CCA0352017 2 Atmosfera terrestre (1)

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1 2 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
REFERENCIAS E SUGESTAO DE 
LEITURA 
Livros 
A l l e n , R-., L i n d s a y , J . a n d P a r k e r , D. ( 1 9 9 6 } El Nino Southern 
Oscillations and Climatic Variability, C S I R O , A u s t r a l i a , 
4 0 5 p p . [ M o d e r n a c c o u n t o f E N S O a n d i t s g l o b a l i n -
f l u e n c e s ] 
F l e m i n g , J . R. ( ed . ) ( 1 9 9 8 ) Historical Essays in Meteorology. 
1 9 1 9 - 1 9 9 5 , A m e r i c a n M e t e o r o l o g i c o l S o c i e t y , B o s t o n , 
M A , 6 1 7 p p . [ V a l u a b l e a c c o u n t s o f t h e e v o l u t i o n o f m e -
t e o r o l o g i c a l o b s e r v a t i o n s , t h e o r y a n d m o d e l i n g a n d o f 
c l i m a t o l o g y ] 
H o u g h t o n , J . T „ D i n g , Y., et •/. ( e d s ) ( 2 0 0 1 ) Climate Chan-
ge 2001; The Scientific Basis; The Clirr\ate System: An 
Overview, C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s , C a m b r i d g e , 
8 8 1 p p , [ W o r k i n g G r o u p I c o n t r i b u t i o n t o T h e T h i r d 
A s s e s s m e n t R e p o r t o f t h e I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n 
C l i m a t e C h a n g e ( I P C C ) ; a c o m p r e h e n s i v e a s s e s s m e n t 
f r o m o b s e r v a t i o n s a n d m o d e l s o f p a s t , p r e s e n t a n d f u t u -
r e c l i m a t i c v a r i a b i l i t y a n d c h a n g e . It i n c l u d e s o t e c h n i c a l 
s u m m a r y a n d o n e f o r p o l i c y m a k e r s ] 
P e t e r s s e n , S. ( 1 9 6 9 ) / n t r o d u c f i o n t o M e f e o r o / o g y , 3 r d e d n . , 
M c G r a w H i l l , N e w Y o r k , 3 3 3 p p . [ C l a s s i c i n t r o d u c t o r y 
t e x t , i n c l u d i n g w o r l d c l i m a t e s ] 
S t r i n g e r , E.T. ( 1 9 7 2 ) F o u n d o t i ' o n s o^ C l i m a t o / o g y ; An Intro-
duction to Physical, Dynamic, Synoptic, and Geographi-
cal Climatology F r e e m a n a n d C o . , S a n F r a n c i s c o , C A , 
5 8 6 p p . [ D e t a i l e d a n d a d v a n c e d s u r v e y w i t h n u m e r o u s 
r e f e r e n c e s t o k e y i d e a s ; e q u a t i o n s o r e i n A p p e n d i c e s ] 
V a n A n d e l , T . H . ( 1 9 9 4 ) N e w V i e w s o n o n Old Planet. 2 n d 
e d n , C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s , C a m b r i d g e , 4 3 9 p p . 
[ R e a d a b l e i n t r o d u c t i o n t o e a r t h h i s t o r y a n d c h a n g e s i n 
t h e o c e a n s , c o n t i n e n t s a n d c l i m a t e ] 
Artigos cientificos 
B r o w n i n g , K ,A , ( 1 9 9 6 ) C u r r e n t r e s e a r c h i n a t m o s p h e r i c 
s c i e n c e s , W e o t h e r 5 1 , 1 6 7 - 7 2 . 
G r a h a m e , N . S. ( 2 0 0 0 ) T h e d e v e l o p m e n t o f m e t e o r o l o g y 
o v e r t h e l a s t 1 5 0 y e a r a s i l l u s t r a t e d b y h i s t o r i c a l w e a t h e r 
c h a r t s . W e o t h e r 5 5 [ 4 ) , 1 0 8 - 1 6 . 
H a r e , F.K. ( 1 9 5 1 ) C l i m a t i c c l a s s i f i c a t i o n . I n : L o n d o n Essays 
in Geography, L. D . S t o m p a n d S. V/. W o o l d r i d g e ( e d s ) , 
L o n g m a n s , L o n d o n , p p . 1 1 1 - 3 4 . 
Composi^ao, 
massa e 
estrutura da 
atmosfera 
O B J E T I V O S D E A P R E N O I Z A G E M 
D e p o i s d e l e r e s t e c a p i t u l o , v o c e : 
a e s t a r a f a m i i i a r i z o d o c o m a c o m p o s i g o o d o o t m o s f e r o - s e u s g a s e s e o u t r o s c o m p o n e n t e s ; 
• e n t e n d e r o c o m o e p o r q u e o d i s t r i b u i g a o d e g o s e s - t r o g o e a e r o s s o i s v o r i o c o m o a l t i t u d e , a l a t i t u d e 
e o t e m p o ; 
• s c b e r d c o m o a p r e s s a o a t m o s f e r i c o , o d e n s i d a d e e a p r e s s a o d o v a p o r d e a g u o v a r i o m c o m a a l t i t u d e ; e 
• e s t a r o f a m i i i a r i z o d o c o m a s c o m o d o s v e r t i c a l s d o a t m o s f e r a , s u a t e r m i n o l o g i o e i m p o r t o n c i a . 
Este cap i tu lo descreve a composi<;ao da a tmos-
fera - seus p r i n c i pa l s gases e impurezas , sua 
d i s t r i bu i ^ao ve r t i ca l e variacfoes ao l ongo d o 
tempo. Os diversos gases de efeito estufa e sua 
impo r t anc i a sao d iscut idos ; a d istr ibui ( ;ao ver-
t ica l da massa atmosfer ica e a es t ru tura da at-
mosfera, pa r t i cu la rmente a varia(;ao ver t ica l da 
atmosfera, sao analisadas. 
A A COMPOSI^AO DA ATMOSFERA 
1 Principals gases 
O ar e uma m i s tu r a mecanica de gases, e nao 
um composto qu im i co . O ar seco, em vo lume , e 
composto em mais de 99% de n i t rogen io e o x i -
genio ('I'lihela 2 . 1 ) . Observances realizadas c om 
foguetes mos t r am que esses gases sao m i s t u r a -
dos em proporcjoes constantes ate ap rox imada -
mente 100 k m de al t i tude. Apesar de sua p redo -
minanc ia , esses gases sao de pouca impo r t anc i a 
c l imat ica . 
T a b e l a 2 . 1 C o m p o s i g a o m e d i a d o a t m o s f e r a 
s e c o o b o i x o d e 2 5 k m 
V o l u m e 
% P e s o 
C o m p o n e n t e S i m b o l o ( a r s e c o ) m o l e c u l a r 
N i t r o g e n i o N , 7 8 , 0 8 2 8 , 0 2 
O x i g e n i o O , 2 0 , 9 5 3 2 , 0 0 
* * A r g 6 n i o A r 0 , 9 3 3 9 , 8 8 
D i o x i d o d e C O , 0 , 0 3 7 4 4 , 0 0 
c a r b o n o 
* N e 6 n i o N e 0 , 0 0 ) 8 2 0 , 1 8 
* ' H e l i o H e 0 , 0 0 0 5 4 , 0 0 
^ O z o n i o O 3 0 , 0 0 0 0 6 4 8 , 0 0 
H i d r o g e n i o H 0 , 0 0 0 0 5 2 , 0 2 
' C r i p t o n i o K r 0 , 0 0 0 1 1 
' X e n o n i o Xe 0 , 0 0 0 0 9 
^ M e t o n o C H , 0 , 0 0 0 1 7 
O b s . : ' P r o d u t o s d o d e c c i m e n t o d o p o t o s s i o e u r a n i o . ^Re-
c o m b i n a ^ a o d o o x i g e n i o . * G a s e s i n e r t e s . ^ N a s u p e r f i c i e . 
14 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
2 Gases de efeito estufa 
Apesar de sua relat iva escassez, os chamados 
gases de efeito estufa desempenham u m papel 
c ru c i a l na t e rmod i n am i c a da a tmos fera (ver 
Quad r o 2.1). Eles apr i s i onam a radiacjao em i t i -
da pela Terra, p r o du z i ndo assim o efeito estufa 
(ver Cap i tu lo 3C). A l em disso, as concentra(;6es 
desses gases-tra^o sao afetadas pelas at iv idades 
humanas ( isto e, antr6picas) . 
1 O d i d x i d o de c a r bono ( C O J esta envo l -
v i d o em u m c omp l e x o c i c lo g l oba l ( ver 
2A .7 ) . Ele e l i b e rado a p a r t i r do i n t e r i o r 
da Terra , e p r o du z i d o pela respira<;ao da 
b io ta , de m i c r ob i o s do solo, da qu e ima de 
c ombus t i v e i s e da evapora(;ao ocean ica . 
E m c on t r a p a r t i d a , e d i s s o l v i do nos oce-
anos e c o n sum i d o pela fotossintese vege-
ta l . O des equ i l i b r i o entre as emissoes e a 
absor(;ao pelos oceanos e a bios fera ter -
restre leva ao aumen t o l i q u i d o observado 
na atmosfera . 
