Aula 2 A QUÍMICA DA ATMOSFERA DA TERRA PDF

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A QUÍMICA DA ATMOSFERA 
DA TERRA 
A composição do ar 
Os constituintes maiores 
Os constituintes menores 
A água na atmosfera 
O ciclo dos principais elementos 
Aerossóis atmosféricos/Processos 
fotoquímicos 
As atmosferas dos outros planetas do 
Sistema Solar. 
 
 
 
SISTEMAS TERMODINÂMICOS: SISTEMAS ATMOSFÉRICOS 
• Do ponto de vista da termodinâmica, um SISTEMA é qualquer corpo com uma 
dada massa e composição em estudo. Todos os outros corpos com os quais o 
sistema pode interagir é chamado de sua VIZINHANÇA. 
• Na atmosfera nos tratamos basicamente com dois tipos de sistemas: aquele 
composto de AR, com uma umidade que vai de 0 a até a saturação, e as NUVENS, 
composta de ar saturado alem de gotas de água ou cristais de gelo. Trataremos 
exclusivamente com a TROPOSFERA. 
• O ar não saturado pode ser considerado como uma mistura de: 
• a) AR SECO - uma mistura de gases com composição constante, com peso 
molecular médio de 28,964 g/mol. 
• b) VAPOR D’ÁGUA – seu conteúdo pode ser expresso, por exemplo, pela pressão 
de vapor, ou por sua FRAÇÃO MOLAR NV, definido como: 
• NV = n° de mols de vapor d’água/n° total de mols ≈ n° de mols de vapor d’água/n° 
de mols do ar seco 
• Onde a última a aproximação é devido ao fato de que o número de mols do 
vapor d’água é sempre menor daquele do ar seco. 
• Tanto o AR SECO como o VAPOR D’ÁGUA, nas condições atmosféricas, e também 
sua mistura com a umidade do ar, podem ser considerados em uma boa 
aproximação como GÁS IDEAL. 
 
 
A química da atmosfera 
A química da atmosfera trabalha com as seguintes questões principais: 
1. A composição do ar e a distribuição dos componentes. 
2. Fontes e absorvedores dos diferentes componentes, na atmosfera 
e suas condições de contorno. 
3. Evolução da atmosfera (reações químicas). 
4. O ciclo e balanço dos principais elementos. 
A COMPOSIÇÃO DO AR 
A atmosfera pode ser considerada como composta de: 
1) Uma mistura de gases o qual chamamos de ar seco; 
2) A água em seus três estados físicos; 
3) As partículas sólidas e líquidas em suspensão, conhecidas como 
aerossóis atmosféricos. 
 
Estudo do ar seco 
• Mesmo considerando que existem muitos componentes no ar seco, vamos considerar 
com bastante ênfase uma distinção entre os mais abundantes chamados 
COMPONENTES PRINCIPAIS e os COMPONENTES MENORES que estão presentes na 
atmosfera apenas como componentes traços. A Tabela 1 lista os constituintes do ar. 
• Os quatros principais componentes são: 
 
• NITROGÊNIO (N2) e o OXIGÊNIO (O2) perfazem mais de 99% do ar seco. 
 
• N2 + O2 + Ar (Argônio ) perfazem 99,97 % do ar seco 
 
• N2 + O2 + Ar + (CO2) (Dióxido de Carbono) perfazem mais de 
• 99,997 % do ar seco. 
 
• O dióxido de carbono (CO2 ) é variável no solo, devido ao fato desse gás ser afetado por 
muitos tipos de combustão (incêndios, atividades industriais, etc. ), fotossíntese e 
trocas com os oceanos, contudo ele é bastante constante acima da camada superficial 
da Terra. De fato, a composição do ar seco é extraordinariamente constante através de 
toda a homosfera, indicando que os processos de mistura são muito eficientes. 
 
 
 
Constituintes menores ou traços 
• Os constituintes menores, em seu total estão 
mostrados na Tabela 1, e perfazem menos de 0,003% 
ou 30 ppm (parte por milhão em volume) do ar 
atmosférico. Uma concentração > 30 ppm é 
considerado como constituinte maior e < 30 ppm, 
constituinte menor. Eles são, contudo, muito 
importantes no quadro químico da atmosfera, mesmo 
em problemas de importância prática como aqueles 
relacionados com a poluição, ou a existência da 
ozonosfera, que abordaremos adiante. A Tabela 1 os 
separam em dois grupos: os não – variáveis e os 
variáveis. Essa divisão será melhor entendida mais 
adiante. 
TABELA 1 - CONSTITUINTES DO AR SECO 
• Principais constituintes (concentração) Tempo de residência 
• N2 (Nitrogênio) 78,09% 2 x 10
7 anos 
• O2 (Oxigênio) 20,95% 2 x 10
7 anos 
• Ar (Argônio) 0,93% 2 x 107 anos 
• CO2 (Dióxido de Carbono) 0,040% 5 a 10 anos 
 COMPONENTES TRAÇOS 
 
