2.EstruturaeComposicaodaAtmosferaTerrestre

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23/03/2016 
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Estrutura e Composição da 
Atmosfera Terrestre 
Profa. Francisca 
Tópicos: 
Atmosfera: 
• Definição de atmosfera 
• Importância da atmosfera 
• Características da atmosfera 
• Composição da atmosfera: Gases constantes e variáveis 
• Importância dos principais gases da atmosfera 
• Camadas da atmosfera 
ENG 212 - AGROMETEOROLOGIA 
 
 Fundamental para a manutenção da vida na superfície terrestre: 
1) Regula a radiação solar que atinge a superfície da terra: 
 Quantidade: mantendo a temperatura ideal para a vida 
 Qualidade: controlando a entrada de radiação ultra violeta 
 Camada que envolve o nosso 
planeta, formada por gases, água e 
material particulado (aerossóis), 
tendo espessura muito fina 
1.2. Importância da atmosfera: 
1.1. Definição: 
ATMOSFERA 
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 2) Protege a terra dos corpos 
celestes e outros fenômenos do 
espaço sideral: Todo dia meteoros entram 
na atmosfera e geralmente são destruídos 
por ela através da fricção dos meteoros 
com a atmosfera 
1.2. Importância da atmosfera: 
ATMOSFERA 
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Profa. Francisca 
Diariamente a Terra é atingida por corpos 
vindo do espaço, sendo a grande maioria 
deles menor que um grão de arroz 
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Neste processo as plantas convertem 
CO2, radiação solar e nutrientes do 
solo em energia para elas e oxigênio 
(e também energia, indiretamente) 
para nós 
Fonte de gás carbônico (CO2) para as 
plantas, que juntamente com a 
radiação solar viabilizam a 
fotossíntese 
1.2. Importância da atmosfera: 
ATMOSFERA 
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Algumas plantas dependem da 
atmosfera para espalhar pólen e 
sementes 
Outros organismos, como algumas 
bactérias, também usam a atmosfera 
para se reproduzir e multiplicar 
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 Nos permite comunicar (conversar) uns com os outros 
 Habilita pássaros e insetos 
1.2. Importância da atmosfera: 
ATMOSFERA 
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Os pássaros e insetos também são 
responsáveis pela semeadura e 
transporte de pólen 
As ondas sonoras dependem do ar para serem transportadas 
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Camada muito delgada em relação 
ao raio médio da Terra (RT) 
Meteorologia: considera-se que a 
atmosfera tem uma espessura variando 
de 80 a 100 km, sendo que a porção mais 
importante não atinge os 20 km (0,3% do 
RT) 
1.3. Características da atmosfera: 
 
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Fisicamente não existe limite superior para a atmosfera, é verificado apenas 
uma progressiva rarefação do ar com a altitude 
1.3. Características da atmosfera: 
 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
1.3. Características da atmosfera: 
 