2 O me tano (CH^) e p r odu z i d o p r i n c i p a l -
mente p o r me io de processos anaerobicos 
( isto e, def icientes em ox igen io ) em areas 
l im idas naturais e planta(;6es de arroz ( j un -
tas, por vo l ta de 4 0% do to ta l ) , b em c omo 
pela fermenta^ao enterica em animals , po r 
t e rmi tes , pela extra(;ao de carvao e oleo, 
pela que ima de biomassa e po r aterros sa-
n i tar ios e l ixoes. 
CO j + C H ^ + 2 H 2O 
Quase dois ter^os da produ(;ao t o ta l estao 
re lac ionados c om a at iv idade an t ropoge -
nica . 
O me tano e ox idado a CO^ e H^O p o r 
u m comp l exo sistema de reac^ao f o t o qu i -
mica . 
CH„ + O2 + 2A: CO2 -t- 2x H2 
onde X denota qualquer esp^cie que destrua 
o metano (p.ex., H , O H , NO , C l ou Br ) . 
3 O ox ido n i t r oso (N^O) e p r oduz i d o p r i n -
c ipa lmente p o r fert i l izantes n i t rogenados 
(50-75%) e processos indus t r i a i s . Ou t r a s 
fontes saoo t ranspor te , a que ima de b i o -
massa, as pastagens e os mecanismos b i o -
l6gicos nos oceanos e solos. Ele e des t ru ido 
po r reai^oes f o t oqu im icas na estratosfera, 
envo lvendo a produ(;ao de ox idos n i t roge-
nados ( NOx ) . 
4 O o z on i o (O, ) e p r o du z i d o pe la queb ra 
de mo l e cu l a s de o x i g en i o na a tmos f e ra 
supe r i o r pela radia<;ao u l t r a v i o l e t a do Sol 
e e d e s t ru ido p o r rea(;6es envo l vendo o x i -
dos n i t r ogenados ( N O J e c l o ro (C l ) (este 
gerado p o r CFC , erup(;6es vu l can i cas e 
que ima de vegetac^ao) na estratosfera me-
d ia e super ior . 
5 Os c lo ro f luorcarbonetos (CFC : p r i n c i p a l -
mente o CFCI3 (F-12) e o CF .C l , (F-12) sao 
tota lmente antropogenlcos, produz idos po r 
propelentes de aerossois, gases re f r igeran-
tes em refr igeradores (p.ex., " f r eon" ) , p ro -
dutos de l impeza e condic ionadores de ar, 
e nao estavam presentes na atmosfera ate 
a decada de 1930. As molecu las de CFC 
ascendem lentamente ate a estratosfera e 
avan^am em dire^ao aos polos, sendo de-
compostas por processos f o toqu imicos em 
c loro , ao l ongo de u m pe r i odo med i o de 
v ida de aprox imadamente 65-130 anos. 
6 Os ha locarbonetos h id rogenados ( H FC e 
HCFC ) t amb em sao gases t o t a lmen te an -
t r opogen l cos . A um e n t a r am n i t i d amen t e 
na a tmos fe ra nas u l t ima s decadas, apos 
come^arem a ser usados c omo subst i tutos 
para os CFC . O t r i c l o r o e t ano (C^H jC l j ) , 
p o r exemplo , usado na lavagem a seco e 
em agentes desengordurantes , a umen t o u 
em qua t ro vezes na decada de 1980 e tern 
u m t empo de residencia de 7 anos na at-
mos fera . Ge ra lmen t e , eles t em v idas de 
poucos anos, mas a inda causam u m i m -
pacto substancia l no efeito estufa. O papel 
dos haldgenos de ca rbono (CFC e HC FC ) 
na destruicao do o zon io e na estratosfera e 
descr i to a seguir. 
O vapor de agua (H^O) , o p r i n c i p a l 
gas de efeito estufa, e u m componen t e at-
mos f e r i co v i t a l . Sua med i a e de 1% em 
vo lume , mas ele e mu i t o variavel no espa-
<;o e no t empo , estando envo l v ido em u m 
comp lexo c ic lo h i d r oMg i c o g l oba l (ver o 
Cap i tu lo 3). 
CAPITULO 2 C o m p o s i ^ a o , m a s s a e e s t r u t u r a d a a t m o s f e r a 1 5 
3 Especies gasosas reatlvas 
A l em dos gases de efeito estufa, impo r t an t e s 
especies gasosas reativas sao produz idas pelos 
ciclos do enxofre, n i t rogenio e c loro, que desem-
penham papeis cruciais na chuva acida e na des-
trui<;ao do ozonio. As fontes dessas especies sao: 
Especies nitrogenadas. As especies reativas 
do n i t r ogen i o sao o ox ido n i t r i c o ( NO ) e o 
d i o x i d o de n i t rogen io (NO^). O t e rmo NO^ 
se refere a essas e outras especies de n i t r o -
gen io c om ox igenio . Sua p r i n c i pa l s i gn i f i -
cancia ^ c omo catal isador para a forma(;ao 
de ozdn io troposfer ico. A que ima de c om -
bustiveis fosseis (aprox imadamente 40% no 
t ranspor te e 6 0% em outros usos energet i-
cos) e a p r i n c i pa l fonte de NO^ ( p r i n c i pa l -
mente NO ) , representando - 2 5 x l o ' k g N/ 
ano. A que ima de biomassa e a at iv idade 
de raios sao outras fontes impor tan tes . As 
emissoes de N O , aumen t a r am em 200% 
entre 1940 e 1980. A fonte total de N O , e de 
aprox imadamente 40 x l o ' k g N/ano. Cerca 
de 2 5% desse to ta l en t r am na estratosfera, 
onde so f rem dissociaijao f o toqu imica , sen-
do t ambem remov idos como acido n i t r i c o 
( H NO j ) na neve. Outras formas de n i t roge-
n i o t amb em sao l iberadas c omo N H , pela 
oxidacjao da amon ia e por animals domes-
t i c o s ( 6 - 1 0 x lO 'Kg N/ano). 
Especies sutfurosas. As especies reativas sao 
o d i o x i d o de enxofre (SO^) e o enxofre re-
du z i d o (H,S, DMS ) . A o r i g em d o enxo f re 
a tmosfer ico e quase to ta lmente antropoge-
nica: 9 0% da combustao de carvao e oleo, 
e g rande par te do resto v em da fundi(pao 
de cobre. As p r inc ipa i s fontes sao d i o x i d o 
de enxofre ( 80 -100 x lO ' k g S/ano), sulfe-
to de h i d r o g en i o (H^S) ( 2 0 - 40 x l o ' g S/ 
ano ) e sul feto de d ime t i l a ( DMS ) ( 3 5 - 55 x 
lO ' K g S/ano). O DMS e gerado p r i n c i p a l -
mente pela p r odu t i v i d ad e b io log ica pe r t o 
da super f ic ie dos oceanos. As emissoes de 
SO j a um e n t a r am em a p r o x imadamen t e 
5 0% entre 1940 e 1980, mas d i m i n u i r a m 
na decada de 1990. A Ch i n a e a p r i n c i -
pa l fonte de emissoes, embo ra os Estados 
Un i d o s t e n h am a ma i o r contr ibui<;ao per 
capita. A at i v idade vu lcan ica l i be ra apro-
x imadamen t e l O ' K g S/ano c omo d i o x i d o 
de enxofre . C om o a v ida do SOj e d o H^S 
na a tmos fera e de apenas u m d i a , o en -
xo f re a tmos fe r i co o co r r e p r i n c i p a lmen t e 
c omo sulfeto de ca rbon i l a (COS) , que t em 
uma v ida de ap rox imadamente u m ano. A 
conversao do gas H^S em part icu las de en-
xofre e uma impo r t an t e fonte de aeross6is 
atmosfer icos. 
Apesar de sua v ida cur ta , o d i o x i d o de 
enxofre e t ranspor tado faci lmente por Ion-
gas distancias. Ele e r emov ido da atmosfera 
quando os ni icleos de condensa^ao de SO; 
sao prec ip i tados c omo chuva acida c om 
ac ido su l fu r i co (H^SO^). A acidez da de-
posicjao em nevoeiros pode ser mais seria, 
pois ate 9 0% das got iculas do nevoeiro po-
d em se depositar. 
A deposifao acida envolve a chuva e neve 
acidas (deposi(;ao l im i d a ) e a deposi(;ao 
seca de par t i cu lados . A acidez da p rec ip i -
taijao representa u m excesso de ions pos i -
t ivos de h i d r o g en i o [H * ] em uma solu(;ao 
aquosa. A acidez e med ida na escala de p H 
(1 - l o g [H * l ) , que varia de 1 (mais acido) 
a 14 (mais a lca l ino ) ; 7 e neut ro ( isto e, os 
cations de h id rogen i o sao equi l ibrados po r 
anions de sulfate, n i t ra to e c loreto ) . As l e i -
turas max imas de p H no leste dos Estados 
Un idos e na Europa sao S4 ,3 . 