• COMPONENTES NÃO VARIÁVEIS COMPONENTES VARIÁVEIS 
• Ne 18 ppm O3 > 10 ppm 
• He 5 ppm H2 > 500 ppb 
• Kr 1 ppm SO2 0,2 ppb (sobre o solo) 
• Xe 0,09 ppm NH3 6 ppb (sobre o solo) 
• CH4 1,5 ppm NO2 100 ppb (sobre o solo) 
• CO 0,1 ppm CH2O 0 – 10 ppb (sobre o solo 
• H2 0,02 ppm 
• N2O 0,25 ppm 
 
 
 
 
 
A ATMOSFERA 
• A atmosfera é uma camada relativamente fina de gases e material 
particulado (aerossóis) que envolve a Terra. De fato, 99% da massa da 
atmosfera está contida numa camada de ~0,25% do diâmetro da Terra 
(~32 km). Essa camada é essencial para a vida e o funcionamento 
ordenado dos processos físicos e biológicos sobre a Terra. A atmosfera 
protege os organismos da exposição a níveis arriscados de radiação 
ultravioleta, contém os gases necessários para os processos vitais de 
respiração celular e fotossíntese e fornece a água necessária para a vida. 
 A composição do ar não é constante nem no tempo, nem no espaço. 
Contudo se removêssemos as partículas suspensas, vapor d'água e 
certos gases variáveis, presentes em pequenas quantidades, 
encontraríamos uma composição muito estável sobre a Terra, até uma 
altitude de ~ 80 km (Fig. 1.1 e Tab. 1.1). 
• O nitrogênio e o oxigênio ocupam até 99% do volume do ar seco e 
limpo. A maior parte do restante 1% é ocupado pelo gás inerte argônio. 
Embora estes elementos sejam abundantes eles tem pouca influência 
sobre os fenômenos do tempo. A importância de um gás ou aerossol 
atmosférico não está relacionado a sua abundância relativa. Por 
exemplo, o dióxido de carbono, o vapor d'água, o ozônio e os aerossóis 
ocorrem em pequenas concentrações mas são importantes para os 
fenômenos meteorológicos ou para a vida. 
 
 
COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA 
PRINCIPAIS GASES DO AR SECO 
 
GÁS PORCENTAGEM PARTE POR MILHÃO (PPM) 
NITROGÊNIO (N2) 78,084 780.084,0 
OXIGÊNIO (O2) 20,946 209.460,0 
ARGÔNIO (Ar) 0,934 9.340,0 
DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) 0,040 400,0 
NEÔNIO (Ne) 0,00182 18,2 
HÉLIO (He) 0,0053 5,3 
METANO (CH4) 0,00014 1,4 
KRIPTÔNIO (Kr) 0,00012 1,2 
ÓXIDO NITROSO (N2O) 0,00005 0,5 
HIDROGÊNIO (H2) 0,00005 0,5 
OZÔNIO (O3) 0,000010 0,10 
XENÔNIO (Xe) 
 
0,000009 
 
0,09 
Classificação dos constituintes do ar seco 
• Várias classificações podem ser feitas para todos os 
constituintes do ar seco, as quais ilustram os diferentes 
comportamentos desses constituintes na atmosfera 
terrestre. 
• Vejamos algumas classificações: 
• a) Pela Abundância – Já mencionamos que os quatro 
maiores constituintes perfazem mais de 99,997% do ar 
seco, tendo todas as quatro concentrações maiores do 300 
ppm. O segundo grupo na tabela, os constituintes menores 
não – variáveis, estão presentes em concentrações entre 
0,1 a 20 ppm. Os componentes variáveis estão todos 
abaixo de 0,1 ppm (exceto no ar poluído e no ozônio 
estratosférico). A distinção entre os grupos, em relação às 
suas abundâncias, são bastantes pronunciadas.Pela Variabilidade 
• Todos os componentes principais são não – varáveis, como também o 
primeiro grupo dos constituintes menores na Tabela 1. 
• Variabilidade é importante porque indica sempre alguns aspectos sobre 
o comportamento do gás na atmosfera. A variabilidade está ligada à 
abundância, com a reatividade e com o tempo de residência da molécula 
na atmosfera. Dessa forma o CO2 é não – variável, a despeito da 
existência de grandes fontes de produção, devido ao fato do reservatório 
atmosférico de CO2 ser tão grande que permite apreciáveis flutuações 
em sua concentração. Os constituintes menores com alta reatividade, 
tais como SO, NO e NO2, são variáveis porque eles regem rapidamente e 
sua abundância é baixa. 
• Nos não mencionamos ainda o vapor d’água na composição do ar 
atmosférico porque será motivo de discussão à parte. Mas obviamente 
ele é um componente maior do ar atmosférico, e existe apenas um 
motivo para sua considerável variação. O vapor d’água está ligado com 
os processos de condensação e precipitação e, muitas reações de gases 
altamente reativos podem ocorrer tanto em solução ou com a ajuda do 
vapor d’água. A evolução desses gases reativos, dos componentes 
menores variáveis do ar estão sempre aproximadamente ligados com o 
ciclo da água. 
 
