departamento de saúde e serviço curso técnico de meteorologia

DEPARTAMENTO DE SAÚDE E SERVIÇO
CURSO TÉCNICO DE METEOROLOGIA
COMUNICAÇÃO E EXPRESSÃO
PROFª ELIANE S. BARETA GONÇALVES
PROFº ORIENTADOR: DANIEL CALEARO
Alessandra Nienkötter
Aquiles Schlüter
Jean Ferraz
Marcelo Bastos
TRILHAS DE CONDENSAÇÃO
FLORIANÓPOLIS, JUNHO DE 2012
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar queremos agradecer as nossas famílias, que tiveram a
paciência de entender nosso comprometimento com o curso, e nos perdoaram todas
as ausências do convívio familiar que se fizeram necessárias durante as pesquisas.
Também se faz necessário um agradecimento especial ao nosso professor
orientador Daniel Calearo, que nos dispôs seu precioso tempo, sua profunda
sapiência e até sua rede pessoal de amigos para que pudéssemos completar
adequadamente nossa monografia. E não podemos esquecer-nos de um
agradecimento tanto pela ajuda, quanto pela paciência, a nossa professora Eliane.
Obrigado a todos que de alguma maneira contribuíram para a construção
desse trabalho.
RESUMO
O objetivo desta pesquisa é desmistificar e trazer à luz de nossa comunidade
um olhar mais curioso e didático sobre o que são, como se formam e como se
comportam as trilhas de condensação. Para isso a pesquisa voltou na história até o
início do tráfego aéreo em grandes altitudes para falar das primeiras aparições das
trilhas, passando pela Segunda Guerra Mundial quando elas tiveram um papel
importante, até chegar aos dias de hoje, quando elas ainda não são muito
conhecidas e muito menos os seus efeitos para a atmosfera e para o tempo e clima.
Palavras-chave: Trilhas de condensação, Altitude, Umidade, Guerra Mundial
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.........................................................................................................5
2 FORMAÇÃO DAS TRILHAS DE CONDENSACÃO..............................................6
2.1 INTERAÇÃO COM A ATMOSFERA E REGIÕES/CONDIÇÕES FAVORÁVEIS..7
2.2 AS TRILHAS DE CONDENSAÇÃO NOS CÉUS BRASILEIROS........................ 9
2.3 INFLUÊNCIA DAS TRILHAS DE CONDENSAÇAO NO TEMPO E CLIMA.......10
3 POLUIÇÃO GERADA PELAS AS AERONAVES.................................................14
4 OBSERVAÇÕES, INFLUÊNCIAS E APLICAÇÕES DAS TRILHAS DE
CONDENSAÇÃO NAS GUERRAS...........................................................................16
4.1 O PAPEL DAS TRILHAS DE CONDENSAÇÃO NA SEGUNDA GUERRA
MUNDIAL...................................................................................................................18
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................................19
REFERÊNCIAS..........................................................................................................20
1 INTRODUÇÃO
As trilhas de condensação, hoje, fazem parte da família das nuvens. Formadas
a partir da condensação do gás combustível expelido pelos escapamentos de aviões
com o ar extremamente frio encontrado em altas altitudes, podemos considerar as
trilhas como sendo nuvens formadas a partir da ação do ser humano.
As primeiras aparições das trilhas de condensação em nossos céus ocorreram
no período da Primeira Guerra Mundial. Esses rastros de nuvens encheram os céus
da guerra, intrigando muitos de seus observadores. Décadas depois, estudos sobre
o porquê de sua formação, suas influências na nossa atmosfera, e as aplicações
dessas trilhas formadas a partir de condensação, foram surgindo, e os resultados
dessas pesquisas são as base de estudo para o nosso trabalho.
Iremos apresentar a seguir, sua formação, influências em nossa atmosfera
terrestre, e algumas de suas aplicações.
1.1 Objetivo
Explicar a formação e analisar os aspectos das trilhas de condensação na
atmosfera.
1.2 Objetivos específicos
São objetivos específicos deste trabalho:
a) explicar o processos de formação;
b) analisar a interação com a atmosfera;
c) mostrar condições ideais e regiões favoráveis;
d) constatar seu uso nas guerras;
e) analisar a poluição gerada.