A c im a dos oceanos , os p r i n c i p a i s 
an ions sao C l - e SO/~ d o sal m a r i n h o . 
O n ive l basal de acidez na chuva t em p H 
aprox imado de 4,8 a 5,6, pois o CO^ atmos-
fer ico reage c om a agua para f o rmar acido 
carbon ico . As solu(;6es acidas na agua da 
chuva sao f o rmadas po r rea(;6es envo l -
vendo a qu im i c a da fase gasosa e da fase 
aquosa c om d i o x i d o de enxofre e d i o x i d o 
de n i t r ogen io . Para o d i o x i d o de enxofre, 
caminhos rdpidos sao fornecidos por : 
H O SO j + O j ^ H O j - h S O j 
H j O + SO3 ^ H j SO4 (fase gasosa) 
e H 2 0 - F H S 0 3 - ^ H + - I - S O , 2 - - F H 2 0 
(fase aquosa) 
16 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
O radica l O H e u m impo r t an t e catal isador 
na rea(;:ao gasosa, e o pe rox ido de h idroge -
n i o ( H jO j ) , na fase aquosa. 
A deposi i ;ao acida depende das c on -
Centra(;6es de emissao, d o t r anspor t e at-
mos fer i co e da at iv idade qu im i c a , d o t i p o 
de nuv em , dos processos micro f i s icos das 
nuvens e do t i po de precipita<;ao. Observa-
nces realizadas na decada de 1970 no nor te 
da Europa e no leste da Amer i ca do Nor te , 
em compara^ao c om metade da decada de 
1950, mo s t r am u m aumento de duas a tres 
vezes na deposi^ao do i on h id rogen i o e na 
acidez da chuva. As concentra^oes de su l -
fate na agua da chuva na Europa aumen -
ta ram, nesse p e r i odo de 20 anos, em 50% 
no sul da Europa e em 100% na Escandi -
ndvia, embora tenha hav ido uma reducjaoposterior, associada aparentemente a r edu-
(jao nas emissoes de enxofre na Europa e na 
Ame r i c a do Nor te . As emissoes o r iundas 
de carvao e oleo combust ive l nessas regioes 
t ^m u m elevado teor de enxofre (2-3%) e, 
c omo as p r inc ipa i s emissoes de SO^ ocor-
r cm a pa r t i r de chamines elevadas, o SO^ 
e t ranspor tado faci lmente pelos ventos ba i -
xos. As emissoes de NO , , po r ou t r o lado, 
sao p r inc ipa lmente de automoveis e, assim, 
o N O j - e depos i tado p r i n c i p a lmen t e em 
amb i t o local . O SO; e o N O , t em tempos 
de residencia de u m a tres dias na a tmos-
fera. O SO; nao se dissolve c om faci l idade 
nas nuvens ou gotas de chuva, a menos que 
ox idado por O H ou H ; 0 ; , mas a deposiijao 
seca e bastante rapida. O N O e insol i ive l em 
agua, mas e ox idado a N O ; po r reacpao com 
o ozon io e, f ina lmente , a H N O j (acido n i -
t r i co ) , que se dissolve c om faci l idade. 
N o oeste dos Estados Un idos , onde 
existem menos fontes importantes de emis-
sao, as concentra^oes do i on H * na agua da 
chuva sao de apenas 15-20% dos niveis ob-
servados no leste, ao passo que as concen-
tracjoes dos anions sulfato e n i t ra to sao de 
u m ter<;o a metade das do leste. Na Ch ina , 
o carvao c om elevado teor de enxofre e a 
p r inc i pa l fonte de energia, e as concentra-
noes de sulfato na agua da chuva sao ele-
vadas; observances no sudoeste da Ch i n a 
mos t r am niveis seis vezes maiores que os 
de Nova York. N o inve rno , no Canada, a 
neve c on t em mais n i t r a t o e menos sulfa-
to d o que a chuva, aparentemente po rque 
a neve que cai arrasta o n i t r a t o de f o rma 
mais rapida e efetiva. Consequentemente , 
o n i t ra to explica cerca da metade da acidez 
encontrada na neve. Na pr imavera , o derre-
t imen t o da neve causa um f luxo acido que 
pode ser pre jud ic ia l a populanoes de peixes 
em r ios e lagos, especialmente nos estagios 
de ovos e larvais. 
Em Areas c om nevoe iro frequente, o u 
nuvens em montanhas , a acidez pode ser 
ma i o r do que c om a chuva; dados no r t e -
-amer icanos i n d i c am valores de p H me-
dios de 3,4 no nevoeiro. Isso resulta de va-
ries fatores. Pequenas goticulas de nevoeiro 
ou nuvens t em uma area superf ic ia l maior , 
niveis maiores de poluentes p r opo r c i onam 
mais t empo para reanoes qu imicas da fase 
aquosa, e os poluentes p o d em agir c omo 
niicleos para a condensanao das got iculas 
da neb l ina . Na Ca l i f o rn i a , valores de p H 
de 2,0-2,5 sao comuns em nevoeiros costei-
ros. A agua da nebl ina em Los Angeles t em 
concentranoes elevadas de n i t ra to , dev ido 
ao t rans i to de automove is durante a ho ra 
do rush mat ina l . 
O impacto da precipitaijao acida depen-
de da cobertura de vegeta^ao, do solo e do 
t ipo de rochas. A neutralizaijao pode ocorrer 
pela adi^ao de cations no dossel da vegetaijao 
ou na superficie. Essa protenao e maior se ha 
rochas carbonaticas (cations de Ca, Mg ) ; de 
outra forma, a elevada acidez aumenta a l i x i -
vianao norma l de bases do solo. 
4 Aerossois 
Existem quant idades signif icat ivas de aerossois 
na atmosfera. Eles sao par t icu las suspensas de 
sulfato, sal ma r i n h o , poe i ra m ine r a l ( p a r t i cu -
larmente sil icates), mater ia organica e carbono 
negro. Os aerossois en t r am na atmosfera po r 
me io de uma variedade de fontes naturais e an-
tropogenicas (Tabela 2.2). A l guns se o r i g i n am 
como part iculas , que sao emit idas d i re tamente 
C A P J T U L O 2 C o m p o s i ^ a o , m a s s a e e s t r u t u r a d a a t m o s f e r a 1 7 
T a b e l a 2 . 2 E s t i m o t i v o s d o p r o d u g a o d e a e r o s s o i s , c o m m e n o s d e S j i m d e r a i o ( 1 0 ' k g , ' a n o ) e 
c o n c e n t r a g o e s t i p i c a s p e r t o d o s u p e r f i c i e ( | x g m ' " ' ) e m d r e a s r e m o t a s e u r b o n o s 
N a f u r o l 
P r o d u g o o p r i m d r i a : 
S a l m a r i n h o 
P a r t i c u l a s m i n e r a l s 
V u l c a n i c a 
I n c e n d i o s f l o r e s t a i s e d e t r i t o s 
b i o l d g i c o s 
P r o d u g o o s e c u n d d r i a ( g a s p o r t i c u l a ) ; 
S u l f o t o s d e H ,S 
N i t r a t e s d e N O . 
H i d r o c o r b o n e t o s v e g e t a i s c o n v e r t i d o s 
N a t u r a l t o t a l 
P r o d u ; a o 
2 3 0 0 ' 
2 0 
5 0 
7 0 
2 2 
2 5 
3 6 0 0 
C o n c e n t r a ; a o 
R e m o t a U r b a n a 
5 - 1 0 
9 0 0 - 1 5 0 0 
1-2 
0 , 5 - 5 * 
A n t r o p o g e n i c a 
P r o d u g a o p r i m d r i a : 
P o r t i c u l a s m i n e r a l s 0 - 6 0 0 
P o e i r a i n d u s t r i a l 5 0 
C o m b u s t a o ( c a r b o n o n e g r o ) 1 0 
( c a r b o n o o r g a n i c o ) 5 0 
P r o d u g o o s e c u n d d r i a ( g a s - * p o r t i c u l a ) : 
S u l f a t o d e S O , 1 4 0 
N i t r o t o s d e N O . 3 0 
C o m b u s t a o d e b i o m a s s a ( o r g a n i c o s ) 2 0 
A n t r o p o g e n i c a t o t a l 2 9 0 - 8 9 0 
1 0 0 - 5 0 0 ' 
0 , 5 - 1 , 5 
0 , 2 
1 0 - 2 0 
0 , 5 
Fon t e s : R a m a n t h a n e t a l . 2 0 0 1 , S c h im e l e t a l . 1 9 9 6 , B r i d g m c n 1 9 9 0 . 
O b s . : ' 1 0 6 0 f i g m '^ d u r o n t e e p i s o d i o s d e p o e i r a d o S a a r a s o b r e o A t l a n t i c o . 