 
 
Pela Composição Química 
• Obviamente, esse aspecto está ligado à reatividade e 
de outras características da composição dos gases. 
Por exemplo, o completo comportamento inerte dos 
gases nobres, torna-os permanentes e estáveis, 
mesmo em baixas concentrações. Os mais relevantes 
aspectos químicos na atmosfera são concernentes ao 
enxofre e ao nitrogênio. Os componentes do carbono, 
aí incluídos alguns componentes orgânicos, são 
também importantes. Outros componentes, como os 
derivados halogenados, [derivado halogenado de um 
hidrocarboneto é quando se substitui um hidrogênio 
(H) por um halogênio (os mais comuns são o cloro (Cl) 
e o bromo (Br)), essa reação é chamada de 
halogenação], é de pouca importância. 
Pelo Tempo de Residência 
• Um importante parâmetro para um gás na química atmosférica é a meia vida ( vida média) 
ou tempo médio de residência τ. Esse parâmetro é usualmente definido como 
τ = M/F 
 onde M é a média total da massa do gás na atmosfera, enquanto F pode ser tanto a média do 
fluxo de entrada ou saída do gás (no qual o tempo médio para toda a atmosfera deve ser 
igual). O termo 1/τ é chamado de a razão de transferência (rate of turnover). 
 Fica claro que se cada molécula do gás fica em média um tempo τ na atmosfera, ela toma 
um tempo τ para uma completa transferência; e como F é o fluxo que entra, F . τ deverá 
ser igual à massa total M, daí justificando as definições anteriores. 
 A importância de τ é que ele indica quão ativo um dado gás se comporta através de um 
ciclo. Se M é pequeno e o gás é muito reativo, τ será pequeno e a concentração será 
variável, porque ele não terá tempo de se distribuir homogeneamente a partir da 
localização da fonte. 
 Do ponto de vista do tempo de residência, os componentes do ar podem ser 
grosseiramente classificados em três categorias: 
 1) Gases permanentes com grande τ a exemplo do He com τ ≈ 2 milhões de anos. 
 2) Gases semipermanentes, com τ de alguns meses a anos. Esse é o caso dos quatro gases 
indicados na Tabela 1, como semipermanentes, os quais têm várias similaridade a despeito 
de suas diferentes composições químicas. 
 3) Gases variáveis. São gases com τ com períodos de dias a semanas. Esses são os gases 
ativos quimicamente, como mostrado no último grupo da tabela. Seus ciclos estão 
relacionados com o ciclo da água; τ para o vapor d’água é da ordem de 10 dias. 
 
 
Pela origem 
• A classificação seguinte pela origem dos gases, segue os 
seguintes casos principais: 
• Combustão – Natural – exemplo, CO2 
• - Antropogênica – exemplo, CO2 , SO2 , NO. 
• - Processos biológicos (atividade bacterial e 
fotossíntese) - CH4 , N2O, H2 , NH3 , H2S, NO. 
• Outras origens, como atividades vulcânicas, são de menor 
importância. 
 
 
 
 
TABELA 2 – SUMÁRIO DAS MAIS IMPORTANTES 
ESPÉCIES NA QUÍMICA ATMOSFÉRICA 
• Componentes do S Componentes do N Componentes do C Outros 
 
• H2S (R) NH3, NH4
+ (R) CH4 (B, NV ) H2 (B, NV) 
• SO2 (R) N2 O ( B, NV) 
• SO3, SO4
= (R) NO (R) CO ( B, NV ) O3 
 NO2 (R ) 
 NO3
- ( R ) CO2 (NV ) 
 