2 FORMAÇÃO DAS TRILHAS DE CONDENSAÇÃO_________________________
São nuvens ou não?
Há cerca de duzentos anos quando Luke Howard
nomeou pela primeira vez uma nuvem, ainda não havia sequer como imaginá-las.
Mas ainda hoje suscitam algumas duvidas sobre o que são e como se formam as
trilhas de condensação. Devido as mudança de estado físico de uma substância, as
trilhas são criadas a partir do vapor d’água que é jogado no céu a partir dos
escapamentos dos aviões, vapor esse que vem a ser subproduto da combustão do
motor desses aviões. Como nos descreve o entusiasta e autor de um didático livro
sobre nuvens, Gavin Pretor-Pinney (2006), diferentemente dos flocos de algodão e
das formas variadas e estimulantes da maioria das nuvens naturais, as trilhas riscam
os céus em uma linearidade modernista e têm uma simplicidade abstrata comparada
a uma pintura de Mondrian, tal como a Composição Vertical com Azul e Branco
(Figura 01). Segundo o autor a chamativa e interessante formação das trilhas de
condensação se apresenta praticamente da mesma maneira como a respiração se
transforma em névoa naqueles dias muito frios. Enquanto a maior parte das nuvens
se forma no resfriamento do ar à medida que esse sobe pela atmosfera, as trilhas
surgem quando os gases extremamente quentes do escapamento dos aviões se
resfriam ao se misturar com o ar extremamente frio encontrado nas altitudes de
cruzeiro das aeronaves, altitude essa que pode variar entre 8.500 e 12.000 mil
metros.
2.1 INTERAÇÒES COM A ATMOSFERA E REGIÕES/CONDIÇÕES FAVORÁVEIS
Nessa altitude da atmosfera onde se situa praticamente o limite da camada
conhecida como Troposfera, onde as temperaturas costumam variar entre 30ºC e
60ºC negativos, os gases quentes e úmidos da descarga dos aviões se resfriam
muito rapidamente, o que faz com que parte da umidade se transforme primeiro em
gotículas de água que quase instantaneamente se congelam na forma de cristais de
gelo atrás do avião a uma distância equivalente a da envergadura das asas. Não
fosse essa rápida passagem pelo estado líquido, elas até poderiam ser batizadas de
trilhas de sublimação, mas isso não é possível, porque em altitude de cruzeiro não
são encontradas as exatas condições de pressão e de temperatura necessárias para
que a água passe diretamente do estado gasoso para o estado sólido. Contudo,
mesmo em altitude de cruzeiro, nem sempre os aviões produzem a trilha de
condensação, muitas vezes ao acompanhar enormes aviões atravessando o céu em
grandes altitudes não é possível visualizar nem um mínimo de trilha sequer.
Algumas vezes elas aparecem muito tímidas e finas, mal conseguem manter-se, e
somem com o avião ainda dentro do campo de visão do observador (PRETTORPINNEY,2006/ MAURICI MONTEIRO, 2012).)_______________________________
Mas em algumas ocasiões as trilhas aparecem nítidas e grossas, e vão se
acumulando no céu vários riscos brancos sobrepostos e espalhados em contraste
ao azul, demorando muitas horas para serem completamente dispersos pelo vento.
Isso acontece porque sua formação e duração dependem das condições
atmosféricas nas altitudes de cruzeiro, quando o ar em volta do avião é quente e
seco, os cristais de gelo mal conseguem se formar antes de se evaporarem
totalmente, ou seja, os cristais sublimam em forma de vapor d’água antes mesmo de
passarem pelo estado líquido. Quando o tempo está frio e úmido, o ar fica muito
mais adequado para a formação completa das trilhas de condensação, pois os
cristais de gelo não só se formam com mais facilidade como também, ao se
espalharem com o vento, vão extraindo umidade do ar à sua volta, aumentando em
tamanho e deixando um rastro bem mais significativo (PRETTOR-PINNEY, 2006/
MAURICI MONTEIRO, 2012).