Profa. Francisca 
Embora nossa atmosfera se estenda até muitas centenas de quilômetros da 
superfície terrestre, quase 99% da atmosfera fica dentro dos primeiros 30 km da 
acima da superfície da Terra 
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1.4 Composição do ar atmosférico 
Aerossóis (material particulado) 
Vapor d’água 
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Ar 
seco 
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Constituintes constantes 
(Até 90 km de altitude) 
Fração molar 
(% do volume) 
Massa molecular 
(g mol-1) 
Nitrogênio (N2) 78,084 28,013 
Oxigênio (O2) 20,948 31,999 
Argônio (Ar) 0,934 39,948 
Neônio (Ne) 0,0018 20,183 
Hélio (He) 0,000524 4,003 
Criptônio (Kr) 0,00015 83,800 
Hidrogênio (H2) 0,00005 2,016 
Xenônio (Xe) 0,000008 131,300 
1.4 Composição do ar atmosférico 
Concentrações aproximadamente constantes, até cerca de 90 km 
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Constituintes não variáveis (permanentes) 
CONSTITUINTES 
VARIÁVEIS 
Concentração 
Pré-industrial 
Concentração 
em 2005 
Taxa de 
crescimento 
anual (1998-2005) 
Tempo de 
residência na 
atmosfera (anos) 
Vapor d’água (H2O) 0 a 7 % 0,03 
Dióxido de carbono (CO2) 280 ppmv 379 ppmv 1,8 ppmv (0,5%) 50-200 
Ozônio (O3) 0 a 100 ppmv 0,07 
Dióxido de enxofre (SO2) 0 a 1 ppmv 0,03 
Dióxido de nitrogênio (NO2) 0 a 20 ppbv 0,03 
Metano (CH4) 700 ppbv 1774 ppbv 1,6 ppbv (0,1%) 12-17 
Óxido nitroso (N2O) 275 ppbv 319 ppbv 0,7 (0,2%) 120 
CFC-12 zero 538 pptv 0,6 pptv (0,1%) 100 
HCFC-22 
(substituto do CFC) 
zero 169 pptv 5,4 pptv (3,2%) 12 
CF4 (perfluorcarbono) zero 74 pptv 1,2 pptv (1,7%) 50.000 
1.4 Composição do ar atmosférico 
Constituintes variáveis 
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1.4 Composição do ar atmosférico 
 O ar seco pode ser considerado como um único gás especial cuja 
massa molecular aparente (Ma = 28,95 g mol-1) equivale à média 
ponderada das massas moleculares de seus componentes 
Gás Fração molar Massa molecular Ma 
Nitrogênio (N2) 78,084 28,013 21,87367 
Oxigênio (O2) 20,948 31,999 6,703151 
Argônio (Ar) 0,934 39,948 0,373114 
28,94994 
Matriz básica 
(% em vol. de ar seco): 
 N2 (~78%) 
O2 (~21%) 
Outros gases (~1%) 
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1.4 Composição do ar atmosférico 
Outros componentes com 
concentrações variáveis (muito 
baixas): 
CO2 , O3 
CH4, N2O, CFCs 
VAPOR D’ÁGUA (até ~ 4%) 
Apesar da Matriz Básica ser 
fundamental para a manutenção da 
vida na superfície terrestre, a 
concentração dos componentes 
variáveis apresenta importância física 
e biológica 
Importância Física – no 
balanço de radiação da Terra, 
retendo parte das ondas de 
calor emitidas pela superfície e 
na atenuação da radiação 
proveniente do Sol 
Importância Biológica – 
suprindo matéria prima para 
o processo de fotossíntese 
(CO2) e regulando o processo 
de transpiração das plantas 
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1.4 Composição do ar atmosférico 
Profa. Francisca 
Na superfície, há um equilíbrio entre a destruição (saída) e produção (entrada) 
destes gases 
Ciclo do N2 
Ciclo do CO2 
Ciclo do oxigênio 
Ciclo do vapor d´água 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
1. Nitrogênio: 
 Na alta atmosfera esse gás absorve um pouco de energia solar (no domínio do 
ultravioleta), passando à forma atômica 
 Constituinte mais abundante na atmosfera (78,084%) 
 Na baixa atmosfera não desempenha nenhum papel relevante em termos 
químicos ou energéticos 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
2. Vapor d`água (H2O): 
 Matéria prima par formação das nuvens 
 Transporte de calor na atmosfera: conduzindo-o (horizontal e 
verticalmente), sob a forma latente e liberando-o como calor sensível 
 É bom absorvedor de radiação infravermelha (terrestre) e tem papel 
importante em manter a superfície da Terra aquecida, especialmente à 
noite 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
2. Vapor d`água (H2O): 
 Atua como agente termo-regulador do planeta, evitando flutuações 
muito intensas da temperatura do ambiente 
 Absorve a maior parte da radiação terrestre, emitindo de volta. Isto 
explica porque em noites secas e claras a superfície se resfria bem 
mais que em noites úmidas ou com nuvens 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
1.5. Principais gases atmosféricos 
2. Vapor d`água (H2O): 
 Concentração bastante variável no espaço e no tempo  alterando as 
proporções dos demais constituintes 
 Quando se desumidifica o ar, obtém-se o chamado "ar seco" 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
 Desempenha um papel importante do ponto de vista da Biologia: 
 torna possível a vida aeróbia na Terra 
 