' P a r t i c u l a s s u s p e n s a s t o t a l s . 10 k g = I T g . 
para a atmosfera - part iculas de poe i ra m i n e -
ral de superf icies secas, fu l i gem de carbono da 
que ima de carvao e biomassa, e poeira vu l can i -
ca. A Figura 2 . IB mestra suas distr ibuinoes po r 
t amanho . Ou t r o s sao f o rmados na atmosfera 
por processos de conversao de gas para pa r t i cu -
la (enxofre de SO; antropogenico e H;S na tura l ; 
sais de amon i o derivados de N H j ; n i t r ogen io de 
NO , ) . Os aerossois sulfatades, dois ter^os dos 
quais v em de emissoes de usinas termoeletr icas 
a carvao, desempenhavam u m papel imp o r t a n -
te no contre le dos efeites do aquec imente g lo -
bal , re f l e t indo a radia^ao solar inc idente du r an -
te as decadas de 1960-1980, mas esse chamado 
"escurec imento g l oba l " fo i i n ve r t i do poster ior -
mente ( "c lareamento g loba l " ) (ver e Cap i tu l o 
13). Out ras fontes de aerossois sao os sais ma-
r i nho s e a mate r i a o rgan ica (h id roca rbone tos 
vegetais e an t ropogen lcos ) . Em escala g loba l , 
as fontes natura is sao varias vezes maiores do 
que as antropogenicas , mas as est imativas sao 
variadas. A poe i ra m i n e r a l e pa r t i cu l a rmen t e 
d i f i c i l de est imar, dev ido a natureza episodica 
de eventos eolicos e a consideravel var iab i l idade 
espacial. Por exemplo , o vente carrega ap rox i -
madamente 1500Tg ( 10 " g ) de mate r ia l crosta l 
anua lmente , a metade do Saara e da Pen insu-
la da A rab i a (ver Prancha 2.1). A ma i o r parte 
18 A i m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
disso e deposi tada peio ven to sobre o A t l a n t i -
co. Existe u m t ranspor t e semelhante do oeste 
da Ch i na e da Mong o l i a para o leste, sobre o 
Oceano Pacifico Nor te . Particulas de grande ta-
manho or ig inam-se da poe i ra m ine ra l , do spray 
da agua do mar, e de esporos vegetais (F igura 
2.1 A ) , que me r gu l ham rap idamente para a su-
perf ic ie ou sao lavadas (carreadas) pela chuva 
depois de alguns dias. As part iculas finas o r i u n -
das de erup^oes vulcanicas p o d em res id i r de 
u m a tres anos na atmosfera superior. 
As part iculas pequenas (de A i t k en ) se for-
m am pela condensacpao de p rodutos de rea^oes 
da fase gasosa e de moleculas organicase po -
l imeros ( f ibras naturais e sinteticas, plast icos, 
borrachas e v i n i l ) . Ex is tem 500-1000 p a r t i c u -
las de A i t k e n po r c m ' no ar sobre a Europa . 
As par t i cu las de t amanho med i o (m o d o de 
acumula^ao ) o r i g i nam-se de fontes natura is 
c omo o solo, da combustao , o u acumulam-se 
po r coagula^ao aleatoria e po r ciclos repet idos 
de condensa<;ao e evapora^ao (F igura 2.1 A ) . 
Sobre a Europa , sao encontradas 2000-3500 
dessas par t i cu las po r cm ' . As par t i cu las c om 
d iametros < 2,5p,m (MP-,5) - que p od em cau-
sar prob lemas de sailde - sao documentadas 
separadamente. Part iculas c om d iamet ros de 
0 , l - l , 0| j ,m sao altamente efetivas ao espalhar a 
radia^ao solar (Capi tu lo 3B.2), e as de 0,1 j xm de 
d iamet ro sao impor tantes na condensa^ao das 
nuvens. Os efeitos c l imato log icos de aerossois 
sobre a precipita^ao sao complexos, e o impacto 
geral e incerto (ver p. 115). 
C om essas generaliza<;6es sobre a atmosfe-
ra, examinaremos agora as varia^oes que ocor-
r em na composicjao c om a a l t i tude , a la t i tude e 
o tempo. 
5 Varia^oes com a altitude 
Podemos esperar que os gases leves (especial-
mente o h id rogen i o e o he l io ) se t o r n em mais 
abundantes na atmosfera superior, mas a m i s -
tura tu rbu l en ta em grande escala impede essa 
separa^ao d i fusora ate pelo menos 100 k m aci-
ma da superf icie. As variances que o co r r em na 
al tura estao relacionadas c om as fontes dos dois 
p r inc ipa i s gases nao permanentes - vapor de 
agua e ozonio. C omo ambos absorvem radia^ao 
( A ) 
| 1 0 < 
I 
^« 
•to « 103 . 
•O -a 
O c 
I I , 0 . 
( B ) 
I ' 
E 
a 
10-2 10' 1 10' 10^ 
D i a m e t r o d a p a r t i c u l a { pm } 
10^ 
Nucleos de condensa(;do do ar 
ascendente rapido (Aitken] 
Nucleos de condensagao 
^ t^rmica lerta 
Agregados poiitnerizados, 
moleculas organicas, e t c ' 
CombustiSo 
condonsa 
Regiao de trituragao mecflnica 
dos, » do vapof^ Poai Poaifa carreada pelo venlo 
0.01.0,1 m r i ^ " ""mc^o'de ' 
X ACUUULACAO 
l l l l i i^ TRANSFERfNCIA DE MASSA 
Por ciclos de coagulacao e evaporac^o da nu. 
F i g u r a 2 . 1 P a r t i c u l a s a t m o s f e r i c o s . ( A ) : d i s t r i b u l g d o 
d e m a s s a , c o m u m a r e p r e s e n t o g d o d o s p r o c e s s o s 
s u p e r f i c i e - a t m o s f e r a q u e c r i o m e m o d i f i c a m a e r o s s o i s 
a t m o s f e r i c o s , i l u s t r a n d o o s t r e s m o d o s d e t o m o n h o . 
O s n u c l e o s d e A i t k e n s d o p a r t i c u l a s s o l i d a s e l i q u i d a s 
q u e o g e m c o m o n u c l e o s d e c o n d e n s a g d o e c o p t u r o m 
i o n s , l o g o , d e s e m p e n h a m u m p o p e l n o e l e t r i t i c a g d o 
d o s n u v e n s . ( B ) : d i s t r i b u i g d o d a a r e a s u p e r f i c i a l p o r 
u n i d o d e d e v o l u m e . 
F on t e s : (A ) : G l e n n E. S h ow , U n i v e r s i t y o f A l a s k a , G e o p f i y s i c s 
I n s t i t u t e ; (B): S l i nn ( 1 9 8 3 ) , 
solar e terrestre, o balancjo de calor e a estrutura 
ver t ica l da temperatura da atmosfera sao afeta-
dos consideravelmente pela d is t r ibu inao desses 
dois gases. 
O vapor de agua compreende ate 4% da at-
mosfera em vo lume (por vo l ta de 3% em peso) 
perto da superf icie, mas apenas 3-6 ppmv (par-
tes po r m i l h a o em vo lume ) ac ima de 10 a 12 
k m . Ele e fornec ido para a atmosfera pela eva-
CAPITULO 2 C o m p o s i j a o , m a s s a e e s t r u t u r a d a a t m o s f e r a 1 9 
P r a n c h a 2 . 1 P l u m a s d e p o e i r a s o b r e o M o r V e r m e l h o , s e n s o r M O D I S , e m 1 5 d e J a n e i r o d e 2 0 0 9 . N A S A , 
pora^ao da agua super f ic ia l ou pela t ransp i ra -
nao das plantas, e t rans fer ido para niveis mais 
elevados pela tu rbu l enc i a atmosfer ica. A t u r -
bulenc ia e mais efetiva abaixo de 10-15 k m e, 
como a densidade max ima possivel do vapor de 
agua no ar f r i o e mu i t o baixa (ver B.2, neste ca-
p i tu lo ) , existe pouco vapor de agua nas camadas 
superiores da atmosfera. 
O ozon io (O3) se concentra p r i n c i p a lmen -
te entre 15 e 35 k m . As camadas superiores da 
atmosfera sao i rradiadas pela radia^ao u l t r av i o -
leta do Sol (ver C l , neste cap i tu lo ) , que causa a 
quebra das moleculas de ox igen io em a l t i tudes 
ac ima de 30 k m (O j ^ O -t- O ) . Esses atomos 
separados (O -1- O ) p o d em entao se c omb ina r 
i nd i v i dua lmen t e c om outras moleculas de o x i -
gen io para c r i a r o zon io , c on f o rme i l u s t r ado 
pelo esquema f o t oqu im i co simples: 
O ^ - l - O - l - M ^ O j - l - M 
onde M representa a energia e o balan^o de 
momen t o p r opo r c i onado pela colisao c om u m 
terceiro a tomo ou molecula; esse cic lo de Chap-
m a n e mos t rado na Figura 2.2A. Essas colisoes 
(A) F o r m a g a o d o o z o n i o 
( C i c l o d e C h a p m a n ) 
R a d i a g a o 
O x i g e n i o u v O x i g e n i o O^ 
m o l e c u l a r a t o m i c o 
°2 O 
R a d i a g a o U V 
O z 6 n i o 
( B ) D e s t r u i g a o d o o z o n i o 
F i g u r a 2 . 2 l l u s t r a g o e s e s q u e m d t i c a s ( A ) d o c i c l o 
d e C h a p m a n d a f o r m a g o o d o o z o n i o e (B ) d e s t r u i g a o 
d o o z o n i o . X e q u a l q u e r e s p e c i e q u e d e s t r u a o o z o n i o 
( p . e x . , H , O H , N O , C R , B r ) . 