Em virtude dessa variação, as trilhas de condensação podem servir como uma
real possibilidade de observação a respeito das condições de umidade e de
temperatura no topo da troposfera, ajudando, assim, em uma possível previsão do
tempo. Porque diferentes regiões da atmosfera podem normalmente variar bastante
em medidas de umidade e temperatura, as trilhas em algumas ocasiões assumem a
aparência de linhas interrompidas quando da mudança de um bolsão de ar mais
úmido e frio, para um bolsão de ar mais quente e seco (PRETTOR-PINNEY,
2006/MAURICI.MONTEIRO, 2012)._______________________________________
Normalmente nas latitudes temperadas, deve-se esperar uma continuação do
tempo firme quando as trilhas de condensação simplesmente não se formarem atrás
de uma aeronave em grande altitude, ou quando só conseguirem se formar por
períodos curtos de tempo, como traços divididos por longas separações e pouco
espalhados. Essas características informam aos observadores que o ar no alto da
troposfera está seco, o que deverá ajudar na manutenção do tempo firme. Ao
contrário, quando as trilhas aparecem mais grossas, permanecem por longos
períodos e se espalham vagarosamente ao longo das horas, isso pode indicar que o
ar na região mais alta está úmido e em ascensão, o que indica uma possível
chegada de uma frente fria. Portanto, assim como as nuvens Cirrus surgem e se
espalham nos avisando sobre o avanço de um sistema frontal (pré-frontais), com
possível precipitação dentro de aproximadamente um dia, as trilhas de condensação
mais persistentes servem também como um alerta não natural para esse mesmo
sistema. (PRETOR-PINNEY, 2006)
2.2 AS TRILHAS DE CONDENSAÇÕES NOS CÉUS BRASILEIROS___________
Como explica o meteorologista aeronáutico Maurici Monteiro, num país de
dimensões continentais como o Brasil, onde estão diferentes climas espalhados
pelas várias latitudes, temos regiões mais e menos favoráveis para a formação das
trilhas de condensação. Porém, em todo o Brasil temos mais ênfase apenas em
duas regiões, que poderiam ter uma atmosfera mais favorável à formação das trilhas
de condensação. Ao norte do país, onde há uma quantidade enorme de umidade
devido à quase onipresença da Floresta Amazônica, as trilhas são em muito
pequeno número e quando se formam, são também muito pouco desenvolvidas.
Isso se deve à falta de uma temperatura mais adequada para a formação das trilhas,
ou seja, seria fundamentalmente necessária uma atmosfera mais fria para
possibilitar as trilhas de condensação. Por isso apesar da alta umidade, essa região
não consegue brindar seus habitantes com longas e espetaculares trilhas riscando
seu céu. Já a Região Sul, apesar de não ter uma imensa floresta como a
Amazônica, é abastecida com grande quantidade de vapor d’água pelo fluxo de
ventos (de Oeste para Leste), que gera um aumento substancial na umidade da
região, principalmente durante o outono, já que na primavera e no verão não há a
temperatura adequada e que o inverno se apresenta mais seco. Essa umidade que
chega aliada à umidade já existente e em conjunto com as baixas temperaturas
características da latitude, faz com que a Região Sul seja no Brasil, a região com
melhores condições climáticas na alta troposfera para o surgimento de grandes,
espessas e longas trilhas de condensação, sempre atrás dos aviões circulam pela
região (Figura 01).
FONTE: MARCELO BASTOS (2012)
FIGURA 1 - Trilhas de Condensação em Florianópolis.________________________
Durante as semanas de pesquisas para a monografia, houve alguns dias com
intensa presença de trilhas de condensação, principalmente nos dias 05 e 09 de
maio. No dia 05, um sábado, elas chamaram alguma atenção, mas no dia 09, uma
quarta-feira, elas praticamente tomaram conta do céu, não só de Florianópolis e
parte do leste de Santa Catarina, mas também chegaram a alcançar algumas
regiões do estado vizinho, Rio Grande do Sul, como comprova a imagem de satélite
que até já está com as trilhas de condensação marcadas e numeradas (Figura 2).
