camada.
Figura 1.4 – Camadas da Atmosfera.
Fontes Consultadas
AHRENS, C.D. Essentials of meteorology – an Invitation to the Atmosphere. 3.ed.
2004
MASSAMBANI, O. O clima da Terra: Processos, mudanças e impactos.
Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG/USP, 2009.