Estrutura = componentes envolvidos no mesmo ciclo. 
 R = reativo, dinâmica ligada ao ciclo da água; pequeno τ ; reativo. 
• B = principalmente biológico 
• NV = não variável (semi-permanente) 
SUMÁRIO DOS COMPONENTES MAIS IMPORTANTES DA 
QUÍMICA ATMOSFÉRICA 
• Na Tabela 2, está apresentada, de uma forma simplificada, a classificação 
dos mais importantes componentes a serem considerados na química 
atmosférica. Nenhuma consideração é feita para o N2 e os gases nobres, 
devido eles serem inertes, ou para o O2, mesmo que esse gás tome parte 
nas equações de oxidação. A estrutura da tabela indica os grupos das 
espécies que estão relacionados uns aos outros pelas reações químicas, 
de tal forma que eles podem ser considerados juntos em um ciclo. Então, 
por exemplo, H2S, SO2 e SO3 são três componentes relacionados nas 
reações de oxidação; quando o SO3 é formado, ele absorverá 
rapidamente o vapor d’água para produzir H2SO4 , o qual pode se 
combinar com substâncias básicas dos aerossóis atmosféricos para 
produzir sulfetos; isso é indicado por SO4
- . Esse grupo de NO, NO2, NO3
- 
e os NH3 e NH4
+ , contêm os gases reativos, de curto tempo de 
residência, alta variabilidade, baixa concentração e estão relacionados 
ao ciclo da água. 
 
 
 
 
Sumário dos componentes mais importantes na química 
atmosférica 
• Fora os gases provenientes do CO2 , os quatro gases formados por 
eles mesmos na Tabela, o NO2, CH4, CO e H2 apresentam 
similaridades, como já foi mencionado acima: eles têm pouca 
reatividade, são relativamente abundantes na atmosfera, e têm 
dessa forma pouca variabilidade e longo tempo de residência, e 
seus ciclos são principalmente biológicos (atividade 
bacteriológica), pelo menos em relação às suas origens. O CO2 é 
um caso particular, sendo um dos principais constituintes da 
atmosfera; ele tem seu próprio ciclo separado. 
• O O3 pode ser considerado à parte, toma parte do ciclo do NO e 
do NO2, e provavelmente também no ciclo dos componentes do 
enxofre, como um oxidante. As Tabelas 1 e 2 são complementadas 
pela Tabela 3, na qual vem sumarizadas as principais fontes e 
sumidouros dos diferentes componentes. Faremos considerações 
adiante à sua química e ciclos, contudo daremos atenção primeiro 
a um constituinte maior e essencial do ar, na qual as suas 
propriedades e peculiaridades resulta em importantes 
consequências no comportamento da atmosfera: a ÁGUA. 
 
Fontes e sumidouros das mais importantes espécies químicas da 
química atmosférica 
 Fontes Componentes Sumidouros 
Componentes do S - Biológica (decomposição H2S → Rainout, washout 
 bacterial da matéria orgânica )Combustão SO2 → Absorção pelas plantas 
 Spray do mar SO4
= 
Componentes do N – Biológica → NH3 , NH4
+ → Rainout, washout 
 Bactéria no solo → N2O → Bactéria no solo 
 Decomposição na 
 Estratosfera 
 Biológica, combustão → NO, NO2, NO3
- → Rainout, washout 
Componentes do C - Biológica ( arrozais, pântanos) → CH4 → Oxidado no solo, decomposição 
 na estratosfera (10%) 
 Gás natural → 
 Fotossínteses por micro-organismos → CO → Bactéria no solo 
 no mar e biosfera terrestre Reação na estratosfera 
 Combustão → CO2 → Fotossíntese e CaCO3 nos 
 Respiração oceanos 
 Bactérias (decomposição da matéria orgânica) 
 
Outros Biológica (decomposição da matéria orgânica) → Atividade bacterial. 
 
A ÁGUA 
• O ciclo da água está ligado aos processos mais importantes da atmosfera: 
• 1) A condensação e a evaporação da água resulta em importantes consequências 
para os processos termodinâmicos da atmosfera e para a estabilidade vertical da 
atmosfera. 
• 2) A água é, obviamente, essencial na formação das nuvens e no 
desenvolvimento da precipitação. 
• 3) O ciclo da água é importante na limpeza da atmosfera através de dois 
processos: 
• RAINOUT – Este é o nome dado a um processo de remoção de substâncias 
ocorrendo dentro da nuvem. O processo principal é a participação dos aerossóis 
higroscópicos na formação das gotas de nuvens (núcleos de condensação de 
nuvens). Muitas dessas gotas de nuvens tornam-se gotas de chuva ou outros 
elementos da precipitação e dessa forma são levadas ao solo. Outros processos 
de menor importância, como captura de pequenas pelas gotas, devido ao 
movimento Browniano , podem contribuir pra o rainout . Podemos definir ainda 
como, a remoção de material particulado da atmosfera para a formação de gotas 
de nuvens sobre a partícula e agem como núcleos de condensação, seguida pela 
precipitação. Esse é geralmente um mecanismo mais efetivo na remoção de 
partículas da atmosfera do que o washout. 
A ÁGUA 
• WASHOUT – Esse é o nome dado ao mecanismo diretamente 
envolvido na eliminação dos gases pela dissolução das partículas 
de aerossóis através da captura pela queda da gota d’água. O 
washout inclui os processos ocorrendo abaixo da nuvem. Ou é o 
mecanismo de remoção dos aerossóis em uma camada da 
atmosfera pelo impacto com as gotas de chuva em queda para o 
solo. 
• 4) A água está diretamente envolvida na química da atmosfera 
tanto como vapor d’água participando nas reações químicas ou 
através de reações de outras substâncias que ocorrem em 
soluções aquosas. 
• 5)Tanto o vapor d’água quanto as nuvens contribuem com enorme 
importância na transferência de radiação através da atmosfera. 
• A água também pode ser usada como um indicador da circulação 
na estratosfera. A composição isotópica da água (conteúdo em 
HDO16 ou em H2O
18 ) pode ser usados como traçadores no estudo 
de certos processos atmosféricos. 
 