Segundo o meteorologista Alexandre Aguiar, da Metsul Meteorologia, esse
fenômeno ocorreu devido ao aumento de umidade verificado na altitude de cruzeiro
dos aviões que circulam por essa região, altitude essa que se localiza na faixa dos
11.000 metros. Na figura 3, temos diagramas termodinâmicos baseados nas
radiosondagens feitas no dia 05 de maio, as 12:00Z nas estações meteorológicas
83937 SBSM Santa Maria e 83928 SBUG Uruguaiana. Ambas as estações estão
localizadas nos aeroportos das respectivas cidades do estado do Rio Grande do Sul,
Santa Maria e Uruguaiana. Nos dois gráficos podemos observar que na região
demarcada, na altitude aproximada dos 11.000 metros, se dá a maior aproximação
entre a linha que representa a temperatura do ar e a linha que representa a
temperatura do ponto de orvalho. Segundo o meteorologista Maurici Monteiro, Isso
significa que naquele ponto, a atmosfera está muito perto de alcançar seu ponto
máximo de saturação, ou seja, está com uma umidade relativa muito alta, o que é a
situação ideal para formação das trilhas de condensação. Mesma situação ocorrida
no dia 09 de maio, também confirmada nos dados da radiosondagem realizada as
12:00Z, na estação meteorológica 83928 SBUG Uruguaiana, como mostra a figura
04. Onde novamente as temperaturas do ar e do ponto de orvalho, na altitude de
11.653 metros, estão bem próximas, com diferença exata de 9ºC.
Fonte: Metsul (2012)
Figura 02 – Trilhas capturadas entre Santa Catarina e Rio Grande do Sul.
Fonte: Metsul (2012)
Figura 3 – Diagramas termodinâmicos 09 de maio de 2012
P
GP
T
TD
D
F
277.0 10110 -43.5 -48.5 277 30.8
250.0 10790 -47.5 -56.5 285 36.6
248.0 10843 -47.9 -57.9 284 36.5
219.0 11653 -54.9 -63.9 273 36.3
200.0 12230 -57.9 -68.9 265 36.0
199.0 12261 -58.0 -69.3 260 35.5
Fonte: CPTEC/INPE (2012)
Figura 04 –Dados de radiosondagem
P=pressão/GP=geopotencial/T=temperatura/TD=temperatura do ponto de
orvalho/D=direção do vento/F=velocidade do vento.
2.3 INFLUÊNCIA DAS TRILHAS DE CONDENSAÇAO NO TEMPO E CLIMA
Quando temos condições atmosféricas favoráveis, as trilhas ficam por tanto
tempo que acabam se misturando com as nuvens cirrus aumentando a nebulosidade
local. De acordo com Dr. Wayne Evans/cientista atmosférico os cirrus irradiam mais
energia de calor do que refletem a energia solar para o espaço, portanto contribuem
para o aquecimento global. Em um dia de pesquisas, as condições atmosféricas
estavam tão favoráveis que um avião em particular produziu uma nuvem de fumaça
que ocupou uma área de 4.000 Km², durando cerca de 6 horas. Mas descobriu que
algumas esteiras estavam ocupando áreas muito maiores e durando mais de 20
horas.
Em 11 de setembro de 2001 no atentado às torres gêmeas, a atmosfera
apresentava condições favoráveis para pesquisa sobre a influência das trilhas na
temperatura média local. Com céu aberto e sem nuvens, mas com tráfego aéreo
constante, os pesquisadores não conseguiram chegar a uma conclusão. Em
decorrência dos atentados o tráfego aéreo nos Estados Unidos parou por Três dias.
Os cientistas então chegaram à conclusão de que de fato as trilhas influenciavam de
alguma forma na variação de temperatura. Depois de três dias os pesquisadores se
surpreenderam com os resultados em que constataram que a temperatura média
local aumentou 1,8º C. Então foi concluído pelo climatologista/pesquisador David
Traves que as trilhas influenciavam na temperatura media local.
3 POLUIÇÃO GERADA PELAS AERONAVES._____________________________
Ninguém argumenta contrariamente do uso excessivo do avião para se deslocar
de um lugar para outro. Pelo contrário, mais e mais pessoas estão usando este meio
de transporte, e quanto mais utilizado, mais as tarifas baixam. A proliferação de
tráfego resulta em maior conforto e mobilidade para milhões de pessoas. Mas esses
benefícios têm um preço, e muito caro, para o planeta, para o meio ambiente e para
a camada de ozônio, que são gravemente afetados pela poluição causada pelo uso
do avião. Avião que funciona através da turbina, sendo ela o motor que movimenta o
avião mediante o deslocamento da massa de ar. Ela suga o ar da atmosfera e, após
a combustão, expulsa os gases a uma alta velocidade, gerando aceleração a
aeronave.
