Camadas da Atmosfera

 

Camadas da Atmosfera

Atmosfera

Palavra de origem grega, atmos=gás + sfera=esfera–>atmosfera. Portanto é a esfera gasosa, que envolve o planeta Terra. A atmosfera se estende por centenas de quilômetros, alguns documentos estimam sua espessura em 800 km, que atualmente o homem consegue alcancá-la por meio dos balões-sonda e dos satélites artificiais.

Atmosfera – Função e Constituição

A atmosfera exerce um papel fundamental na manutenção da temperatura, e da vida naTerra. Ao nível do mar, é constituída de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e apenas 1% de outros gases (argônio, xenônio, neônio, gás carbônico), etc., além de poeira.

Atmosfera – Importância

Se não existisse a atmosfera, não haveria animais nem plantas. Como sabemos que O oxigênio é indispensável para a existência da vida na Terra. Todas as características do mundo, tal como o percebemos, e o próprio ambiente terrestre, dependem essencialmente do ar. Sem a atmosfera, não haveria vento, nuvens ou chuva. Não haveria céu azul, nem crepúsculos ou auroras. Não existiria o fogo, pois toda combustão resulta da união do oxigênio com as substâncias que queimam. Não existiria o som, pois o que chamamos de som é a vibração das moléculas de ar contra o tímpano. Sem ar, enfim, as plantas não poderiam nascer e crescer.

Atmosfera – Escudo Protetor

Além de suas demais propriedades, a atmosfera serve de imenso escudo que protege a Terra da violência dos raios solares, absorvendo as radiações de ondas curtas mais perniciosas. À noite, funciona como teto de vidro de uma gigantesca estufa, conservando o calor do dia e impedindo que ele se perca todo no espaço.

Atmosfera – Suas Camadas

Em função de sua imensa espessura,e pelo fato de não apresentar forma homogênea em toda sua extensão, a atmosfera foi dividida em camadas superpostas. Uma das bases para classificação das diferentes camadas da atmosfera foi a variação de temperatura de acordo com a altitude. A atmosfera está estruturada em três camadas relativamente quentes, separadas por duas camadas relativamente frias.

Atmosfera – Cinco Camadas

Uma das divisões mais aceita é: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera e exosfera.

Troposfera

É a camada que esta mais diretamente relacionada com o homem, esta camada tem início no solo, até aproximadamente 16 km de altitude. É na troposfera que ocorrem os fenômenos atmosféricos, o calor, os ventos e as chuvas. A temperatura média que varia de 20°C na parte inferior a 60°C negativos na parte superior.

É nessa camada que se concentram os poluentes, acontecem os fenômenos de precipitação – como a chuva, neve, ventos, calor – onde circulam os balões tripulados e aviões a jato.

Estratosfera

É a camada seguinte e tem uma espessura de cerca de 40 km. Nessa camada, o ar é muito rarefeito. A temperatura oscila entre 60°C negativos e 5°C negativos.

É neste camada que ocorre a presença do gás Ozônio (O3), ( camada de ozônio ) que filtra a radiação ultravioleta emitida pelo sol. A presença do ozônio na atmosfera é essencial à manutenção da vida, como se apresenta, no planeta. A sua eliminação ou diminuição em grande escala podem modificar e modificam a fauna, a flora, enfim, todos os seres vivos da Terra; podem determinar efeitos imprevisíveis aos ecossistemas terrestres e, especialmente aos seres humanos, mas que serão certamente, catastróficos.

Também chegam até a estratosfera os balões meteorológicos, os aviões supersônicos e as nuvens geradas por explosões atômicas. É também na estratosfera que ocorre o efeito estufa, que é um fenômeno que resulta no aquecimento da atmosfera do Planeta, intensificado pela emissão de certos gases para a atmosfera, como o dióxido de carbono (CO2), produzido na queima de combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) e por queimadas. O assunto tem merecido atenção da comunidade científica mundial pelos reflexos e consequências resultantes na vida de todos nós.

Mesosfera

É a camada intermediária, estende-se até aproximadamente 85 km de altura. O ar é mais rarefeito que na camada anterior, composto principalmente por ozônio e vapor de sódio.

