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A INTERAÇÃO DOS ELEMENTOS DO CLIMA COM OS FATORES DA ATMOSFERA GEOGRÁFICA: PARTE 03 - UMIDADE ATMOSFÉRICA Disciplina: Climatologia I (GF-410) Prof. Dr. Raul Reis Amorim UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (UNICAMP) INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS (IG) DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA (DGEO) ÁGUA H2O incolor inodorainsípita A água pura é rara na natureza por ser um solvente (dissolve sólidos) Peso da água: 1g/cm3 ou 1kg/L ORIGEM GEOLÓGICA DA ÁGUA HIPÓTESES DEGASEAMENTO Resfriamento do Planeta COMETAS Colisão de cometas com a terra ORIGEM GEOLÓGICA DA ÁGUA Degaseamento H (hidrogênio) O (oxigênio) CO (monóxido de carbono) CO2 (dióxido de carbono) N2 (nitrogênio) SO2 (dióxido de enxofre) O oxigênio e o hidrogênio assim lançados, rapidamente combinaram-se para dar origem ao vapor de água da atmosfera. No começo, as temperaturas e pressões reinantes na Terra só possibilitaram a ocorrência de água na forma de vapor. À medida que as temperaturas baixaram, os vapores de água da atmosfera condensaram-se e formaram nuvens, as quais foram atraídas pela gravidade e caíram na forma de chuva, principalmente, na superfície da Terra. ORIGEM GEOLÓGICA DA ÁGUA A ÁGUA NA TERRA A água é o composto mais comum na superfície terrestre – atingindo volume atual a cerca de 2 bilhões de anos, e existe um balanço de perdas e ganhos. PERDAS - Perde-se água quando se dissocia o H e O. GANHOS - processos magmáticos reintroduzem moléculas de H2O na superfície – água juvenil. • H escapa da gravidade terrestre para o espaço; • Se quebra e forma outros compostos com outros elementos. • Erupções e derrames vulcânicos; • Fontes hidrotermais do fundo oceânico Equilibro HEMISFÉRIOS TERRESTRE E OCEÂNICO PREDOMÍNIO OCEANOS HEMISFÉRIO SUL CONTINENTES HEMISFÉRIO NORTE HEMISFÉRIO OCEÂNICO HEMISFÉRIO CONTINENTAL OS TRÊS ESTADOS DA ÁGUA Pontes de Hidrogênio - é uma ligação química em que apenas dois elétrons são compartilhados por três átomos, tratando-se, portanto de uma ligação deficiente de elétrons PONTES DE HIDROGÊNIO - Tensão superficial da água Tensão superficial da água - força de atração das moléculas na superfície da água é diferente da força que ocorre entre as moléculas abaixo da superfície, pois estas apresentam atração por outras moléculas de água em todas as direções. Isso significa que elas se atraem mutuamente com a mesma força. • As moléculas de água situadas na superfície não apresentam moléculas acima delas, portanto suas ligações de hidrogênio se restringem às moléculas ao lado e abaixo; • Essa desigualdade de atrações na superfície cria uma força sobre essas moléculas e provoca a contração do líquido, causando a chamada tensão superficial, que funciona como uma fina camada na superfície da água. PONTES DE HIDROGÊNIO - Tensão superficial da água A tensão superficial da água é a mais alta de todos os líquidos. Isso explica vários fenômenos. Dentre eles, os principais são: A forma esférica das gotas de água Alguns insetos podem andar sobre a água Flutuação de pequenos objetos PONTES DE HIDROGÊNIO – Capilaridade da água O Efeito de Capilaridade, de acordo com LEINZ e LEONARDOS (1982), consiste em um “fenômeno físico da modificação do nível de líquidos, devido ao contato da sua superfície com um sólido. Assim, em rochas permeáveis, em virtude da atração capilar, a água é elevada e mantida a uma certa altura dependente do tipo de rocha”, ou seja, trata-se de um movimento d’água contrário à ação gravitacional. Destaca-se que: • Árvores “bebem” água capilar. Estas estendem suas raízes nesses tubos capilares – que também contém fileiras de fungos que são higroscópicos (atraem água); • No solo existem milhões de canais verticais ou tubos. Estes são chamados “tubos capilares”. A SINGULARIDADE DAS FORMAS DE GELO Foto processada por computador que revela os padrões de cristais de gelo ditados pela estrutura interna entre as moléculas de água Agulhas de gelo que formam-se no processo de solidificação de um córrego de água de derretimento na Groenlândia Icebergs que embocaram ao longo da costa da Groenlândia, expondo porções submersas que foram esculpidas por correntes de canais de derretimento. Um pequeno Iceberg na costa da Antártica ilustrando o estado de densidade- flutuabilidade do gelo que boia. MUDANÇAS DE FASE CALOR LATENTE – energia calorífera armazenada em um dos três estados físicos da matéria. A energia é absorvida ou liberada em cada mudança de fase de um estado para outro. Energia calorífera absorvida: • Derretimento; • Vaporização; • Evaporação; • Sublimação. Energia calorífera liberada: • Condensação; • Congelamento; • Sublimação DISTRIBUIÇÃO DE OCEANOS E DE ÁGUA DOCE NA TERRA Localização Quantidade (km³) Porcentagem de água doce Porcentagem de água total Água Superficial Mantos de gelo e geleiras 29.180.000 77,14 2,146 Lagos de água doce 125.000 0,33 0,009 Lagos Salinos e mares interiores 104.000 0,28 0,008 Atmosfera 13.000 0,03 0,001 Rios