 
A ÁGUA 
• Considerações sobre a água na atmosfera é dessa forma de importância fundamental. Contudo não 
abordaremos ainda o ciclo hidrológico e faremos considerações apenas à distribuição vertical do vapor 
d’água na troposfera e estratosfera. 
• A concentração do vapor d’água é muito variável e a despeito da grande massa de água contida na 
atmosfera, seu tempo de residência é muito curto; ele pode ser estimado como aproximadamente em 10 
dias. Ele tem, para qualquer temperatura, um elevado limite de concentração de vapor d’água no ar; isso é 
dado pela pressão parcial que o satura. Por definição, essa pressão de saturação de vapor é a pressão 
parcial de vapor na qual o vapor d’água pode coexistir em equilíbrio com a água no estado líquido. Ela é 
praticamente independente da presença e pressão do ar seco. Pode-se derivar, termodinamicamente, que 
a dependência da pressão de saturação do vapor com a temperatura é dada pela expressão: 
• 
• d ln ps /dT = lv Mv/RT
2 
 
• Conhecida como equação de Claussius – Clapeyron, onde ps = pressão de vapor de saturação de vapor, T = 
temperatura absoluta, lv = calor latente de vaporização, Mv = peso molecular do vapor d’água, R = 
constante dos gases. lv varia com T, mas não muito; se em uma primeira aproximação a consideramos 
como uma constante. Podemos então, integrar a equação acima, resultando em: 
• ps = const. X exp (-lv Mv/RT) 
• 
• O qual indica um crescimento muito rápido de ps com a temperatura.Uma imediata consequência dessas 
propriedades é que apenas nas camadas baixas e quentes da troposfera pode conter altas concentrações 
de vapor d’água. Nas regiões frias das altas camadas (onde são sempre frias), o vapor d’água é 
abruptamente limitado pelo valor de saturação. 
 
 
 
 
 
Distribuição do vapor d’água na troposfera e 
estratosfera 
• Vamos considerar agora a distribuição vertical do vapor d’água na troposfera e estratosfera 
em médias latitudes. As medidas na estratosfera podem ser obtidas por diferentes 
métodos, incluindo a determinação do ponto de orvalho (ver Capítulo IV) em voos, 
espectroscopia e determinação do ponto de orvalho por radiossondas. Contudo estes 
métodos de medidas têm sido objetos de controvérsias, agora bem estabelecido que 
umidades muito baixas existam na baixa estratosfera em médias latitudes. Esta situação 
está sumarizada esquematicamente na Figura 2, onde uma curva aproximada (linha cheia) 
sugerida por um número de casos é desenhada, indicando uma variação da umidade com a 
altura. A variação da umidade é aqui chamada de razão de mistura de massa, definida 
como a massa (em gramas) do vapor d’água por unidade de massa (kg) do ar seco; a 
vantagem desta variável estequiométrica é que ela não depende de mudanças na pressão 
ou em qualquer processo não envolvendo condensação. Desta forma, se tivesse uma troca 
ativa de ar através da tropopausa, a razão de mistura poderia permanecer o mesmo valor 
acima da tropopausa, porque nesta região a temperatura não decresce mais com a altura e 
desta forma nenhuma condensação poderá ocorrer. A curva de temperatura pode também 
ser indicada (linha pontilhada) para a região de interesse. A característica interessante 
desse gráfico são os extremamente baixos valores da umidade na baixa estratosfera, com 
abrupto decréscimo continuadoabaixo da tropopausa. Uma terceira curva (tracejada) dá a 
umidade em termos do ponto de congelamento, o qual pode ser definido como a 
temperatura no qual a umidade corresponde à saturação sobre o gelo, para aquela pressão 
local: ver Capítulo IV parágrafo 4. Nos vimos que a umidade decresce de uma razão de 
mistura de mais ou menos 0.012 g/kg (ou a um ponto de congelamento de -66 oC) na 
tropopausa para mais ou menos 0.0025 g/kg (ou abaixo de - 80o C) a poucos quilômetros 
acima. Este é um resultado surpreendente, indicando que o ar na baixa estratosfera não 
pode vir da troposfera por trocas através da tropopausa. 
 