F o n t e : H a l e s ( 1 9 9 6 ) Bulletin of t h e A m e r i c o n M e f e o r o / o g / c a ) 
Society, A m e r i c o n M e t e o r o l o g i c a l S o c i e t y , 
de tres corpos sao raras a 80 a 100 k m , dev ido 
a ba ix iss ima densidade da atmosfera, enquan-
to, abaixo de 35 k m , a ma io r parte da radia^ao 
u l t rav io le ta inc idente ja fo i absorv ida em niveis 
maiores . Por tanto , o o zon io e f o rmado p r i n c i -
20 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
palmente entre 30 e 60 k m , onde as colisoes en-
tre O e O ; sao mais provaveis. O p r op r i o ozon io 
e instavel ; sua abundanc ia e d e t e rm inada p o r 
trSs intera^oes fotoquimicas diferentes. A c ima 
de 40 k m , o ox igenio l i vre e des t ru ido p r i n c i pa l -
mente po r u m ciclo envolvendo ox igenio mo le -
cu lar ; entre 20 e 40 km , p r e d om i n am os ciclos 
de NO , , enquanto, abaixo de 20 km , o responsa-
vel e o radica l de h id rogen i o e ox igenio ( HO j ) . 
Out ros ciclos impor tantes envo lvem as ca-
deias de C l o ro (C IO ) e B r omo (B rO ) em a l t i t u -
des variadas. Colisoes c om ox igen io monoa t o -
m i c o p o d em recr iar ox igen io (ver Figura 2.2B), 
mas o o zon io e des t ru ido p r i n c i pa lmen t e po r 
ciclos envo lvendo rea^oes catal it icas, a lgumas 
das quais sao fotoquimicas associadas a rad ia -
(;ao u l t rav io l e ta de ondas mais longas (2,3-2,9 
|j,m). A destruicao do ozon io envolve uma re-
combinanao c om o oxigenio atomico, causando 
uma perda l i qu i da de ox igenio l ivre. Isso ocor-
re por me io do efeito cata l i t ico de u m rad ica l 
c omo o O H (h id rox i l a ) : 
H + O H O j 
H O ; + O O H -1- O ; 
l i qu ido : 2 0 O^ 
O H + O - ^ H - i - O ; -I 
Os atomos de h id rogen i o l i vre e O H resu l tam 
da dissociai;ao do vapor de agua, h i d r o g en i o 
molecular e metano (CH^). 
O ozon io estratosferico t ambem e des t ru -
ido na presen^a de ox idos de n i t r ogen io ( N O , 
isto e, N O ; e NO ) e radicals de c loro (C l , C IO ) . 
O gas-fonte do N O , e o o x i do n i t r oso ( N ; 0 ) , 
p roduz ido por combustao e uso de fert i l izantes, 
enquanto os c loro f luorcarbonetos (CFC) , fabr i -
cadospara o "freon", dao vazao aos cloros l ivres. 
Esses gases-fonte sao t ransportados da super f i -
cie ate a estratosfera e convert idos por oxida^ao 
em NO , , e por fotodecomposi^ao c om U V em 
radicals c loro, respectivamente. 
A cadeia do c loro envolve: 
2 (C l -h O 3 ^ C IO + O J 
C IO + CIO C120 , 
C l - i - O j ^ C\0 + 0^ 
O H -h O 3 H O 3 + 2 0 ; 
Ambas as rea^oes resu l tam na conversao de O 3 
para O , e na remoijao de todos os oxigenios l i -
vres. Ou t r o c ic lo pode envolver uma interacao 
entre os ox idos de c loro e b r omo (Br ) . Parece 
que o aumento em especies de C l e Br du r an -
te as decadas de 1970 a 1990 expl ica a redu^ao 
observada do ozon io estratosferico sobre a A n -
tar t i ca (ver Quad r o 2 . 1 ) . U m mecan i smo que 
talvez p r omova o processo cata l i t i co envolve 
nuvens estratosfericas polares, que p o d em se 
f o rmar durante a p r imave ra austral ( ou tub ro ) , 
quando as temperaturas caem para 185-195K, 
p e rm i t i n d o a f o rma^ao de par t i cu las de gelo 
e agua gelada de ac ido n i t r i c o ( H NO , ) . Toda-
via, esta claro que as fontes antropogenicas de 
gases-tra^o sao o p r i n c i pa l fator no dec l in io do 
ozonio . As condi^oes no A r t i c o sao u m pouco 
di ferentes, pois a estratosfera e mais quente e 
existe mais m i s tu r a de ar de lat i tudes menores. 
Ent re tanto , a tua lmente , sao observadas r edu -
noes no ozon io na pr imavera boreal na estratos-
fera art ica. 
A m e t amo r f o s e c ons tan t e d o o x i g e n i o 
para o zon i o e de o z on i o de vo l t a para ox i gen io 
envo lve u m c on j un t o c omp l e x o de processos 
f o t o qu im i c o s , que t e nd em a man t e r u m equ i -
l i b r i o a p r o x imado ac ima de 40 k m . Todav ia , a 
razao de m i s t u r a do o z on i o alcanna sen m a x i -
m o ap r ox imadamen t e a 35 k m , ao passo que a 
concentra^ao m a x im a de o z on i o (ver N o t a 1) 
o co r r e ma is abaixo , en t re 20 e 25 k m em l a t i -
tudes baixas e entre 10 e 20 k m em la t i tudes 
altas. Isso e r e su l t ado de u m me c an i smo de 
c i r cu la^ao que t r an spo r t a o o z on i o para b a i -
xo , para n ive is onde sua des t ru i cao e menos 
p rovave l , p e r m i t i n d o que haja u m a c umu l o 
do gas. Apesar da im p o r t a n c i a da camada de 
ozon io , e essencial que se c ompreenda que, se 
a a tmosfera fosse c om p r im i d a ao n ive l do ma r 
(na t empe r a tu r a e pressao n o rma l s no n i v e l 
d o m a r ) , o o z o n i o c o n t r i b u i r i a c om apenas 
3 m m da espessura a tmos fer i ca t o t a l de 8 k m 
(F i gura 2.3). 
6 Varia^des com a latitude e a 
esta^ao 
As variacoes da compos i^ao atmosfer ica c om 
a l a t i tude e a esta^ao sao pa r t i cu l a rmen t e i m -
CAP I T U LO 2 C o m p o s i g a o , m o s s o e e s t r u t u r a d o a t m o s f e r a 21 
portantes no caso do vapor de agua e do ozon io 
estratosferico. 
O teor de o zon io e baixo sobre o equador 
e a l to em la t i tudes subpolares na p r imav e r a 
(ver F igura 2 . 3 ) . Se a d i s t r i bu inao fosse resul-
F i g u r a 2 . 3 V a r i a g o o d o o z o n i o t o t a l c o m a l o t i t u d e 
e o e s t o g o o e m u n i d o d e s d e D o b s o n * p o r o d o i s i n -
t e r v o l o s d e t e m p o : ( s u p e r i o r ) 1 9 6 4 - 1 9 8 0 e ( i n f e r i o r ) 
1 9 8 4 - 1 9 9 3 . V a l o r e s o c i m o d e 3 5 0 u n i d o d e s e s t a o 
s o m b r e a d o s . 
f o n t e : B o i k o » e F i o l e t o v ( 1 9 9 5 ) J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l 
R e s e o r c h , 1 0 0 ( D ) , F i g . 1 5 , p 1 6 , 5 4 8 . A m e r i c a n G e o p h y s i c a l 
U n i o n . 
• N . d e R. T . : U m a V D = 2,6 X l O " " m o l e c u l a s d e D j c m 
A u n i d a d e D o b s o n e a m e d i d a d a q u a n t i d a d e d e o z o n i o e m 
u m a c o l u n a d e a r n a a t m o s f e r a , e s p e c i a l m e n t e n a e s t r a t o s -
f e r a . £ a m e d i d a d a e s p e s s u r a e m c m d a c a m a d a d e o z o n i o , 
a s s u m i n d o q u e t o d o o o z o n i o fosse i s o l a d o e t r a z i d o a o n i v e l 
d o m a r . 
tado un icamente de processos f o t oqu im i cos , o 
ma x imo ocor re r ia em j u n h o pe r t o d o equador, 
de m o d o que o padrao anoma l o deve resul tar 
do t ranspor te de ozon io em direcjao aos polos . 
Aparentemente , o o zon io mud a de niveis altos 
(30-40 km ) em lat i tudes baixas para niveis mais 
baixos (20-25 km ) em lat i tudes altas durante os 
meses do inve rno . A l l , o o zon io e armazenado 
du ran t e a noite polar, l evando a uma camada 
r i ca em o zon i o no comedo da p r imave ra em 
condicoes naturais. fi esse aspecto que e p e r tu r -
bado pelo " buraco " da camada de ozon io estra-
tosferica, que hoje se f o rma a cada pr imavera na 
An ta r t i c a e, em alguns anos recentes, t amb em 
no A r t i c o (ver Quad ro 2.1). A i nda nao conhe-
cemos c om certeza o t i po de circula^ao respon-
savel por essa transferencia, embora nao parei;a 
ser simples e d ireta. 
