Composição e estrutura da atmosfera

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar - CCTA
Composição e Estrutura da atmosfera
Disciplina: Agrometeorologia
Profª Virgínia de Fátima Bezerra Nogueira
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ATMOSFERA TERRESTRE SEMPRE FOI A MESMA A MILHOES DE ANOS ATRÁS?
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A atmosfera terrestre
Atmosfera inicial: H e He
Atmosfera posterior: emissões vulcânicas
Vapor d’água: 85%
Dióxido de carbono:10%
Nitrogênio: 1 - 5 %
Enxofre: 1 - 5 %
Partículas e materiais da superfície.
H2O: condensou → formando os oceanos.
CO2: dissolvido nos oceanos e fixado nas rochas sedimentares de carbonato;
O2 e O3: por processo de Foto-dissociação
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Introdução
Atmosfera terrestre
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A Atmosfera da Terra
A Massa da Atmosfera
– Características
	• Mistura mecânica de gases;
	• Extremamente volátil;
	• Compressível;
	• Capacidade de expansão.
– Distribuição vertical
	A atmosfera pode ser considerada como constituída majoritariamente por dois gases: nitrogênio (78% ) e oxigênio (21%).
	• Metade do total da massa atmosférica está concentrada abaixo de 5km;
	• A medida que elevamos a altitude o ar torna-se cada vez mais rarefeito, até chegar o espaço sideral;
	• A densidade do ar depende da temperatura, do teor de vapor d’água no ar e da gravidade;
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Composição da Atmosfera
Matriz básica (% em
vol. de ar seco):
N2 (~78%)
O2 (~21%)
outros gases (~1%)
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 da fotossíntese (CO2) e regulando o processo de transpiração das plantas
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A Atmosfera da Terra
Atmosfera terrestre atua como sede dos fenômenos meteorológicos e também como determinante da qualidade e quantidade da radiação solar que atinge a superfície;
Camadas: troposfera, tropopausa, estratosfera, estratopausa, mesoesfera, mesopausa, termosfera e ionosfera;
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Composição da Atmosfera
Composição vertical da Atmosfera
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Composição Atmosférica
Partículas
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Efeitos da Atmosfera sob o balanço de radiação
Ao atravessar a atmosfera a radiação solar interage com seus constituintes, resultando em modificações na quantidade, na qualidade e na direção dos raios solares, devido aos processos de absorção e difusão da radiação solar
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Composição da Atmosfera
Absorção de Energia Radiante pelos Componentes da Atmosféricos em Diferentes
Comprimentos de Onda
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Absorção da radiação solar
Indica o espectro teórico da radiação solar antes da interação com a atmosfera, com a proporção de cada faixa de comprimento de onda
Indica o espectro real da radiação solar antes da interação com a atmosfera (1)
após o processo de absorção, causado pelos principais constituintes absorvedores da atmosfera (2).
A área azul indica a banda absorvida.
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Difusão as radiação
Os constituintes atmosféricos, normalmente aerossóis, partículas de poeira e gotículas de água (nuvens, nevoeiros, etc.) mudam a direção dos raios solares. Esse processo gera a radiação multi-direcional, denominada de difusa. Parte dessa radiação retorna ao espaço sideral. Quanto maior a espessura da camada da atmosfera a ser atravessada pela radiação solar, maior a difusão.
Difusão
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Quando a difusão é proporcionada por partículas de diâmetro muito pequeno, como os aerosóis, há difusão predominantemente nos comprimentos de onda mais curtos (violeta/azul).
Quando ocorre difusão por partículas de poeira a sensação visual é do céu avermelhado, como observado ao nascer e pôr do sol. Nessas condições, nas quais o ângulo zenital do Sol é elevado (baixa altura do astro), a camada que a radiação solar atravessa é bem maior e isso permite uma maior atenuação da radiação, tanto pela absorção como pela difusão.
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Estrutura da Atmosfera
Divisão conforme caracterização físico-química
Termosfera
Mesosfera
Estratosfera: Maior concentração de O3
Troposfera – onde ocorrem os fenômenos meteorológicos
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CAMADAS DA ATMOSFERA Troposfera
Na troposfera (principal camada da atmosférica, 10 km a partir da superfície terrestre), é onde ocorrem os principais fenômenos meteorológicos e abriga a maior parte da massa total da atmosfera. 
A temperatura nesta camada cai com a altitude em cerca de 6,5oC/km. 