Distribuição do vapor d’água na troposfera e 
estratosfera 
• Para entender o significado dessas observações, vamos voltar à distribuição 
vertical de temperatura na troposfera e estratosfera, com alguns detalhes a mais. 
A Figura 3 mostra a distribuição média da temperatura para 
• Regiões polares - inverno e verão 
• Regiões temperadas - inverno e verão 
• Regiões tropicais - (sem diferenças entre inverno e verão) 
• O gráfico mostra que a tropopausa (mudança brusca no comportamento da 
temperatura) é muito mais alta nos trópicos, e desta forma, e a despeito de 
começar em temperaturas superficiais altas, a temperatura alcança valores 
muito baixos - uma temperatura de - 80o C a mais ou menos 17 km de altura. 
Também, a estratosfera polar no verão tem suas mais altas temperaturas. Em 
relação ao vapor d’água, no qual indica que o ar na estratosfera nas latitudes 
temperadas deve vir da troposfera através da tropopausa tropical, no sentido de 
explicar seu conteúdo muito baixo de vapor d’água; através dessa região, o vapor 
d’água se condensará em cristais de gelo, os quais irão cair e deixará o ar com 
uma pressão de vapor de saturação correspondente ao gelo a - 80oC. Existe, no 
entanto, uma circulação meridional na estratosfera, partindo dos trópicos através 
de altas latitudes. Isto é mostrado esquematicamente na Figura 4. 
 
 
A COMPOSIÇÃO ATMOSFÉRICA COMO UMA FUNÇÃO DA 
ALTURA 
 • Na ausência de fontes e sumidouros, a proporção dos vários constituintes gasosos em qualquer nível na atmosfera é determinada por dois processos físicos antagônicos: difusão molecular e 
mistura devido aos movimentos dos fluidos. 
• A difusão por movimento aleatório molecular tende a produzir uma atmosfera no qual o peso 
molecular médio da mistura de gases gradualmente decresce com a altura ao ponto onde apenas 
os gases mais leves (hidrogênio e hélio) estarão presentes nas altitudes mais elevadas. De fato, 
cada constituinte gasoso comporta-se como se ele estivesse sozinho presente. A densidade de 
cada gás cai exponencialmente com a altura, como indicado na equação ρ (z) ≈ ρ(0) exp (─ z/H), 
contudo a escala de altura H é diferente para cada gás. A densidade das gotas dos gases mais 
leves diminui mais vagarosamente do que aqueles dos gases mais pesados, com a escala de altura 
sendo inversamente proporcional ao peso das moléculas. 
• Devemos enfatizar que a atmosfera é notavelmente fina em comparação com a dimensão da 
terra. Metade da massa da atmosfera está abaixo do nível de 500 mb de pressão, o qual está 
situado grosseiramente a 5,5 km acima do nível do mar (menos do que 0,001 do raio terrestre), e 
99% da massa da atmosfera está contida abaixo dos 30 km acima do nível do mar. 
• Em contraste com a difusão molecular, a mistura devido aos movimentos de macro-escala de 
parcelas do ar não é tratada diferentemente com base no peso molecular. Dentro dos níveis onde 
esses processos são dominantes, a composição da atmosfera tende a ser independente com a 
altura. 
• A relativa efetividade da difusão molecular aumenta em proporção à velocidade quadrática 
média dos movimentos moleculares aleatórios, e, do livre caminho médio entre as colisões. A 
dependência da taxa de difusão do livre caminho médio está também implícita no processo de 
separação dos sexos enquanto buscam seus respectivos banheiros durante o intervalo de um 
concerto. Quanto mais está superlotado o “lobby” (isto é, menor livre caminho médio), menor é 
a taxa com que se dá a separação. Na mistura por movimento do fluido o análogo do livre 
caminho médio é o “comprimento de mistura” que depende do espectro de escalas de 
movimentos presentes na atmosfera. 
 