O teor de vapor de agua da atmosfera esta 
re lac ionado c om a t empera tura do ar (ver B.2, 
neste capi tu lo , e os Capi tu los 4B e C) e, p o r t an -
to, e ma i o r no verao e em lat i tudes baixas. Toda-
v ia , ex istem excei;6es obvias a essa general iza-
nao, c omo as areas tropicals desertas d o mund o . 
O teor de d i o x i d o de carbono do ar, que t i -
nha uma med ia de 387 partes por m i l hao ( p pm ) 
em 2007, apresenta uma grande variai;ao sazo-
nal nas lat i tudes maiores do Hemis f e r i o Nor t e , 
associada a fotossintese e a decomposicjao na 
biosfera. A 50°N, a concentranao var ia de 380 
p pm no ou t ono a 393 p p m na p r imave ra . Os 
baixos valores do verao estao relacionados c om 
a assimila^ao de C O ; pelos mares polares f r ios . 
Ao longo do ano, ocorre uma pequena transfe-
rencia l i q u i d a de C O ; de la t i tudes baixas para 
altas, mantendo u m equ i l i b r i o nos teores d o ar. 
7 Varia^des com o tempo 
As quant idades de d i o x i d o de carbono, ou t ros 
gases de efeito estufa e par t i cu las na atmosfera 
so f rem variances de l ongo prazo que p o d em ter 
u m papel impo r t an t e n o balan^o de radia^ao da 
Terra. As medidas dos gases-tra^o atmosfer icos 
mo s t r am aumentos em quase todos eles desde 
o i n i c i o da Revolunao I n du s t r i a l , p o r vo l t a de 
1750 (Tabela 2.3). A qu e ima de combust i ve i s 
fosseis e a p r i n c i p a l fonte dessas concen t ra -
noes crescentes de gases-trano. O aquec imento . 
22 A t m o s f e r a / T e m p o e C l i m a 
o t ranspor t e e as at iv idades indus t r i a i s geram 
quase 5 x 10™ J/ano de energia. O consumo de 
petro leo e gas na tu ra l representa 6 0% da ener-
gia g lobal , e o carvao, por vo l ta de 2 5 % . O gas 
n a t u r a l e quase 9 0% me tano (CH^) , ao passo 
que a que ima de carvao e oleo combus t i v e l l i -
bera nao apenas CO j , mas t amb em n i t r ogen i o 
l i v re ( NO , ) , enxo fre e m o n o x i d o de ca rbono 
(CO ) . Ou t r o s fatores re lac ionados c om certas 
praticas agricolas (desmatamento , ag r i cu l tu ra , 
cu l t i v o de arroz i r r i g ado e pecuar ia ) t amb em 
c o n t r i b u em para mod i f i c a r a composi i ;ao at-
mosfer ica. As concentra^oes e fontes dos gases 
de efeito estufa mais impor tan t es sao conside-
radas a seguir. 
• Dioxido de carbono (CO , ) . Os p r inc ipa i s 
reservator ios de c a rbono estao em sedi-
mentos calcarios e combust ive is fosseis. A 
atmosfera c on t em ap rox imadamen t e 800 
X lO'^kg de ca rbono (C ) , co r respondendo 
a uma concentra^ao de C O ; de 387 p pm 
( l - i g i i ra 2 . 4 ) . Os p r inc ipa i s f luxos de C O ; 
resul tam da solu(pao/dissolu(;ao no oceano 
e da fotossintese/respiracjao e decompos i -
Cao pela b iota . O t empo med i o necessario 
para que uma mo l e cu l a se d isso lva no 
A V A N ^ O S S I G N I F I C A T I V O S D O S E C U L O X X 
2.1 Ozon io na est ra tosfera 
A s p r i m e i r a s m e d i ^ o e s d o o z o n i o f o r a m f e i t o s n o d e c a d a d e 1 9 3 0 , E i a s t e m d u o s p r o p r i e d o d e s d e i n t e -
r e s s e : (1 ) o o z o n i o t o t o l e m u m a c o l u n a a t m o s f e r i c a , q u e e m e d i d o c o m o e s p e c t r o f o t o m e t r o d e D o b s o n , 
c o m p o r o n d o a r o d i a g o o s o l a r e m u m c o m p r i m e n t o d e o n d o o n d e o c o r r e o b s o r g a o d e o z o n i o c o m o d e 
o u t r o c o m p r i m e n t o o n d e e s s e s e f e i t o s e s t a o a u s e n f e s ; e ( 2 ) a d i s t r i b u i g a o v e r t i c a l d o o z o n i o , q u e p o d e 
s e r m e d i d a p o r s o n d a g e n s q u i m i c a s d a e s t r a t o s f e r a , o u c o l c u l o d o n a s u p e r f i c i e u s o n d o o m e t o d o d e 
Umkehr; a q u i , m e d e - s e o e f e i t o d o a n g u l o d e e l e v o g a o d o S o l s o b r e o e s p a l h a m e n t o d o r o d i a ^ o o s o l a r . 
A s m e d i d a s d o o z o n i o , i n i c i o d a s n o A n t a r t i c a d u r a n t e o A n o G e o f i s i c o d e 1 9 5 7 - 1 9 5 8 , a p r e s e n t a v o m u m 
c i c l o o n u o l r e g u l a r , c o m u m p i c o n o p r i m o v e r o a u s t r a l ( o u t u b r o a n o v e m b r o ) a m e d i d a q u e o a r r i c o e m 
o z o n i o d a s l a t i t u d e s m e d i a s e r a t r a n s p o r t a d o e m d i r e c a o a o s p o l o s q u a n d o o v o r t i c e p o l a r d o i n v e r n o 
n o e s t r a t o s f e r a s e d e s f o z i o . O s v a l o r e s d i m i n u i o m s a z o n o l m e n t e d e 4 5 0 u n i d o d e s d e D o b s o n ( D U ) n o 
p r i m a v e r a a 3 0 0 D U n o v e r a o , e c o n t i n u o v a m a p r o x i m a d a m e n t e n e s s e n i v e l d u r a n t e o o u t o n o e o i n - | 
v e r n o . O s c i e n t i s t a s d a B r i t i s h A n t a r c t i c S u r v e y o b s e r v a r o m u m p a d r o o d i f e r e n t e n o B a s e H o d l e y a p a r t i r 
d a d e c a d a d e 1 9 7 0 . N a p r i m a v e r a , c o m o r e t o r n o d o l u z d o S o l , o s v a l o r e s d i m i n u i r a m c o n s t a n t e m e n t e j 
e n t r e 1 2 e 2 0 k m d e a l t i t u d e . T a m b e m n o d e c a d a d e 1 9 7 0 , s o n d o s c o m e g o r o m a m a p e a r a d i s t r i b u i g a o \ 
e s p a c i a l d o o z o n i o s o b r e a s r e g i o e s p o l a r e s , r e v e l a n d o q u e o s v a l o r e s b a i x o s f o r m o v a m u m n u c l e o j 
c e n t r a l , e p a s s o u a s e r u s a d o o t e r m o " b u r a c o d o c a m o d o d e o z o n i o " . D e s d e m e o d o s d o d e c a d a d e 
1 9 7 0 , OS v a l o r e s c o m e g a m a d i m i n u i r n o f i n a l d o i n v e r n o e a g o r a a l c a n c o m m i n i m a s d e 9 5 - 1 0 0 D U n o 
p r i m a v e r a a u s t r a l . 
U s o n d o u m l i m i t e d e 2 2 0 D U ( c o r r e s p o n d e n d o a u m a c a m a d a d e o z o n i o f i n o , d e 2 , 2 m m , s e f o d o 
o g a s f o s s e t r a z i d o a t e m p e r a t u r a e p r e s s a o d o n i v e l d o m a r ) , a e x t e n s a o d o b u r a c o d o c o m o d a d e ; 
o z o n i o a o f i n a l d e s e t e m b r o t i n h o u m o m e d i a d e 2 1 m i l h o e s d e k m ^ d u r o n t e 1 9 9 0 - 1 9 9 9 . O b u r a c o s e 
e x p o n d i u e c o b r i o 2 7 m i l h o e s d e k m ^ n o c o m e i g o d e s e t e m b r o d e 1 9 9 9 e e m 2 0 0 0 , e c o n t i n u o u n e s s e 
n i v e l a t e a p r i m a v e r a d e 2 0 0 6 . 