Ionosfera

(íons + sfera ): fica acima de 80 km de altitude, composta por moléculas ionizadas, isto é, carregadas eletricamente, é nesta camada que as ondas de rádio são refletidas de volta para a Terra. Na ionosfera ocorrem alguns fenômenos, como por exemplo, a aurora polar , que é visível nas regiões polares e a desintegração dos meteoros provenientes do espaço, é o que nós observamos como estrelas cadentes.

Exosfera

É a camada mais externa, começa após uns 500 km e continua até se confundir com o espaço interplanetário. Nesta camada, a densidade gasosa é ínfima, não se registrando fenômenos assinaláveis, a não ser a existência de dois cinturões de partículas ( Cinturões de Van-Hallen ). O primeiro a 4000 km, e o segundo a 20000 km de altitude.

Camadas da atmosfera

A Figura abaixo dá o esquema das camadas atmosféricas com dados de altitudes, temperaturas e pressões. É evidente que são dados médios e que as transições não são abruptas conforme a figura pode sugerir.

Notar que a mudança de uma camada para outra se dá pela mudança do comportamento da variação de temperatura. Nas transições, ocorrem pequenas faixas de temperatura constante e depois os sentidos das variações se invertem.

A primeira camada, troposfera, contém cerca de 80% da massa total da atmosfera. A tropopausa é a camada de transição para a seguinte (e nomes de construção semelhante para as demais transições).

A estratosfera contém cerca de 19,9% da massa total e muito pouco vapor d’água.

Portanto, nas duas primeiras camadas está a quase totalidade do ar, o que pode ser observado pelos minúsculos valores de pressão nas camadas superiores.

Camadas da Atmosfera

Composição do ar

A tabela abaixo mostra os percentuais volumétricos dos principais componentes do ar seco. Os gases nobres (argônio, criptônio, hélio, neônio, xenônio) são mantidos por processos radiológicos ou são de caráter permanente.

O gás de maior percentual, nitrogênio, tem importantes funções para os seres vivos. Compostos de nitrogênio no solo são fundamentais para o crescimento de plantas e, portanto, para toda a cadeia biológica.

A fixação do nitrogênio no solo se dá por diferentes processos: atmosférico (raios quebram moléculas de nitrogênio que formam óxidos com o oxigênio e estes formam nitratos com água da chuva que os leva para o solo), industrial (os fertilizantes produzidos artificialmente) e biológico (certos tipos de bactérias).

Outros tipos de bactérias convertem os nitratos em nitrogênio gás, retornando-o para a atmosfera. É o chamado ciclo do nitrogênio.

Gás	% em vol
Argônio (Ar)	0,93
Criptônio (Kr)	0,0001
Dióxido de carbono (CO2)	0,036
Hélio (He)	0,0005
Hidrogênio (H2)	0,00005
Neônio (Ne)	0,0018
Nitrogênio (N2)	78,08
Metano (CH4)	0,00017
Óxido nitroso (N2O)	0,00003
Oxigênio (O2)	20,95
Ozônio (O3)	0,000004
Xenônio (Xe)	0,000001

O oxigênio é trocado naturalmente pelos processos biológicos de respiração e fotossíntese. Na respiração, moléculas orgânicas como glicose e outras são oxidadas, produzindo dióxido de carbono, água e liberando energia para o metabolismo.

Exemplo:

C6H12O6 + 6O2 ? 6CO2 + 6H2O + energia

A fotossíntese faz o processo inverso, com ajuda da luz solar.

Exemplo:

6CO2 + 6H2O + luz ? C6H12O6 + 6O2

O dióxido de carbono é introduzido na atmosfera pelos processos de respiração, queima de combustíveis e processos industriais humanos.

Metano é introduzido na atmosfera por animais como gado, insetos como cupins, culturas de arroz, aterros para lixo, mineração, extração de petróleo, etc.

Óxido nitroso é introduzido na atmosfera pela queima de combustíveis fósseis e biomassas, por processos de fertilização de solos.

O ozônio existe naturalmente na estratosfera pela ação da luz solar (combinação do oxigênio molecular (O2) com o oxigênio atômico (O). A atividade industrial humana produz ozônio na superfície (resultado da ação da luz solar sobre alguns poluentes emitidos).

O vapor d’água não consta na tabela pois ela se refere ao ar seco, mas é um importante componente. A proporção é variável, dependendo do local e outras condições. Pode chegar até cerca de 4%. O vapor d’água redistribui calor através da troca latente e permite a formação de nuvens e, por conseqüência, das chuvas.