A COMPOSIÇÃO ATMOSFÉRICA COMO UMA FUNÇÃO DA ALTURA 
Dos vários fatores que influenciam a eficácia da difusão molecular e a mistura 
do movimento do fluido, é de longe o mais importante o crescimento do 
livre caminho médio com a altura. Na baixa atmosfera o livre caminho livre é 
tão pequeno que o tempo requerido para a separação vertical entre os 
constituintes pesados e leves pela difusão molecular é de muitas ordens de 
grandeza daquele tempo necessário para o movimento turbulento do fluido 
para homogeneizá-lo. Próximo de uma altitude de 100 km os dois processos, 
isto é, difusão molecular e movimento turbulento, são de importância 
equivalente, enquanto bem acima de 100 km a mistura vertical dos 
constituintes da atmosfera é essencialmente controlada pela difusão 
molecular. O nível de transição de mistura turbulenta para difusão molecular 
é conhecido como turbopausa. Com o propósito de descrever a composição 
atmosférica a região de mistura bem homogenia abaixo da turbopausa é 
conhecida como a homosfera; a região acima é chamada de heterosfera. 
A composição da parte mais baixa da heterosfera é fortemente influenciada 
pela fotodissociação do oxigênio diatômico, o qual libera um grande número 
de átomos de oxigênio livre. Acima de 120 km de altura o oxigênio está na 
forma de oxigênio atômico. A produção do oxigênio atômico será abordada 
adiante quando falarmos sobre o ozônio. 
 
O OXIGÊNIO ATMOSFÉRICO E A VIDA 
 • Como o oxigênio é muito importante para vários processos atmosféricos e a vida, teceremos alguma consideração sobre essa importe substância. 
• Existem pelo menos duas possíveis fontes para o oxigênio atmosférico: a dissociação da água, 
• 
• 2H2O → 2H2 + O2 (1.1) 
• e a reação de fotossíntese, 
• H2O + CO2 → CH2O + O2 (1.2) 
• 
• Ambas as reações envolvem a radiação solar; (1.1) requer radiação ultravioleta e a (1.2) requer 
radiação visível. 
• É bem estabelecido que a reação de fotossíntese (1.2) tem produzido significante quantidade de 
oxigênio sobre a terra muito mais, de fato, do que a quantidade atualmente presente na 
atmosfera, como é observada que para uma molécula de oxigênio diatômico produzido na reação 
(1.2) uma molécula de carbono é incorporada nos componentes da matéria orgânica. A maior 
parte desses átomos de carbono são oxidados novamente na respiração ou no decaimento da 
matéria orgânica, 
• 
• CH2O + O2 → H2O + CO2 (1.3) 
• 
• Contudo para algumas poucas centenas ou milhares de moléculas de carbono foto sintetizados, 
uma molécula escapa da oxidação sendo enterrada ou “fossilizada”. A maioria do carbono 
terrestre não oxidado está contida nos folhelhos, enquanto menor quantidade é armazenada em 
formas mais concentradas em combustíveis fósseis como o carvão, petróleo e gás natural. Uma 
relativamente e pequena armazenagem de carbono orgânico na biosfera representa uma 
diminuta fração do total armazenada. 
 
O OXIGÊNIO ATMOSFÉRICO E A VIDA 
• A queima de combustíveis fósseis anula o trabalho da fotossíntese. 
Na presente taxa de consumo de combustíveisfósseis, que o homem 
queima em um ano, é equivalente ao que a fotossíntese leva para 
produzir em aproximadamente em mil anos. Essa razão de consumo 
parece menos alarmante quando se leva em consideração que a 
fotossíntese tem trabalhado por centenas de milhões de anos. 
Podemos ainda levar em conta o fato de que o total do carbono 
orgânico na crosta terrestre esta armazenada em uma forma muito 
diluída para o homem poder explorá-la. 
• A quantidade de oxigênio que é produzido pelas plantas, isto é, pela 
fotossíntese subtraindo aquela destruída pelo decaimento da matéria 
orgânica, durante a história da terra, apenas uma pequena parte de 
cerca de 10%, está atualmente armazenada na atmosfera. A maior 
parte do oxigênio reagiu formando óxidos tais como o Fe2O3 e em 
compostos carbonáticos como o CaCO3 e MgCO3 existentes na crosta 
terrestre. A formação dos compostos carbonáticos é de particular 
interesse desde que ele é o maior absorvedor do gás carbônico que 
foi liberado pelas atividades vulcânicas. 
 
O SISTEMA SOLAR 
ATMOSFERAS PLANETÁRIAS 
PLANETAS INTERIORES ou ROCHOSOS 
PLANETAS PRINCIPAIS 
CONSTITUINTES 
PERCENTAGEM 
GÁS (%) 
SATÉLITES 
 
MERCÚRIO 
Atmosfera 
extremamente 
rarefeita 
Contem moléculas 
de: Oxigênio (42%), 
gás sódio (29 %), 
hidrogênio (22%), 
hélio (6%) e potássio 
(0,5%) 
Não tem nenhum 
VÊNUS Dióxido de Carbono; 
Nitrogênio. 
CO2 (96,5%), 
N2 (3,5%) 
Não tem nenhum 
 
TERRA 
Nitrogênio, Oxigênio, 
Argônio e Dióxido de 
Carbono. 
N2 (78,08%) 
O2 (20,95%) 
Ar (0,93%) 
CO2 (0,039%) 
1 
Lua 
 
MARTE 
Dióxido de Carbono, 
Nitrogênio, 
Argônio. 
CO2 (95,3%), 
N2 (2,7%), 
Ar (1,6%) 
2 
 Deimos e Fobos 
PLANETAS EXTERIORES 
 
JÚPITER 
Hidrogênio, 
Hélio 
H2 (75%) 
He (24%) 
63 
Principais: Io, 
Europa; 
Ganimedes e 
Calisto. 
 