N o A r t i c o , a s t e m p e r a t u r a s n a e s t r a t o s f e r a n a o s a o t o o b a i x a s q u a n t o s o b r e a A n t a r t i c a , m o s , n o s 
u l t i m o s a n o s , a d e p i e g a o d o o z o n i o t e m s i d o g r a n d e q u a n d o o s t e m p e r o t u r o s c o e m m u i t o a b a i x o d o 
n o r m a l n o e s t r a t o s f e r a n o i n v e r n o . E m f e v e r e i r o d e 1 9 9 6 , p o r e x e m p l o , f o r a m r e g i s t r o d o s t o t a i s p o r 
c o l u n a c o m m e d i a d e 3 3 0 D U p a r a o v o r t i c e a r t i c o , c o m p a r o d o s c o m 3 6 0 D U o u m o i s p o r o o s o u t r o s 
a n o s . U m a s e r i e d e m i n i b u r a c o s f o i o b s e r v a d o s o b r e a G r o e n l a n d i a , o A t l d n t i c o N o r t e e o n o r t e d a E u -
r o p a , c o m u m m i n i m o o b s o l u t o a b a i x o d e 1 8 0 D U s o b r e a G r o e n l a n d i a . E m e n o s p r o v a v e l q u e u m b u -
r a c o o m p l o s e d e s e n v o i v o n o c a m o d o d e o z o n i o s o b r e o A r t i c o , p o i s s u a c i r c u l o g a o e s t r a t o s f e r i c o m a i s 
d i n a m i c a , c o m p o r a d o c o m a d a A n t a r t i c a , t r a n s p o r t a o o z o n i o d o s l a t i t u d e s m e d i a s p o r o o s p o l o s . 
P a r a c o m b a t e r a s r e d u g o e s n o o z o n i o , o P r o t o c o l o d e M o n t r e a l f o i o s s i n o d o i n t e r n o c i o n a l m e n t e e m 
1 9 8 7 , p o r o r e d u z i r a p r o d u < ; a o d e s u b s t a n c i a s c o n s i d e r o d a s r e s p o n s d v e i s p e l o d e p l e g a o d o o z o n i o . A s 
c o n c e n t r a g o e s d o s c l o r o f l u o r c a r b o n e t o s ( C F C ) m a i s i m p o r t a n t e s s e e s t o b i l i z o r a m o u d i m i n u i r a m , m o s o 
t a m a n h o d o b u r a c o n o c a m a d a d e o z o n i o a i n d a n a o r e a g i u . 
C A P I T U L O 2 C o m p o s i g a o , m o s s o e e s t r u t u r a d o a t m o s f e r a 23 
T a b e l a 2 . 3 M u d a n g a s o n t r o p o g § n i c a s n o c o n c e n t r o g a o d e g a s e s - t r a g o a t m o s f e r i c o ^ 
G 6 s 
C o n c e n t r a ^ a o 
1 8 5 0 * 2 0 0 8 
A u m e n f o a n u a l 
( % ) 1 9 9 0 s F o n t e s 
D i o x i d o d e c a r b o n o 
M e t a n o 
O x i d o n i t r o s o 
C F C - 1 1 
H C F C - 2 2 
O z o n i o ( t r o p o s f e r o ) 
2 8 0 p p m 
S O O p p b v 
2 8 0 p p b v 
3 8 5 p p m 
1 7 7 5 p p b v 
3 2 0 p p b v 
0 , 2 7 p p b v 
C l l p p b v 
1 0 ~ 5 0 p p b v 
0 , 4 
0 , 3 
0 , 2 5 
= 0 
5 
= 0 
C o m b u s t i v e i s f o s s e i s 
A r r o z a i s i r r i g o d o s , 
g o d o , b o n h o d o s 
A t i v i d a d e 
m i c r o b i o l o g i c a , 
f e r t i l i z a n t e s , 
c o m b u s t i v e i s f o s s e i s 
F r e o n ^ 
S u b s t i t u t e C F C 
R e a q o e s f o t o q u i m i c o s 
f o n . e s : A i u o l i z o d o d e S c h im e l e . o l . ( 1 9 9 6 ) , i n H o u g h t o n et o M 1 9 9 6 ) ^ . ^ ^ . . ^ . ^ h o s d e g e l o , o n d e b o l h o s d e o r f i c o m n h ! • -O s n!»eis o r e - i n d u s t r i o i s d e r i v o m p r i n c i p a l m e n t e d e m e d i q o e s e m l e s t e m u n n o s o e g e o , 
" p r ^ s i o n o d o T a L d i d o g u e c n e v e se a c u m u l a n o s m o n t o s d e g e l o p o l o r ' P r o d u g a o c o m e . o u n n d e c o d o d e 1 9 3 0 
p p m = p a r t e s p o r m i l h a o ; ppb» = p a r t e s p o r b i l h o o e m v o l u m e . 
D e s m a t a m e n t o 
2 
M u d a n ? a s 
n o u s o 
d a t e n - a 
A t m o s f e r a 7 5 0 -t-4/ano 
120 6 3 
Q u e i m a d e 
c o m b u s t i v e i s 
f o s s e i s 
B i o t a 
t e r r e s t r e 
5 5 0 
5 4 
5 0 
S o l o e 
d e t n t o s 
2 0 0 0 
R i o s 
9 0 
O c e a n o s u p e r f i c i a l 1 0 0 0 -t-1/ano 
B i o t a 3 
- 3 4 
- 4 5 
C o m b u s t i v e l 
f o s s i l 
r e c u p e r a v e l 
1 0 0 0 
11 
i 
3 3 4 2 
A q u as i n t e r m e d i a r i a s e p r o f u n d a s 
3 8 0 0 0 -h2 / ano 
r o , 2 
S e d i m e n t a g a o 0 , 5 
l i q u i d o d e v i d o o c a u s e s a n t r o p o g e n i c a s . 
F on t e : A d a p t o d o d e S u n d q . i s t , T r a b a i k o , B o l i n a n d S i e g e n t h c l e r ; I P CC ( 1 9 9 0 e 2 0 0 1 ) . 
24 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
oceano o u seja absorv ida por plantas e de 
aprox imadamente qua t ro anos. A at iv idade 
fotossint^t ica que leva a produ(;ao p r i m i r i a 
na Terra envolve 50 x lO'^kg de ca rbono 
anualmente , representando 7% do carbono 
a tmos fer i co ; isso expl ica a oscila(;ao anual 
observada no CO ; no Hemis fe r io Nor te de-
v i do a sua extensa biosfera terrestre. 
Os oceanos desempenham u m papel 
f undamen t a l no c ic lo g l oba l d o ca rbono . 
A fotossintese do f i t o p l anc t on gera c om -
postos o rgan icos de d i o x i d o de c a rbono 
aquoso. Depo i s de u m t empo , par te da 
mater ia organica a funda na agua mais p ro -
funda , onde sofre decomposi<;ao e ox ida -
(;ao, t rans fo rmando-se novamente em d i -
o x i d o de carbono . Esse processo transfere 
d i d x i d o de carbono da agua super f ic ia l e o 
sequestra no oceano p ro fundo . C om o con -
sequdncia, as concentracjoes atmosfer icas 
de C O ; p o d em ser mant idas em u m n i ve l 
mais baixo do que ocorrer ia . Esse mecanis-
m o e conhec ido c omo " b omba b io log ica " ; 
mudanc^as de longo prazo em sua opera(;ao 
p o d em ter causado o aumen t o n o C O ; at-
mos fe r i co ao f ina l da u l t im a glacia<;ao. A 
p r odu t i v i d ad e da b iomassa oceanica ^ l i -
m i t ada pela d i spon ib i l i dade de nut r i en tes 
e pela luz. Ass im , ao c on t r a r i o da biosfera 
terrestre, aumenta r os niveis de CO ; nao 
afeta necessar iamente a p r o d u t i v i d a d e 
oceanica; os in f luxos de fer t i l i zantes em 
rios p o d em ser u m fator mais s igni f icat ivo. 
Nos oceanos, o d i o x i d o de carbono acaba 
gerando carbonato de calcio, em parte na 
f o rma de conchas e esqueletos de c r i a t u -
ras mar inhas . Na terra, a mater ia mo r t a se 
t o rna humus , que pode subsequentemente 
f o rmar u m combust ive l fossil. Essas t rans-
ferencias den t ro dos oceanos e da l i tosfera 
envo l vem escalas de t empo mu i t o longas, 
comparadas c om as trocas envo l v endo a 
atmosfera. 
C on f o rme most ra a Figura 2.4, as t r o -
cas entre a atmosfera e os outros reservato-
r ios sao mais o u menos equi l ibradas. A i n d a 
assim, esse equ i l i b r i o nao e absoluto; entre 
1750 D.C. e 2008, estima-se que a concen-
tra(;ao de CO ; atmosfer ico tenha aumenta-
do em 38%, de 280 para 387 p pm , o ma i o r 
valor em 650.000 anos! (F igura 2.5). A me-
tade desse aumento oco r reu desde meados 
da decada de 1960; a tua lmente , os nive is 
a tmos fer i cos de CO , estao aumen t and o 
em 1,5-2 ppmv por ano. A p r i n c i p a l fonte 
l i qu i da e a que ima de combust ive is fosseis, 
representando hoje 6,55 x lO'^kg C/ano. 