 Oxidação de compostos orgânicos  através do processo fisiológico 
 da respiração 
 
 Possibilita a formação de ozônio na atmosfera 
 
3. Oxigênio 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
4. Ozônio (O3): 
 Concentração máxima (90%) entre 15 e 30 km de altitude 
 Absorve radiação ultravioleta, impedindo que atinja a superfície da terra 
 Exerce papel importante no aquecimento 
da alta atmosfera: radiação ultravioleta, 
visível e infravermelho do espectro 
eletromagnético 
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 Esse aquecimento é fonte de energia para os 
movimentos atmosféricos superiores  50 a 100 
km 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
4. Ozônio (O3): 
 Buraco na camada de ozônio apareceu nos anos 1980 
 
 
 Medidas de controle contra a emissão 
de CFCs: Protocolo de Montreal (1997) 
 Buraco de ozônio na Antártica 
existirá por pelo menos mais 50 
anos 
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 Fortes correntes de ar carregam as moléculas dos CFCs do local de 
origem para os polos 
 
• Os CFCs têm vida longa: os polos se tornam depósitos desses gases 
 
• Os raios UV modificam os gases CFCs, decompondo as moléculas de 
CFCs em seus elementos básicos: cloro, flúor e carbono 
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4. Ozônio (O3): 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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• O cloro (Cl) reage com o ozônio (O3), formando uma molécula de 
oxigênio (O2) e outra de óxido de cloro (ClO) 
 
• O cloro pode existir por até 80 anos e um único átomo destrói milhares 
de moléculas de ozônio 
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4. Ozônio (O3): 
1.5. Principais gases atmosféricos 
Profa. Francisca 
• No polo no sul  mais frio  circulação atmosférica pequena 
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 Com isso o CFC se concentra em enormes quantidades nas nuvens 
 
 Quando chegam os meses de sol, os raios UV dissolvem essas nuvens 
de CFC de uma só vez, liberando muito cloro  destruindo cada vez 
mais o ozônio 
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4. Ozônio (O3): 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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Efeitos da Radiação Ultra-violeta 
 Saúde humana 
 aumento nos casos de câncer de pele 
 pode ser evitado com roupas e filtro solar 
 
 Ecossistemas terrestres e aquáticos 
 baixa produtividade dos ecossistemas próximos ao buraco na Antártica 
recentemente documentada 
 implicações de longo prazo ainda desconhecidas 
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4. Ozônio (O3): 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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 É o crescimento anormal e descontrolado das células que compõem a pele 
 A radiação ultravioleta é a principal responsável pelo desenvolvimento do 
câncer e o envelhecimento da pele 
 Ela se concentra nas cabines de bronzeamento artificial e nos raios solares 
Célula basal 
Célula Escamosa 
Melanoma 
Câncer de pele 
4. Ozônio (O3): 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
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1. Evite a exposição solar nos momentos mais quentes do dia; 
2. Use chapéu tanto na praia quanto ao praticar atividade física ao ar livre; 
3. Utilize diariamente protetor solar no rosto, mãos, orelhas e pescoço; 
4. Não recorra a solários para ficar com a pele morena; 
5. Use sempre óculos de sol que bloqueie os raios agressivos aos olhos 
(UVA e UVB) 
Como se proteger do câncer de pele: 
4. Ozônio (O3): 
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1.5. Principais gases atmosféricos 
Tecidos especiais: têm na sua tecelagem o acréscimo de produtos 
fotoprotetores 
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4. Ozônio (O3): 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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Como se proteger do câncer de pele: 
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Ozônio próximo à superfície 
 Efeito sobre a radiação ultravioleta pequeno 
 Tóxico se houver contato direto 
 Problemas respiratórios 
 Mortalidade de plantas (oxida as plantas) 
 Reduz a expectativa de vida 
O ozônio só é benéfico na alta atmosfera (estratosfera) 
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4. Ozônio (O3): 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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4. Ozônio (O3): 
Teoria de fotoquímica de chapman (1930): explica a formação/destruição do 
OZÔNIO atmosférico a partir do OXIGÊNIO e da RADIAÇÃO SOLAR 
 
