Atmosfera terrestre

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A característica composição do ar permite que as longitudes de onda azuis sejam mais visíveis que as de outras cores, o qual dá uma cor azulado à atmosfera terrestre desde o espaço. No transfondo pode-se apreciar a lua ligeiramente distorsionada pelo ar.

A atmosfera terrestre é a parte gasosa da Terra que constitui a capa mais externa e menos densa do planeta. Constitui-se de vários gases que variam em quantidade segundo a pressão a diversas alturas. Esta solução que compõe a atmosfera recebe genericamente o nome de ar. O 75% da atmosfera encontra-se nos primeiros 11 km de altura desde a superfície planetaria. Os principais elementos que a compõem são o oxigénio (21%) e o nitrógeno (78%).

A atmosfera e a hidrosfera, constituem o sistema de capas fluídas superficiais do planeta, cujos movimentos estão estreitamente relacionados. As correntes do ar reduzem drasticamente as diferenças de temperatura entre o dia e a noite, distribuindo o calor por toda a atmosfera.

Esta capa de gases protege a vida da Terra, absorvendo grande parte da radiación solar ultravioleta na capa de ozónio. Ademais, actua como escudo protector contra os meteoritos, os quais se trituran em pó por causa do atrito que sofrem ao fazer contacto com o ar.

Durante milhões de anos, a vida tem transformado uma e outra vez a composição da atmosfera. Por exemplo; sua considerável quantidade de oxigénio é possível graças às formas de vida -como são as plantas- que convertem o dióxido de carbono em oxigénio, o qual é respirable -a sua vez- pelas demais formas de vida, tais como os seres humanos e os animais em general.

Composição

Na atmosfera terrestre podem distinguir-se duas regiões com diferente composição, a homosfera e a heterosfera.

Homosfera

A homosfera ocupa os 100 km inferiores e tem uma composição constante e uniforme.

oxigénio (20,946%)
nitrógeno (78,084%)
argón (0,934%)
dióxido de carbono (0,046%)
vapor de água (aprox. 1%)
neón (18,2 ppm)
helio (5,24 ppm)
kriptón (1,14 ppm)
hidrógeno (0,5 ppm)
ozónio (11,6 ppm)

Heterosfera

A heterosfera estende-se desde os 100 km até o limite superior da atmosfera (uns 10.000 km); está estratificada, isto é, formada por diversas capas com composição diferente.

100-400 km - capa de nitrógeno molecular
400-1.100 km - capa de oxigénio atómico
1.100-3.500 km - capa de helio.
3.500-10.000 km - capa de hidrógeno.

Variação da pressão com a altura

Artigo principal: Atmosfera

A variação com a altura da pressão atmosférica com o conhecimento que se tem do magnetismo ou da densidade atmosférica é o que se conhece como Lei barométrica.

A diferença de pressão entre duas capas separadas por um $\Delta h$ é:

$\Delta P=- \rho \cdot g \cdot \Delta h$

pois supõe-se a densidade constante.

A lei da densidade supondo o ar como um gás ideal

$\rho=\frac{P}{R \cdot T}$

aplicada à superfície da Terra resulta uma densidade do ar $\rho_0=1,225 \cdot \frac {g}{dm^3}$ .

Pretendemos subir uma montanha não excessivamente alta (para que a densidade seja constante) e queremos saber como diminuirá a pressão à medida que ascendemos

Como a densidade do mercurio é: $\rho_{Hg}=13,6 \frac {g}{cm^3} \,$ é 11.100 vezes maior que a densidade do ar resulta que a pressão diminui 1 mm de Hg quando nos elevamos 11100 mm isto é 11,1 m. Agora bem como 4 hPa são 3 mm de Hg a pressão diminui 4 hPa a cada 33,3 m isto é 1 hPa a cada 8 m de ascensão.

Em uma atmosfera isoterma a pressão varia com a altura seguindo a lei:

$P=P_0 \cdot e^{\frac{-M \cdot g \cdot (h-h_0)}{R \cdot T}}$

onde M é a massa molecular, g a aceleração da gravidade, h-h₀ é a diferença de alturas entre os níveis com pressões P e P₀ e T é a temperatura absoluta média entre os dois níveis, e R a constante dos gases perfeitos. O facto de que a temperatura varie sim limita a validade da fórmula. Pelo contrário, a variação da aceleração da gravidade é tão suave que não afecta.