Os aviões representam 3% das emissões de dióxido de carbono (CO2) dos
Estados Unidos, não parecendo ser uma parte significativa, no entanto deve ser
levado em conta o aumento substancialmente nos próximos 50 anos. De acordo
com algumas estimativas, 15% das emissões totais, além do CO2 podem
permanecer na atmosfera por centenas de anos. Além do CO2, os aviões emitem
outros gases de efeito estufa.___________________________________________
Gases como óxido nítrico e dióxido de nitrogênio aumentam a concentração de
ozônio na troposfera (a camada inferior da atmosfera), o que ajuda no aquecimento
global. Os aviões também emitem vapor de água, que favorece a formação de trilhas
de condensação e nuvens cirrus, os quais acabam favorecendo mais o aquecimento
global. Outros poluentes são emitidos para a atmosfera em pequenas partículas de
sulfato e de fuligem, que também afetam a formação de nuvens._______________
Embora existam algumas incertezas sobre os efeitos desses gases, verificou-se
que com o passar do tempo iremos perceber o impacto causado por eles. Portanto,
estima-se que o impacto da aviação é de duas a quatro vezes maiores do que o
efeito das emissões de CO2 sozinho. Segundo o órgão americano que cuida das
observações atmosféricas, apenas as aeronaves que voam sobre o continente
emitem mais gases estufa do que alguns setores industriais europeus como a
siderurgia.
O grande problema é que até agora não houve maneira de reduzir a poluição.
As emissões provenientes dos voos internacionais foram expressamente
excluídas do âmbito do Protocolo de Quioto, que previa gradual redução nas
emissões dos países. Em vez disso, a International Civil Aviation Organization
(ICAO) foi convidada para iniciar a ação de reduzir as emissões.
4 OBSERVAÇÕES, INFLUÊNCIAS E APLICAÇÕES DAS TRILHAS DE CONDENSAÇÃO
NAS GUERRAS.____________________________________________________________
Lenços brancos perolados, como o aviador e escritor francês famoso Antoine
Saint-Exupery as chamava, as trilhas de condensação tiveram seus primeiros quinze
minutos de fama durante a Segunda Guerra Mundial. Essas trilhas foram inicialmente
observadas na Primeira Grande Guerra, período em que finalmente os aviões
conseguiram alcançar altitudes necessárias para sua formação. Uma das primeiras
observações feitas das trilhas foi em 1919, quando o piloto de teste da BMW, FranzZeno Diemer, bateu recorde de altitude com o primeiro motor de avião refrigerado à
água, o BMW IIa, em Munique, Alemanha. (Arquivos históricos da BMW)
Até então, ainda não havia a necessidade dos voos chegarem ao topo da
troposfera, pois tráfego aéreo civil era quase inexistente. Devido a isso, podemos
entender o motivo das trilhas serem inicialmente observadas no período das
guerras, quando os aviões tinham que alcançar altitudes cada vez maiores, para
dificultar o rastreamento e ataques dos inimigos.____________________________
Os rastros formados eram de imensa preocupação para os pilotos das
aeronaves na Segunda Guerra Mundial, pois essas trilhas serviam como um modo
de rastreamento das aeronaves, já que literalmente, marcavam o céu por onde o
avião passava e, deixavam claro para os exércitos inimigos não só que havia aviões
na área, mas também o seu percurso._____________________________________
Muitos climatologistas ressaltam a importância dos estudos dos bombardeios
da Segunda Guerra, considerando essencial para compreender os processos que
afetam nosso clima.
4.1 O PAPEL DAS TRILHAS DE CONDENSAÇÃO NA SEGUNDA GUERRA MUNDIAL.___
O período de maior aparecimento das trilhas de condensação após seu
surgimento foi na Segunda Guerra Mundial, período em que ocorreram diversos
ataques aéreos que enchiam os céus de rastros brancos. Era observado pelos
habitantes no solo, o que logo despertou o interesse de alguns. Roger Timmis, do
Lancaster, Centro de Meio Ambiente do Reino Unido, ouviu certa vez uma mulher
idosa ao rádio, recordando de quando era menina e assistiu o céu ‘’ por sua vez,
branco com as nuvens’’ logo após um bombardeio na Inglaterra. Segundo ele, foi
após esse depoimento da senhora que ele percebeu que as trilhas de condensação
que encheram os céus na guerra podiam de alguma maneira ter afetado o clima.