4 REAÇÕES MAIS IMPORTANTES: 
 
Elas ocorrem simultâneamente na atmosfera tanto para a formação como para a 
destruição do ozônio 
Formação do ozônio 
O O3 se Forma e é destruído dinamicamente sob efeito da radiação ultravioleta 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
4. Ozônio (O3): 
1) Reação de fotodissociação do oxigênio: 
 
 O2 + hf (l < 242,4 nm)  O + O 
 
hf = Energia do fóton (quantum) correspondente á radiação de comprimento l 
 
Ocorre a uma altitude aproximada de 50 km, onde a radiação ultravioleta é 
quase toda absorvida e a temperatura atinge cerca de 280 K 
Formação do ozônio 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
4. Ozônio (O3): 
2) Reação de colisão envolvendo três partículas: 
 
 
 
M = Partícula catalítica (atômica ou molecular) 
 
M absorve a energia extra liberada na reação 
Formação do ozônio 
O + O2 + M  O3 + M 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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Reação que mais contribui para a 
formação do ozônio 
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4. Ozônio (O3): 
3) Reação de fotodissociação do ozônio: 
 
 
hf = Energia do fóton correspondente a energia de comprimento de onda (l) 
 
A presença de oxigênio molécular entre 15 e 30 km, o oxigênio atômico liberado 
na reação 3 pode voltar a combinar com o O2, formando o O3, de acordo com a 
reação 2 
Formação do ozônio 
Reação 2: O + O2 + M  O3 + M 
O3 + hf (l < 1134 nm)  O2 + O 
1.5. Principais gases atmosféricosProfa. Francisca ENG 212 - AGROMETEOROLOGIA 
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4. Ozônio (O3): 
3) Reação de fotodissociação do ozônio: 
Formação do ozônio 
O3 + hf (l < 1134 nm)  O2 + O 
A reação 3 representa a principal fonte de aquecimento da camada entre 15 e 30 km 
1.5. Principais gases atmosféricos 
Profa. Francisca ENG 212 - AGROMETEOROLOGIA 
Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
4. Ozônio (O3): 
4) Reação de destruição do ozônio: 
 
 
 
A destruição do O3 ocorre nos níveis mais elevados da atmosfera, decorrente das 
colisôes com o oxigênio molecular 
Formação do ozônio 
O + O3  2 O2 
1.5. Principais gases atmosféricos 
Profa. Francisca ENG 212 - AGROMETEOROLOGIA 
Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
4. Ozônio (O3): 
1.5. Principais gases atmosféricos 
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o ozônio produzido nas 
baixas latitudes é 
transportado 
meridionalmente para as 
latitudes mais altas 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
1.5. Principais gases atmosféricos 
5. Dióxido de carbono (CO2): 
Há um intercâmbio 
contínuo de gás 
carbônico entre a 
atmosfera e os seres 
vivos 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
1.5. Principais gases atmosféricos 
5. Dióxido de carbono (CO2): 
 98% se encontra dissolvido na água dos oceanos, sob a forma de 
bicarbonato 
 O monitoramento da concentração de CO2 (Observatório de Mauna 
Loa, Havaí) na década de 50, indicou que a concentração atmosférica 
de CO2 estava aumentando 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
1.5. Principais gases atmosféricos 
5. Dióxido de carbono (CO2): 
 A concentração atmosférica global de dióxido de carbono aumentou de 
um valor pré-industrial de cerca de 280 ppm para 379 ppm em 2005 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
Aerossóis: 
1.5 Composição do ar atmosférico 
Constituintes variáveis 
São finas partículas de matéria sólida ou líquida em suspensão no ar 
A maioria destas partículas presentes na atmosfera provêm de atividades 
humanas, mas as erupções vulcânicas, por exemplo, também contribuem para a 
emissão dos aerossóis 
Exemplos: sulfatos, orgânicos, poeira, aerossol marinho, fuligem, entre outros 
Tempo de vida na atmosfera: curto, sendo da ordem de dias 
Origem: natural ou antropogênica 
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Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
1.5 Composição do ar atmosférico 
Constituintes variáveis 
 No Brasil, 75% das emissões decorrem das queimadas na Amazônia 
Aerossóis: As queimadas na Amazônia 
 Têm grande influência na formação de nuvens e na fotossíntese das plantas 
Formação das nuvens: 
1) As partículas geradas pelas queimadas passam a atuar como núcleos de 
condensação na atmosfera, unindo gotículas suspensas formam chuvas 
 