Escala de altura

A escala de altura é a altura à que há que elevar em uma atmosfera para que a pressão atmosférica diminua em um factor e=2,718182. Isto é a diminuição de pressão é $1-\frac {1}{e}=0,632= 63,2%$ Para calculá-la basta com pôr na Lei barométrica $P=P_0/e \,$ resulta:

$H=\frac{R \cdot T}{M \cdot g} \,$

Para a atmosfera da Terra a escala de alturas H é de 8,42 km.

Em função da escala de alturas H a pressão pode expressar-se:

$P=P_0 \cdot e^{-\frac {(h-h_0)}{H}} \,$

e analogamente para a densidade:

$\rho=\rho_0 \cdot e^{-\frac {(h-h_0)}{H}} \,$

Capas da atmosfera terrestre e a temperatura

Capas da atmosfera.

Erro ao criar miniatura:

Capas da Atmosfera

A temperatura da atmosfera terrestre varia com a altitude. A relação entre a altitude e a temperatura é diferente dependendo da capa atmosférica considerada: troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera.

As divisões entre uma capa e outra se denominam respectivamente tropopausa, estratopausa, mesopausa e termopausa.

Troposfera

Artigo principal: Troposfera

Suas principais características são:

Sua espessura atinge desde a superfície terrestre (tanto terrestre como acuática ou marinha) até uma altitude variável entre os 6 km nas zonas polares e os 18 ou 20 km na zona intertropical, pelas razões indicadas mais adiante.
Sua temperatura diminui com a altitude. A troposfera é a capa inferior (mais próxima à superfície terrestre) da atmosfera da Terra. À medida que sobe-se, diminui a temperatura na troposfera, salvo alguns casos de investimento térmica que sempre se devem a causas local ou regionalmente determinadas.
A latitud do lugar determina o maior ou menor espessura da troposfera, sendo muito maior na zona intertropical pela força centrífuga do movimento de rotação terrestre e muito menor nas zonas polares pela mesma razão (achatamiento polar).
Na troposfera sucedem os fenómenos que compõem o que chamamos tempo meteorológico.
A capa inferior da troposfera denomina-se a capa geográfica, que é onde se produzem a maior proporção de fenómenos geográficos, tanto no campo da geografia física como no campo da geografia humana.

Estratosfera

Artigo principal: Estratosfera

Seu nome obedece a que está disposta em capas mais ou menos horizontais (ou estratos) 9/18 - 50 km, a temperatura permanece constante para depois aumentar com a altitude. A estratosfera é a segunda capa da atmosfera da Terra. À medida que sobe-se, a temperatura na estratosfera aumenta. Este aumento da temperatura deve-se a que os raios ultravioleta transformam ao oxigénio em ozónio, processo que envolve calor: ao ionizarse o ar, converte-se em um bom condutor da electricidade e, portanto, do calor. É por isso que a certa altura existe uma relativa abundância de ozónio (ozonosfera) o que implica também que a temperatura se eleve a uns 80° C ou mais. No entanto, essa temperatura não tem praticamente nenhum significado, já que se trata de uma atmosfera muito enrarecida, muito ténue.

Mesosfera

Artigo principal: Mesosfera

50 - 80/90 km, a temperatura diminui novamente com a altitude. A mesosfera é a terceira capa da atmosfera da Terra. A temperatura diminui à medida que sobe-se, como sucede na troposfera. Pode chegar a ser até -90° C. É a zona mais fria da atmosfera. A mesosfera começa após a estratosfera. Às vezes, pode-se distinguir a mesosfera na orla de um planeta (como a banda azul no extremo direito da fotografia).

Ionosfera

Artigo principal: Ionosfera

A termosfera ou ionosfera: 80/90 - 600/800 km, a temperatura aumenta com a altitude. A termosfera é a quarta capa da atmosfera da Terra. Encontra-se acima da mesosfera. A esta altura, o ar é muito ténue e a temperatura muda com a actividade solar. Se o sol está activo, as temperaturas na termosfera podem chegar a 1.500° C e inclusive mais altas. A termosfera da Terra também inclui a região chamada ionosfera.