A superfície do solo é considerada como fonte de calor para a troposfera 
 (ROL entre 3 a 200 μm e ROC 0,2 a 3 μm )
Uma outra característica importante da Troposfera é o fato de que aproximadamente 75% da massa total da atmosfera, praticamente todo o vapor d’água encontram-se em seus limites.
Espessura variável 15 a 18 Km no equador e 6 a 8 Km nos polos.
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 TROPOPAUSA 
É a 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 -55ºC, e sua espessura é da ordem de 3 km.
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ESTRATOSFERA 
Nesta camada, cujo limite superior encontra-se aproximadamente a 50 km de altitude, a temperatura cresce, atingindo, no topo, valores máximos próximos de 00C. Esse comportamento é atribuído à absorção da radiação ultravioleta pelo ozônio, presente nesta região.
A concentração do ozônio nesta camada deve-se provavelmente a dois fatores: 
 (1) a disponibilidade de energia ultravioleta; 
 (2) A densidade da atmosfera é suficiente para permitir as colisões necessárias entre oxigênio molecular e oxigênio atômico. Entre 20 e 50 Km
Quanto aos movimentos atmosféricos, vale ressaltar que nesta camada, em razão de seu perfil estável de temperatura “frio” por baixo, “quente” por cima, observa-se uma ausência quase completa de movimentos verticais.
Há uma queda acentuada de oxigênio
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ESTRATOPAUSA
Essa é a região de transição entre a estratosfera e a mesosfera. 
Caracteriza-se, em relação à temperatura, pela isotermia (torno de 00C), em relação à composição química, por uma queda acentuada na concentração de oxigênio molecular. 
Sua espessura media é de 3 a 5 km.
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MESOSFERA
Como a troposfera, esta camada é aquecida por baixo (pela camada de ozônio). 
Portanto, a temperatura também decrescerá, neste caso, a uma taxa de 3,50C/Km, atingindo no topo da camada 80 km de altitude, o valor mais baixo de toda a atmosfera, em média, -950C. 
O vapor d’água e o CO2 praticamente já não existem mais a partir dos 60 km aproximadamente. 
Em razão do perfil de temperatura semelhante ao da troposfera, os movimentos verticais, embora tênues, existem.
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É a região de transição entre a mesosfera e a termosfera. 
Como as outras regiões de transição, apresenta isotermia. 
Possui uma espessura média de 10 km, com limites entre 80 e 90 km.
MESOPAUSA
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A partir de 90 km de altitude, a termosfera estende-se por centenas de quilômetros em direção ao espaço, sendo seu limite superior considerado como o “topo da atmosfera”, ao espaço ~ 1.000 km de altitude. 
Considerada ionosfera: primeiros 50 Km acima da termosfera, há reações fotoquímica dos átomos e moléculas.
Temperatura acima de 1.000°C ( dependendo da atividade solar)
Auroras polares
TERMOSFERA
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EXOSFERA/IONOSFERA
Entre as altitudes de 80 a 900 km (da termosfera) há uma camada com concentração relativamente alta de íons,
a ionosfera 
A maior densidade de íons ocorre próximo a 300 km. 
Região em que orbitam os satélites artificiais
Tem importância na transmissão de ondas de rádio pois a ionosfera terrestre (plasma com freqüência natural - rádio), funciona como um "espelho" para determinadas ondas de rádio incidentes, o que permite a  comunicação a longas distâncias, via múltiplas reflexões.
A estrutura da ionosfera consiste de 3 camadas de densidade variável de íons: as camadas D, E e F, com altitude e densidade de íons crescente. 
 Assim, a camada D desaparece à noite, a camada E se enfraquece, A camada F reflete as ondas de rádio durante o dia e a noite. 
 
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FONTE: Disciplina: ACA0430 Meteorologia Sinótica e Aplicações à Oceanografia Monitoria: Fabiana Victória Weykamp UNIDADE 2: Características de tempo e clima da Terra 
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Fonte: Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola
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A Atmosfera da Terra
Os oceanos e florestas atuam como reservatórios dos gases atmosféricos naturais;
As erupções vulcânicas afetam a composição média da atmosfera, por injetarem grande quantidade de gases e partículas;
As microerupções urbanas – após a revolução industrial;
Microfontes de poluição – veículos;
Partículas suspensas (aerossóis) – aumentam a formação de nuvens (núcleos de condensação);
As chuvas são responsáveis pela lavagem natural da atmosfera; levando os resíduos do ar para o solo, lagos e rios;
Os ventos – funcionam como agentes de dispersão dos gases e partículas, diminuindo a concentração na região da fonte;
Fenômeno atmosférico – inversão térmica;
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Estratosfera – O3
CFC – Buraco da Camada de Ozônio
Passagem dos raios UV
Protocolo de Montreal
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Balanço de energia 
Ozônio (O3): 
	- produzido na estratosfera
	- absorção da radiação UV, quebra de O2
-> O + O, O reage com O2 formando O3.