Efeito estufa

O efeito estufa é bastante análogo ao objeto que lhe dá o nome, isto é, alguns gases presentes na atmosfera têm a propriedade de reter e reenviar o calor refletido pela superfície, de forma similar aos vidros de uma estufa para cultivo de plantas.

É um fenômeno que ocorre naturalmente e, em princípio, não deveria ser nocivo. Pelo contrário. Sem o efeito estufa, a temperatura média da Terra seria algo perto de -20ºC, o que certamente inviabilizaria a existência de vida. O que causa preocupação é o aumento do efeito estufa provocado pelo aumento da concentração de certos gases devido à atividade humana.

Segundo especialistas, os principais responsáveis pelo aumento do efeito estufa são: dióxido de carbono (aumento da concentração 30% em 150 anos), metano (140%), óxido nitroso (11%) e compostos de cloro-flúor-carbono (sem referência anterior pois foi introduzido com uso de sistemas de refrigeração). São gases resultantes de atividades industriais, agrícolas, transportes, mineração e outras.

Acordos e compromissos internacionais têm sido colocados para reduzir a emissão desses gases. Mas é algo um tanto difícil. Depende de esforços tecnológicos e certamente de mudanças de hábitos de consumo. Alguns pesquisadores estimam que a temperatura média da Terra aumentou de 0,3 a 0,6ºC nos últimos 100 anos em razão do aumento da concentração desses gases. E preveem um aumento de 1 a 3ºC para os próximos 100 anos.

Camada de ozônio

Conforme mencionado no tópico Composição do ar, o ozônio é produzido naturalmente na estratosfera pela ação da luz solar sobre o oxigênio.

A radiação ultravioleta do sol faz o processo inverso, isto é:

O3 + ultravioleta ? O2 + O.

E essa reação bloqueia a radiação ultravioleta, impedindo-a de chegar à superfície.

Os primeiros equipamentos de refrigeração usavam amônia como gás refrigerante. Mas é tóxica e inflamável sob certas condições. Assim, o uso era restrito a instalações industriais. Por volta de 1930 foram introduzidos os compostos à base de cloro, flúor e carbono (CFC), que não são inflamáveis nem tóxicos e isso permitiu a ampla utilização dos refrigeradores. Além disso, os gases de CFC foram usados em sprays, processos de limpeza e esterilização, produção de espumas de plástico.

Várias décadas depois, foi verificado que a redução observada da camada de ozônio estava associada ao uso disseminado do CFC. Ao chegar na estratosfera, a radiação ultravioleta o decompõe, liberando o cloro.

E o cloro reage com o ozônio:

Cl + O3 ? ClO + O2

Os efeitos da radiação ultravioleta na superfície são perigosos e alguns de conseqüências imprevisíveis.

Exemplos: câncer de pele, enfraquecimento do sistema imunológico, catarata, redução da população de fitoplânctons na água do mar, etc.

Acordos internacionais foram estabelecidos para a redução gradual do uso do CFC e parece que estão em andamento. Refrigeradores atuais não fazem mais uso de CFC.

Camadas da Atmosfera – O que é

A atmosfera é uma camada de ar que recobre todo o planeta, cerca de 11 quilômetros a partir da superfície.

O que diferencia a atmosfera da Terra dos demais planetas é a composição dos gases.

Devemos lembrar que esta tem sofrido modificações ao longo do tempo, desde a formação do planeta.

Principais camadas da Atmosfera

Troposfera

É a camada da atmosfera que está em contato com a superfície terrestre e que contém o ar que respiramos.
Tem altitude entre 8Km a 16Km
É a camada menos espessa, mas é a mais densa.
O ar junto ao solo é mais quente, diminuindo de temperatura com a altitude até atingir -60ºC.
A zona limite chama-se tropopausa. Aqui a temperatura mantém-se constante.

Estratosfera

Situa-se entre os 12Km a 50Km
É aqui que está a camada de ozono.
Nesta camada a temperatura aumenta de -60ºC a 0ºC. Este aumento deve-se à interação química e térmica entre a radiação solar e os gases aí existentes.
As radiações absorvidas são as ultravioletas (6,6 a 9,9 x10-19 J).
A zona limite chama-se estratopausa. Aqui a temperatura mantém-se constante.