Exosfera

Artigo principal: Exosfera

A última capa da atmosfera da Terra é a exosfera (600/800 - 2.000/10.000 km). Esta é a área onde os átomos se escapam para o espaço.

Regiões atmosféricas

Ozonosfera: região da atmosfera onde se concentra a maior parte do ozónio. Encontra-se na baixa estratosfera, entre os 15 e 32 km, aproximadamente. Esta capa protege-nos da radiación ultravioleta do Sol.
Ionosfera: região ionizada pelo bombardeio produzido pela radiación solar. Corresponde-se aproximadamente com toda a termosfera.
Magnetosfera: Região exterior à Terra onde o campo magnético, gerado pelo núcleo terrestre, actua como protector dos ventos solares.
Capas de airglow: São capas situadas cerca da mesopausa, que se caracterizam pela luminiscencia (inclusive nocturna) causada pela reestruturação de átomos em forma de moléculas que tinham sido ionizadas pela luz solar durante o dia, ou por raios cósmicos. As principais capas são a do OH, a uns 85 km, e a de Ou2, situada a uns 95 km de altura, ambas com uma espessura aproximada de uns 10 km.

Funções da atmosfera

Atrito atmosférica

A atmosfera é um escudo protector contra os impactos de enorme energia que provocariam ainda pequenos objectos espaciais ao colisionar a altísima velocidade a superfície do planeta.

Sem atmosfera, a velocidade de colisão destes objectos seria a soma de sua própria velocidade inercial espacial (medida desde nosso planeta) mais a aceleração provocada pela gravitación terrestre.

A energia cinética dos meteoritos transforma-se em calor pelo atrito dos mesmos no ar e desde a superfície vemos um meteoro, meteorito ou também estrela fugaz.

O atrito é a manifestação macroscópica de uma transferência de energia cinética, ou sua transformação em outro tipo de energia, pela que um corpo "perde movimento lho cedendo a outro já seja lhe transferindo parte de seu próprio movimento ou se transformando em movimentos moleculares (calor, vibração sonora, etc.)

Velocidade constante em queda livre

Um corpo em queda livre dentro da atmosfera pode ter velocidade decreciente, dado que a atração gravitacional produz um movimento uniformemente acelerado somente no vazio.

Se um corpo começa a cair atravessando a atmosfera, vai-se acelerando até que seu peso tanto faz à força de atrito que se produz pela deslocação dentro do ar. Nesse momento deixa de acelerar, e sua velocidade começa a decrecer à medida que a atmosfera aumenta sua densidade, provocando uma força de atrito maior.

Pode desacelerar a velocidade de queda não só pela densidade da atmosfera senão também pela variação da área de secção atravessada, o que aumenta o atrito. Os acróbatas aéreos de queda livre podem variar sua velocidade de queda acelerando ou desacelerando: se deslocam-se de cabeça aceleram até equilibrar seu peso, e se abrem os braços e pernas desaceleran.

Ciclos biogeoquímicos

Artigo principal: Ciclo biogeoquímico

A atmosfera tem uma grande importância nos ciclos biogeoquímicos. A composição actual da atmosfera é devida à actividade da biosfera (fotosíntesis), controla o clima e o ambiente no que vivemos e engloba dois dos três elementos essenciais (nitrógeno e carbono); aparte do oxigénio. Passa bem misturada, isto é, reflete mudanças globais.

A actividade do homem está a modificar sua composição, como o aumento do dióxido de carbono ou o metano, causando o efeito invernadero ou o óxido de nitrógeno, causando a chuva ácida.