e correntes de água 1.250 0,003 0,0001 Total de água superficial 29.423.250 77,78 2,164 Água subsuperficial Lençol Freático – superfície de 762m de profundidade 4.170.000 11,02 0,306 Lençol freático – 762 a 3.962m de profundidade 4.170.000 11,02 0,306 Armazenamento de umidade do solo 67.000 0,18 0,005 8.407.000 22,22 0,617 Total de água doce (arredondado) 37.800.000 100,00% 2,78% DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA DOCE NA TERRA SISTEMA CLIMÁTICO TERRESTRE MÉDIA ANUAL DA PRECIPITAÇÃO GLOBAL RELAÇÕES CLIMÁTICAS A UMIDADE PODE SER EXPRESSA EM: 1. Umidade Absoluta - massa de vapor de água num dado volume de ar (gr/m3); 2. Umidade Relativa - relação entre o vapor de água presente num dado Volume de ar comparado com o que o saturaria (%); 3. Umidade Específica - conteúdo de vapor de água numa dada massa de ar (gr de vapor de água/kg de ar); 4. Teor de umidade - massa de vapor de água numa dada massa de ar seca (gr vapor de água/kg de ar seco); 5. Tensão de Vapor - pressão do vapor de água numa dada porção de ar (pascal/ milibares, etc.). UMIDADE Refere-se ao vapor d’água no ar. UMIDADE ABSOLUTA • é a massa de vapor de água contida numa unidade de volume de ar (g/m3); • a capacidade higrométrica do ar varia em relação direta com a temperatura. • é a relação existente entre a quantidade de vapor de água existente num dado volume de ar e a quantidade de vapor de água necessária para que esse volume de ar fique saturado à mesma temperatura; • a umidade relativa do ar varia em relação inversa com a temperatura. UMIDADE RELATIVA (UR) UR= 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑′á𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑛𝑜 𝑎𝑟 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑′á𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑜𝑠𝑠í𝑣𝑒𝑙 𝑛𝑜 𝑎𝑟 𝑛𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 × 100 PADRÕES DE UMIDADE RELATIVA Variações diárias típicas demostram relações entre temperatura e umidade relativa Variações sazonais em umidade relativa diária no Hemisfério Norte PRESSÃO DE SATURAÇÃO DE VAPOR umidade relativa de 100%AR SATURADO Taxa de evaporação x Taxa de condensação atingem equilíbrio A saturação indica que qualquer adição de vapor d’água ou qualquer diminuição de temperatura que reduz a taxa de evaporação resulta em condensação. PRESSÃO DE SATURAÇÃO DE VAPOR A temperatura em que determinada massa de ar se torna saturada e a condensação líquida começa a formar gotículas de água é a temperatura do ponto de orvalho. O ponto de orvalho no exterior dará a indicação da possibilidade de ocorrência de orvalhoou geada se a temperatura descer durante a noite abaixo do ponto de orvalho. Esta possibilidade aumenta ainda no caso de céu limpo, devido ao efeito de diminuição de temperatura motivado pela maior radiação em direção ao céu. Quando o valor do ponto de orvalho se aproxima da temperatura externa, existe uma forte indicação de haverá chuva. PRESSÃO DE SATURAÇÃO DE VAPOR O ar está saturado quando a temperatura de porto de orvalho e a temperatura do ar são as mesmas. A medida que as moléculas de agua evaporam das superfícies para atmosfera, tornam-se vapor d’água; O vapor d’água (agora parte do ar) exerce uma porção da pressão atmosférica junto com as moléculas de Nitrogênio e Oxigênio; A parte da pressão atmosférica que é composta de moléculas de vapor d’água é a pressão de vapor, expressa em milibares (mb). PRESSÃO DE SATURAÇÃO DE VAPOR A cada aumento de temperatura de 10◦ C a pressão de saturação do vapor d’água praticamente dobra. AR TROPICAL QUENTE O ar quente no oceano retém grande quantidade de vapor d’água AR FRIO Não produz muita precipitação Ponto de congelamento = Ponto de saturação do orvalho PRESSÃO DE SATURAÇÃO DE VAPOR EXERCÍCIO: Considerando que a 20◦C a pressão de saturação do vapor d’água é de 24 mb, determine a umidade relativa do ar, a esta temperatura quando a pressão variar para: a) 12 mb b) 16 mb c) 20 mb d) 6 mb RESOLUÇÃO: a) (12 mb/24 mb) = 0,5 0,5 x 100 = 50% de umidade relativa do ar INSTRUÇÕES: a) Divide-se a pressão do vapor d’água indicada pela pressão de saturação de saturação do vapor d’água. b) Multiplica-se o resultado por 100% UMIDADE ESPECÍFICA MÁXIMA Umidade específica é a massa de vapor d’água (em gramas) por massa de ar (em kg) em qualquer temperatura especificada. Umidade específica máxima é a massa máxima de vapor d’água possível em um quilograma de ar em qualquer temperatura especificada. UMIDADE ESPECÍFICA MÁXIMA EXERCÍCIO: Considerando que a umidade específica máxima do ar a 40◦C é de 47 g, calcule a umidade específica para as seguintes massas de vapor d’água a 40◦C : a) 12 g b) 6 g c) 25 g d) 18 g RESOLUÇÃO: a) (12 g/24 g) = 0,255 0,255 x 100 = 25,5% de umidade relativa específica INSTRUÇÕES: a) Divide-se a massa do vapor d’água indicada pela massa de umidade específica do vapor d’água. b) Multiplica-se o resultado por 100% INSTRUMENTOS PARA MEDIR A UMIDADE Higrômetro de cabelo Psicrômetro
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