Mesosfera

Situa-se entre os 50Km a 80Km
Trata-se da camada mais fria da atmosfera.
A temperatura volta a diminuir com a altitude, chegando aos -100ºC aos 80Km.
A absorção da radiação solar é fraca.
A zona limite chama-se mesopausa. Aqui a temperatura mantém-se constante.

Termosfera

É a camada mais extensa.
Começa nos 80Km e vai para além dos 1000Km.
Trata-se da camada mais quente da atmosfera.
A temperatura pode atingir os 2000ºC.
Absorvem-se as radiações solares mais energéticas (energia superior a 9,9 x10-19 J).
Subdivide-se em duas partes a ionosfera (entre 80 e 550Km) e a exosfera (parte exterior da atmosfera que se dilui no espaço a partir dos 1000Km de altitude).

Formação de radicais livres na atmosfera

As dissociações de moléculas que ocorrem por ação da luz chamam-se fotólises ou reações fotoquímicas.
Este tipo de reações acontece, principalmente, na parte de cima da troposfera e na estratosfera.
Dissociação de uma molécula é o mesmo que quebrar as suas ligações. É como um chocolate que partimos a metade: seria a dissociação de um chocolate.
Destas dissociações saem partículas muito reativas chamadas radicais.

Dissociação e ionização de partículas

Energia de dissociação

É a energia necessária para quebrar as ligações de uma molécula.

Exemplo: A energia de dissociação da molécula de oxigénio (O2) é 8,3×10-19J.

Se a radiação incidente tiver energia igual a 8,3×10-19J.	Se a radiação incidente tiver energia inferior a 8,3×10-19J.	Se a radiação incidente tiver energia superior a 8,3×10-19J.
A molécula separa-se em radicais livres (O?), que não têm energia cinética.	Há apenas efeito térmico. A energia cinética da partícula aumenta.	A molécula separa-se em radicais livres (O?), que possuem energia cinética.

Formação de iões na atmosfera

A energia solar é absorvida para extrair um electrão.
Se a radiação tiver energia superior à energia de primeira ionização consegue retirar um ião à partícula e ionizá-la.
Como as energias de ionização são relativamente elevadas, as ionizações são mais frequentes na termosfera (ionosfera).
Também podem ocorrer dissociações seguidas de ionizações.

Energia de primeira ionização

É a energia necessária para tirar um electrão a uma molécula ou átomo.

Exemplo: A energia de primeira ionização da molécula de oxigénio (O2) é 1,9×10-18J.

Se a radiação incidente tiver energia igual a 1,9×10-18J.	Se a radiação incidente tiver energia igual a 1,9×10-18J.	Se a radiação incidente tiver energia superior a 1,9×10-18J.
A molécula é ionizada e torna-se O2+.	Há apenas efeito térmico	A molécula é ionizada e torna-se O2+ e fica com energia cinética.

A ATMOSFERA

A atmosfera é uma camada gasosa que envolve a Terra. Ela é formada por uma mistura de gases.

Os gases se encontram em maior quantidade próximo à superfície terrestre. Com o aumento gradual da altitude, a quantidade de gases diminui e o ar se torna rarefeito.

A atmosfera é muito importante pois nos mantém aquecidos (gás carbônico e vapor de água), nos fornece o gás de nossa respiração (oxigênio) e nos protege dos raios ultravioleta que causam câncer (ozônio).

Mas, a atmosfera nem sempre foi como é hoje. A vida de seres como nós só foi possível devido a origem de seres fotossintetizantes que produzem gás oxigênio.

Camadas da atmosfera

Não há limite exato entre uma camada e outra.
O estudo da atmosfera é feito por meteorologistas.

As camadas se dividem em:

Troposfera: Camada mais próxima da Terra, com cerca de 16 km de extensão. Contem a maior quantidade de gases. Nela ocorre a maioria dos fenômenos atmosféricos, como chuvas, ventos e relâmpagos.
Estratosfera: Estende-se por aproximadamente 50 km de altitude. A camada de ozônio está presente nesta camada.
Mesosfera: Estende-se de 50 a 80 km de altitude. Lá a temperatura é muito baixa, chegando a 100ºC abaixo de zero. Algumas vezes encontramos enxames de meteoros o que é costumado chamar de estrelas cadentes.
Termosfera: Caracteriza-se por apresentar temperaturas muito altas, pois há partículas que absorvem o calor. Na parte inferior da camada há grande quantidade de íons, carregadas com cargas elétricas.
Exosfera: É a região-limite entre a atmosfera terrestre e os espaço interplanetário. A temperatura é muito alta durante o dia e baixa durante a noite.