Filtro das radiaciones solares

As radiaciones solares nocivas, como a ultravioleta, são absorvidas quase em um 90% pela capa de ozónio da estratosfera. A actividade mutágena de dita radiación é muito elevada, originado dímeros de timina que induzem o aparecimento de melanoma na pele. Sem esse filtro, a vida fora da protecção do água não seria possível.^[1]

Efeito invernadero

Graças à atmosfera a Terra não tem grandes contrastes térmicos; devido ao efeito invernadero natural, que está produzido por todos os componentes gasosos do ar, que absorvem grande parte da radiación infravermelha re-emitida pela superfície terrestre; este calor fica retido na atmosfera em vez de perder no espaço graças a duas características físicas do ar: seu compresibilidad, que comprime o ar em contacto com a superfície terrestre pelo próprio peso da atmosfera o que, a sua vez, determina a maior absorción de calor do ar submetido a maior pressão e a diatermancia, que significa que a atmosfera deixa passar à radiación solar quase sem se aquecer (a absorción directa de calor procedente dos raios solares é muito escassa), enquanto absorve grande quantidade do calor escuro (^[2]) reenviado pela superfície terrestre e, sobretudo, acuática de nosso planeta. Este efeito invernadero tem um papel finque nas suaves temperaturas médias do planeta. Assim, tendo em conta o constante solar (calorías que chegam à superfície da Terra por centímetro quadrado e por minuto), a temperatura média do planeta seria de -27 °C, incompatível com a vida tal e como a conhecemos; em mudança, seu valor real é de 15 °C devido precisamente ao efeito invernadero.^[1]

Evolução

A composição da atmosfera terrestre não permanece estacionária, senão que varia com o passo do tempo por diversas causas. Ademais, os elementos ligeiros estão continuamente escapando da gravidade terrestre; de facto, na actualidade se fugan uns três kilogramos de hidrógeno e 50 gramas de helio a cada segundo, cifras que em tempos geológicos (milhões de anos) resultam decisivas, ainda que compensam, ao menos em grande parte, a matéria recebida do sol em forma de energia (^[3]).

Podem-se estabelecer diferentes etapas evolutivas da atmosfera segundo sua composição:

Origem

Sua origem produz-se por:

Perda da capa de gases da nebulosa original (H e Tenho).
Aumento da massa da Terra o que gerou um aumento da Gravidade.
Enfriamiento da Terra.
Formação da atmosfera primitiva.
Desgasificación da cortezaterrestre .
Formação de uma capa de gases: atmosfera primitiva. Esta atmosfera, tem uma composição parecida às emissões vulcânicas actuais, onde dominariam o N₂, CO₂, HCl e SO₂.
Alguns gases e o H₂Ou de procedência externa (Cometas).

Etapa prebiótica

Dantes da vida, a atmosfera sofreu umas mudanças:

Condensación do vapor de água: formação dos oceanos e dissolução de gases neles (CO₂, HCl e SO₂).
Principal gás da atmosfera: Nitrógeno (N₂).
Não tinha oxigénio (Ou₂).

Etapa microbiológica

Etapa com o aparecimento das primeiras bactérias anaeróbicas (que usam H e H₂S) e fotosintéticas (Bactérias do azufre e cianobacterias):

Começa a produção de Ou ₂ do oceano.
O Ou₂ produzido utiliza-se para oxidar as substâncias reduzidas do oceano. Prova disso são a deposición das formações de ferro em bandas:

Fé⁺³ + Ou₂ → Fé₂Ou₃

Uma vez oxidado as substâncias, começa a produção de Ou₂ para a atmosfera.
O Ou₂ libertado gasta-se para oxidar substâncias reduzidas da corteza terrestre. Prova disso são a formação de capas vermelhas de origem continental.

Etapa biológica

Etapa com o aparecimento de organismos eucariotas com fotosíntesis mais eficiente:

Aumento do Ou₂ na atmosfera até a concentração actual (21%).
Formação da capa de Ou ₃ (protecção da radiación ultravioleta do Sol), permitindo a colonização das terras emergidas.

Referências

↑ ^a b Costa, M. et a o.. 2009. Ciències da Terra i do Medi Ambient. Ed. Castellnou, Barcelona. ISBN 978-84-9804-640-3
↑ Denomina-se calor escuro à energia transmitida pelos raios infravermelhos, banda não visível do espectro solar
↑ Catling, David C.; Zahnle, Kevin J. (Julio de 2009). «[Expressão errónea: operador < inesperado Perdas nas atmosferas planetarias]». Investigação e ciência (Scientific American) (394): pp. 14-22.

Enlaces externos

pnb:ہوا

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