departamento de saúde e serviço curso técnico de meteorologia
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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.