Um exemplo dessa situação é ilustrado na condição observada em 11 de maio
de 1944, em que 1.444 aeronaves decolam do sudeste da Inglaterra, em um céu
claro e límpido. As esteiras, como também são chamados esses rastros, encheram o
céu do país, deixando o céu quase totalmente branco. Décadas depois, estudiosos
descobririam que naquele dia a temperatura matutina diminuiu em todas as áreas
onde ocorreu grande circulação desses voos.______________________________
Um estudo publicado no International Journal of Climatology mostrou que nessas
regiões,
a
temperatura
diminuiu
cerca
de
0.8º
C
pela
manhã.
Para Rob MacKenzie é necessária uma mineração de dados para verificar os
efeitos dos rastros na atmosfera terrestre. Para pesquisar mais sobre as trilhas de
condensação na década de quarenta, período da Segunda Grande Guerra, Roger
Timmis e MacKenzie usaram registros operacionais do Exército e Força Aérea dos
EUA, e da Força Aérea Real Britânica, juntamente com dados meteorológicos
arquivados da época, e compararam com as temperaturas atuais encontradas acima
de onde os aviões costumam voar, onde não há existência das trilhas. David Lee da
Manchester Metropolitan University, Reino Unido, afirmou que usar esses arquivos
históricos é uma técnica inovadora, e totalmente coerente com o que já sabemos
sobre a aplicação das trilhas de condensação na atmosfera.___________________
A conclusão desses estudos é de que em todas as áreas onde ocorreram
intensos tráfegos de aviões de guerra ocorreu um significativo esfriamento na região.
Fonte: New Scientist (1944)
Figura 05 – Marinheiros americanos durante a Segunda Guerra.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS____________________________________________
Apesar de já estarem para completar o centenário de suas primeiras
visualizações, as trilhas de condensação ainda precisam de muito estudo para que
sejam completamente conhecidos seus efeitos na atmosfera.___________________
Um dos motivos para que saibamos tão pouco sobre as trilhas de
condensação, é o fato de elas existirem e se relacionarem com a atmosfera
terrestre, e como na atmosfera terrestre há inúmeras variáveis, tais como pressão,
densidade, temperatura, serão ainda necessários muitos anos de incessantes
estudos e cálculos para que haja um consenso e uma palavra definitiva sobre o
verdadeiro papel das trilhas de condensação._______________________________
Mas apesar dos estudos ainda incipientes e de opiniões ainda conflitantes,
sabemos que enquanto houver aviação, junto com as condições atmosféricas
favoráveis, elas riscarão de branco o azul do céu de todos os continentes.
REFERÊNCIAS
Contrails Science. Disponível em:
http://contrailscience.com Acesso em: 29 de abril de 2012
IRFAN, Umair. Contrails Aviation affects climate. Scientific American. 7 de Julho de
2011. Disponível em:
http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=contrails-aviation-affects-climate
Acesso em: 29 de abril de 2012
MARSHALL, Michael. Second World War bombers changed the weather. New
Scientist. 20 Julho de 2010. Disponível em:
http://www.newscientist.com/article/dn20667-second-world-war-bombers-changedthe-weather.html Acesso em: 31 de abril de 2012
MONTEIRO, Maurici. Florianópolis, 5 de abril de 2012. Entrevista concedida ao
grupo.
Natureza Ecológica. Disponível em:
http://naturezaecologica.com/ Acesso em: 31 de abril de 2012
PARRY, Wynne. WWII bombing raids contrails weather climate. Live Science. 7 de
Julho de 2011. Disponível em:
http://www.livescience.com/14944-wwii-bombing-raids-contrails-weather-climate.html
Acesso em: 30 de abril de 2012
PRETTOR-PINNEY, Gavin ‘’Guia do Observador de Nuvens‘’
TRAVIS, David J.; CARLETON, Andrew M. ; LAURISTEN, Ryan G. Contrails reduce
daily temperature range. Nature. Agosto de 2002.