2) Quando o ar está saturado dessas partículas, as gotículas não conseguem se 
unir formando grandes nuvens que não precipitam 
Profa. Francisca 
Estrutura e Composição da Atmosfera Terrestre 
1.5 Composição do ar atmosférico 
Constituintes variáveis 
Aerossóis: 
Formação das nuvens: 
3) Essas nuvens refletem a radiação solar de volta para o espaço têm grande 
importância no resfriamento da atmosfera 
Arco do desmatamento (leste da Amazônia): forma-se uma grande pluma de 
aerossóis 
Retirada de calor 20 vezes maior que o aumento de calor dos gases de efeito 
estufa 
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 Variável de acordo com: 
– Composição 
– Temperatura 
– Umidade 
– Pressão 
– Movimentos 
 Dividida em camadas: 
1. Troposfera 2. Tropopausa 
3. Estratosfera 4. Estratopausa 
5. Mesosfera 6. Mesopausa 
7. Termosfera 
 • Ionosfera 
 • Exosfera 
1.6. Camadas da atmosfera 
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 Troposfera: 
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→ Região de transição entre a 
troposfera e a estratosfera; 
 
→ Sua principal característica é a 
isotermia; 
 
→ Nas latitudes médias, a 
temperatura da tropopausa varia 
de –50 a –55 0C, e sua espessura é 
da ordem de 10 km. 
 Tropopausa 
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 Estratosfera 
→ 2ª camada que cerca a Terra; 
→ Local onde encontramos a 
camada de ozônio, responsável 
por filtrar os raios ultravioleta do 
sol, nocivos à vida do planeta 
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→ Transição entre a estratosfera e a 
mesosfera 
→ Caracterizada por um gradiente de 
temperatura quase nulo (0 0C/km) 
→ Caracteriza-se, por uma queda 
acentuada na concentração de 
oxigênio molecular 
→ Sua espessura média é de 3 a 5 km 
 Estratopausa 
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 Mesosfera 
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 
 Mesopausa 
Região de transição entre a 
mesosfera e termosfera, com 
isotermia 
 
Possui espessura média de 10 km, 
com limites entre 80 e 90 km 
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→ A partir de 90 km de altura; 
→ A noção de temperatura é 
imprecisa, devido à rarefação das 
moléculas; 
→ É dividida em duas: a Ionosfera e 
a Exosfera. 
 Termosfera 
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→ Chamada camada de íons; 
 
→ Responsável pela 
comunicação em longa 
distância no planeta; 
 
→ Sua temperatura aumenta 
com o ganho da altitude. 
• Ionosfera 
 Termosfera 
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• Exosfera 
→ Considerada uma transição 
entre a atmosfera e o espaço 
sideral; 
→ A temperatura aumenta a 
medida que ganhamos altitude. 
 Termosfera 
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