	- Na presença de radiação IV terrestre
-> O reage com O3= O2 e O2
UV: 	é altamente energética, com alto poder de penetração e destruição das células, tanto animais como vegetais. (locais montanhosos)
	- a queima de combustíveis fósseis -> O3 na biosfera, o O3 tem alto poder oxidante, sendo danoso aos seres vivos, principalmente mucosas.
	- CFCs (gás de geladeira, isopor e solventes na indústria microeletrônicas), CFC +UV se dissocia liberando CL que tem alta afinidade com O3
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Balanço de energia 
O CO2
	- os oceanos são os principais reservatórios,
	- o processo de fotossíntese representa um dreno, enquanto a respiração (vegetal e animal) uma fonte.
	- a queima de combustíveis fósseis , o desmatamento e queima da biomassa
	- Observatório de Mauna Loa, Havaí (meio do Oceano Pacífico)
	- o CO2 é excelente absorvedor da ROL terrestre, implica num balanço de energia atmosférico mais positivo.
Vapor d`água
	-termorregulador, o ciclo da água é muito importante na redistribuição da energia na escala global
P/ evaporar 1kg de água ->2,45MJ de energia(calor latente de evaporação), energia essa provida pelo ambiente->redução da temp. local. 
O vapor sobe na atm até a condensação(liquefação). Ao condensar libera a energia usada na evaporação e esquenta a atm naquele nível.
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Principais gases
Nitrogenio: circula através das plantas e do solo pela ação de organismos vivos é conhecido como ciclo do nitrogênio ou ciclo do azoto. 
Oxigênio: primordial para os seres vivos, elemento que interage para formação do ozônio.
Vapor de água: Matéria prima para formação de nuvens; transportador de calor na atmosfera, conduzindo-o sob a forma de calor latente (L - evaporação) e liberando-o como calor sensível (LE - temperatura); agente termo-regulador por ser transparente à radiação de ondas curtas e eficiente absorvedor no infravermelho (IV)
CO2: Embora em pequena quantidade na atmosfera, da mesma maneira que o vapor d´água atua como termo-regulador por ser transparente à radiação de ondas curtas e bom absorvedor no infravermelho (IV)
O3: Absorve a radiação UV 2.400 a 3.200 A; camada de ozônio: 15 a 30 km de altitude; impede a radiação chegar a superfície ( morte de unicelulares e plantas): aquecimento pela absorção nas faixas UV (Visível) e IV no espectro eletromagnético (50 a 100 Km)
Aerossois : são importantes na atmosfera como núcleos de condensação e de cristalização, como absorvedores e espalhadores da radiação e também como participantes de vários ciclos químicos
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Inversão Térmica
México
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Fenômeno meteorológico que ocorre principalmente em metrópoles e principais centros urbanos, quando o ar quente se forma acima da camada de ar frio. Por ser mais denso, o ar frio que ficou embaixo não sobe e o ar quente que ficou em cima do frio não desce. 
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Na interseção do ar quente e frio, forma-se uma capa que não deixa que os gases poluentes e tóxicos passem para as camadas mais altas da atmosfera. Assim, esses gases acabam criando uma névoa, composta de gases tóxicos, sobre a região. Ocorre geralmente nos dias frios do inverno. 
FONTE : Monitoria: Fabiana Victória Weykamp UNIDADE 2: Características de tempo e clima da Terra 
Figura 3. Esquema mostrando a dispersão de poluentes sem ocorrência de inversão térmica (a); com ocorrência de inversão térmica (b). 
Inicialmente por meio de emissões vulcânicas.
Vapor d’água condensou, formando os oceanos.
Dióxido de carbono foi dissolvido nos oceanos e fixado nas rochas sedimentares de carbonato;
4) O oxigênio e ozônio foram obtidos por processo de Foto-dissociação (A partir da processos com a Radiação UV - aula posterior).
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