OS GASES DA ATMOSFERA

Composição do ar

O ar é formado pelos seguintes gases: nitrogênio, oxigênio, carbônico, nobres e vapor de água.
O vapor de água está em quantidade variável de lugar para lugar ou de época para época.
A composição do ar também varia com a altitude.

Alguns gases do ar

Gás oxigênio

É indispensável para a respiração humana. E também é indispensável na combustão. (queima)

Para que ocorra a combustão é necessário um combustível (um material que queima), um comburente (gás oxigênio) e uma fonte de ignição que é uma fonte de calor que inicia a combustão.

O extintor de incêndios que geralmente possui gás carbônico, é esguichado para que o gás oxigênio saia e no lugar entra o gás carbônico.

Gás nitrogênio: é o gás mais abundante. Os seres vivos necessitam do elemento nitrogênio, mas não conseguem absorvê-lo diretamente do ar. Alguns microrganismos que ficam em raízes de leguminosas conseguem transformar o nitrogênio em sais minerais que são absorvido por plantas. E os animais conseguem o nitrogênio comendo essas plantas direta ou indiretamente.

Gás carbônico: é indispensável para que as plantas produzam seu alimento por meio da fotossíntese. Além disso, é responsável pelo efeito estufa, que mantém a temperatura em níveis adequados à vida.

Vapor de água: ajuda a regular o clima por meio do ciclo da água. Sua quantidade varia de região para região e das condições do tempo em determinado momento. Ex.: a região Amazônica é muito úmida e já o Sertão nordestino são secos.

OS FENÔMENOS ATMOSFÉRICOS

O que são fenômenos atmosféricos?

As chuvas, os ventos e a temperatura do ar são alguns exemplos.
O conjunto desses fenômenos em determinado instante, numa região, é o que os meteorologistas chamam de tempo.
Meteorologia é a ciência que estuda as variações do tempo e os fenômenos atmosféricos.
Quando esses fenômenos se repetem durante um longo tempo o chamamos de clima.

Ventos

Ocorre com o movimento do ar.
Carregam o vapor de água e as nuvens, distribuindo o calor na atmosfera e interferindo na formação das chuvas. Assim, afetam o tempo e o clima.

Chuvas

O ar quente se expande e sobe levando para camadas mais altas da atmosfera o vapor de água. Nas camadas mais altas, a temperatura é menor, de modo que o ar perde calor e se resfria. O vapor de água se condensa em inúmeras gotículas, formando as nuvens, que caem na forma de chuva.
Chuvas fortes podem vir acompanhadas de raios, relâmpagos e trovões.
Se o frio for intenso, as gotículas podem se congelar ainda nas nuvens originando neve ou granizo.

Variações de temperatura do ar

Durante o dia e durante a noite a quantidade de calor recebida é diferente. Essa diferença pode ser de região para região também.
As regiões próximas à linha do Equador recebem mais calor do que as próximas aos pólos, e a quantidade de calor recebida varia de acordo com as estações do ano.
Essas variações de quantidade de calor nas várias regiões do planeta criam as massas de ar com temperaturas distintas.
Quando essas massas se encontram, são gerados os ventos e as chuvas.
O vento também são responsáveis por promover o encontro de massas de ar.

PROPRIEDADES DOAR

Onde está o ar?

Não podemos ver o ar, mas podemos senti-lo pelo vento, ou observá-lo carregando folhas caídas, poeira.

O ar é uma matéria como outras como conhecemos.

Compressibilidade e Expansibilidade do ar

O ar ocupa todo o espaço disponível em um ambiente. A isso chamamos expansilidade do ar
O ar pode ocupar um volume menor por meio da compressão, a isso chamamos compressibilidade do ar. Ex.: para encher pneus de automóveis o ar é comprimido e acaba sustentando-o.

Pressão atmosférica

É a pressão que o ar faz sobre os corpos na atmosfera.
É a pressão que sustenta o voo das aves e aviões.
Ao nível do mar estamos submetidos a uma pressão maior porque há maior quantidade de ar no local. Ao contrário do que ocorre em locais de alta altitude, a pressão é menor já que a quantidade de ar no local é menor.

Fonte: br.geocities.com/www.mspc.eng.br/www.notapositiva.com/www.ensino.alexanderfleming.com.br