SATURNO 
Hidrogênio, 
Hélio 
H2 (93,2%) 
He (6,7) 
60 
Principais: Titã 
(tem atmosfera); 
Enceladus; Mimas; 
Iapetus, Dione; 
Rhea; Tethys 
 
URANO 
Hidrogênio 
Hélio 
Metano 
H2 (82,5%) 
He (15,2 %) 
CH4 (2,3) 
27 
Principais: Ariel, 
Umbriel, Oberon, 
Miranda e Titânia 
 
NETUNO 
Hidrogênio 
Hélio 
Metano 
H2 (80%) 
He (19%) 
CH4 (vestígios) 
13 
Principais: Tritão e 
Nereida 
PLANETAS ANÕES 
(PLANETAS TRANSNETUNIANOS - CINTURÃO DE KUIPER) 
 (Menos Ceres) 
 
 
 
PLANETAS ANÕES PRINCIPAIS 
CONSTITUINTES 
PERCENTAGEM GAS (%) SATÈLITES 
 
CERES 
Possivelmente está 
circundado por uma 
atmosfera tênue de 
vapor de água e gelo 
em sua superfície. 
 
? 
 0 
 
PLUTÃO 
Nitrogênio (99,97%), 
metano e monóxido 
de carbono na 
superfície. 
 
? 
3 
Caronte, Nix e Hydra 
ERIS 
(Plutoide) 
Gelo e metano 
congelado na 
superfície. 
? 1 Disnomia 
 
MAKEMAKE 
(Plutoide) 
Não conhecido 
? 
Não possui satélites 
conhecidos. 
 
HAUMEA 
(Plutoide) 
Gelo de água 
cristalina na 
superfície. 
 
? 
2 
Namaka e Hi´iaka 
PLANETAS ANÕES 
CINTURÃO DE KUIPER 
• O planeta anão CERES, não faz parte do Cinturão de Kuiper e sim do Cinturão Principal de 
Asteroides, está em média a 415 milhões de km do Sol, entre Marte e Júpiter. Desde 2006, Ceres 
deixou de ser asteroide e passou a ser chamado de planeta anão. Sua forma é quase esférica, 
bem diferente daquela exibida pelos asteroides, como Juno, Palas, Gaspra, Mathilde, Eros e Ida. 
Um ano de Ceres corresponde a 4,6 anos terrestres. Ceres é pequeno. Seu diâmetro é de apenas 
950 km. Mas é, de longe, o maior objeto do Cinturão de Asteroides. Um terço (1/3) da massa 
total dos objetos, que estão no Cinturão de Asteroides, pertence à Ceres. 
• O planeta anão PLUTÃO é pequeno. Ele tem apenas 2/3 do diâmetro da nossa Lua. Um dia em 
Plutão corresponde a 6,387 dias terrestres, mas um ano lá corresponde a 247,9 anos terrestres. 
Plutão está a aproximadamente a 5, 906 bilhões de km do Sol. Plutão tem três satélites. Caronte, 
Nix e Hydra. Caronte tem um diâmetro de 1.186 km, um pouco maior a metade do diâmetro de 
Plutão, que é de 2.390 km. Plutão era o deus romano do submundo, o reino dos mortos. Caronte 
era o barqueiro que levava as almas dos mortos para o submundo. Nix era a deusa grega da 
escuridão e da noite. Hydra era o monstro que guardava as águas do submundo. 
• O planeta anão ERIS está em média a cerca de 10 bilhões de km do Sol. Tem um diâmetro de 
cerca de 2400 km, ou seja, um pouco maior do que Plutão. Um ano em Eris equivale a 557 anos 
terrestres. A temperatura em sua superfície varia de -217 a -243 graus Celsius. Eris tem um 
satélite, cujo nome é Disnomia. 
• O planeta anão MAKEMAKE tem um diâmetro de cerca de ¾ o de Plutão. Está a 7,930 bilhões de 
km do Sol. Não tem satélite conhecido. 
• O planeta anão HAUMEA está a 7,708 bilhões de km do Sol. Possui dois pequenos satélites 
naturais, Hi´iaka e Namaka, que, acredita-se, sejam destroços que se separaram de Haumea 
devido a uma antiga colisão. É um plutoide com características pouco comuns, tais como a rápida 
rotação, elongação extrema e albedo elevado, devido a gelo de água cristalina na superfície.