O desmatamento e os incend ios t rop ica ls 
p od em c on t r i bu i r c om mais 2 x 1 0 ' \ C l 
ano; a c i f ra a inda e incer ta . Os incend ios 
des t roem apenas a biomassa ac ima d o solo, 
e uma grande frai;ao do carbono e a rma-
zenada c omo carvao no solo. O consumo 
de combust ive is fosseis na verdade deve ter 
p r oduz i d o u m aumento de quase o d ob r o 
do observado. A absor<;ao e a dissolu(;ao 
nos oceanos e na biosfera terrestre e xp l i -
cam a difereni^a. 
O d i o x i d o de carbono tem u m impac -
to s igni f icat ivo sobre a temperatura g lobal , 
po r me i o da absor(;ao e reemissao de radia-
(;ao da Terra e da atmosfera (ver Cap i tu l o 
3C) . Ca lculos sugerem que o aumen to de 
320 p pm na decada de I 960 para 387 p pm 
(2008) e levou a temperatura do ar super f i -
c ia l em 0,6°C (na ausencia de ou t ros fato-
res). A taxa de aumento do CO ; desde 2000 
t em sido de cerca de 2 ppm/ano, compara-
da c om menos de 1 p pm na decada de 1960 
e 1,5 p pm na de 1980. 
Pesquisas c om t e s t emunhos de gelo 
p r o f undo s co le tados na An t a r t i c a per-
m i t em que as mudan^as na composi<;ao 
a tmos f e r i c a passada se jam ca l cu ladas , 
extra indo-se bolhas de ar apris ionadas em 
gelo ant igo. Essas analises mo s t r am g ran -
des varia<;6es naturais na concentra(;ao de 
CO ; ao longo dos ciclos de eras glacials (Fi-
gura 2.6). Essas variances de ate 100 p p m 
f o r am contemporaneas de mudani jas de 
temperatura estimadas em 10°C. Essas va-
ria(;6es de longo prazo no d i o x i d o de car-
bono e no c l ima sao discut idas novamente 
no Cap i tu l o 13. 
C A P I T U L O 2 C o m p o s i g a o , m a s s a e e s t r u t u r a d a a t m o s f e r a 25 
480 4 
Ano 
F I g o r a 2 . 5 C o n c e n t r a q a o e s l i m o d o d e d i o x i d o d e c o r b o n o : d e s d e 1 8 0 0 , a p a r t i r d e b o l h a s d e o r e m u m t e s -
t e m u n h o d e g e l o o n t a r t i c o , p r i m e i r a s m e d i d a s d e 1 8 6 0 - 1 9 6 0 ; o b s e r v a g o e s e m M a u n a L o a , H a v o i , d e s d e 1 9 5 7 ; 
e l e n d e n c i a s p r o i e t a d o s p a r a e s t e s e c u l o . 
F on t e : K e e l i n g , C a l l e n d o r , M c c h t o , B roec l ce r e o u t r o s . 
O b s . : (o) e (b) i n d i c o m d i f e r e n t e s c e n 6 r i o s d o u s o g l o b a l d e c omb u s t i v e i s f o s se i s ( I P CC , 2 0 0 1 ) , 
120 80 40 
Milhares de anos (AP) 
F i g u r a 2 . 6 M u d o n g o s n o c o n c e n t r a g a o a t m o s f e r i -
c a d e C O ; ( p p m v : p a r t e s p o r m i l h a o e m v o l u m e ) e 
e s t i m a t i v a s d o s d e s v i o s r e s u l t a n t e s n o t e m p e r a t u r a 
g l o b a l a p a r t i r d o v a l o r o f u o l o b s e r v a d o n o o r o p r i -
s i o n a d o e m b o l h a s n o g e l o e m t e s t e m u n h o s c o b r i n d o 
1 6 0 , 0 0 0 a n o s e m V o s t o k , A n t a r t i c a . 
F o n t e : O u r Future World, N a t u r a l E n v i r o n m e n t R e s e a r c h 
C o u n c i l ( N ERC ) 1 9 8 9 . 
A concen t ra< ;ao de metano ( CH^ ) 
(1,775 ppbv ) e mais que o d ob r o do n ive l 
p r e - i n du s t r i a l (750 ppbv ) . Ela v i n h a au -
men t ando em ap rox imadamen te 4 -5ppbv 
p o r ano na decada de 1990, mas essa taxa 
se ap rox ima de zero desde 1999-2000 (F i -
gura 2 7 ) . Por razoes desconhec idas , as 
concentra96es aumen ta ram novamente em 
2008. O metano t em u m t empo de v ida de 
aprox imadamente nove anos na atmosfera, 
e e responsavel po r aprox imadamente 18% 
do efeito estufa. As popula(;6es de gado 
aumen t a r am em 5%/ano ao longo de 30 
anos, e a area de arroz i r r i gado , em 7%/ano, 
embora nao se saiba se isso expl ica quan t i -
ta t i vamente o aumen to anual de 120 ppbv 
no teor de metano , observado ao longo da 
u l t ima decada. A Tabela 2.4, que mos t ra a 
libera<;ao e o c on sumo med ios anuais, i n -
dica as incertezas em nosso conhec imento 
sobre suas fontes e sumidouros . 
O oxido nitroso ( N ; 0 ) , re lat ivamente iner -
te, o r i g ina-se p r i n c i p a lmen t e da a t i v i da -
de m i c r o b i an a (n i t r i f i c a^ao ) nos solos e 
nos oceanos (4 a 8 X lO ' k g N/ano) , c om 
26 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
F i g u r a 2 . 7 C o n c e n t r a q o o d e m e t a n o ( p a r t e s p o r m i l h a o e m v o l u m e ) n a s b o l h a s d e a r a p r i s i o n a d a s e m g e l o d e 
1 0 0 0 a n o s A P o b t i d o d e t e s t e m u n h o s d e g e l o n o G r o e n l a n d i a e n a A n t a r t i d o e a m ^ d i o g l o b a l p a r a 2 0 0 0 d . C . (X ) .f o n t e : D o d o s d e Rosmussen e K h a l i l , C r a i g e C h o u , e R o bb i n s ; / v l o d i l i c a d o de Bo l i n e t al. (eds) The Greenhouse E f f e c t Climatic 
C h a n g e , a n d E co s y s t ems ( SCOPE 2 9 ) . C o p y r i g h t O 1 9 8 6 . R e imp r e s s o c o m p e rm i s s a o d e J o h n W i l e y & Sons , Inc. 
T a b e l a 2 . 4 L i b e r o g a o e c o n s u m o a n u a i s m e d i o s 
d e C H , ( T , = 1 0 ; ^ ) 
M e d i a A m p l i t u d e 
(A ) Liberaqao 
A r e a s u m i d a s n a t u r a l s 1 1 5 1 0 0 - 2 0 0 
A r r o z a i s 1 1 0 2 5 - 1 7 0 
F e r m e n t a g o o e n t e r i c a 8 0 6 5 - 1 1 0 
( m a m i f e r o s ) 
P r o s p e c g a o d e g a s 4 5 2 5 - 5 0 
Q u e i m a d e b i o m a s s a 4 0 2 0 - 8 0 
T e r m i t e s 4 0 1 0 - 1 0 0 
L i x o e s e a t e r r o s 4 0 2 0 - 7 0 
T o t a l c. 5 3 0 
(B) C o n s u m o 
S o l o s 3 0 15 - 3 0 
R e o g a o c o m O H 5 0 0 4 0 0 - - 6 0 0 
T o t a l c. 5 3 0 
F o n t e : T e t l ow- Sm i t h ( 1 9 9 5 ) 
ap rox imadamen t e 1,0 x l o ' k g N/ano de 
processos industr ia is . Outras fontes an t ro -
pogenicas impo r t an t e s sao os f e r t i l i z an -
tes n i t rogenados e a que ima de biomassa. 
A concentra(;ao de N^O aumen t ou de u m 
n i v e l p r e - i n du s t r i a l de ap rox imadamen t e 
285 ppbv para 320 ppbv (no ar l impo ) . Seu 
aumento comecjou po r vol ta de 1940 e esta 
em cerca de 0,8 ppbv/ano (Kigura 2.8A). O 
p r i n c i pa l s um i d ou r o de N2O esta na estra-
tosfera, onde e ox idado para NO , . 
• Os clorofuorcarbonetos (CF^CIj e CFC I j ) , 
mais conhec idos c omo " f r eons " C F C - 1 1 
e C FC - 1 2 , respect ivamente, cometjaram a 
ser p r oduz idos na decada de 1930 e hoje 
t em uma carga atmosfer ica t o t a l de 10'° 
kg . Eles aumenta ram em uma taxa de 4 -5% 
ao ano ate 1990, mas o C F C - 1 1 d i m i n u i u 
l en tamente desde a metade da decada de 
1990, e o C F C - 1 2 mant^m - s e estat ico, 
depois de u m pico em 2003, c omo resulta-
C A P i T U L O 2 C o m p o s i g a o , m o s s o e e s t r u t u r a d a a t m o s f e r a 27 
315-
310-
305-
s 
a 
300-
o~ 295-
z 
290-
285-
280-
1750 1800 1850 1900 1950 2000 
Milhares d e anos ( A P ) 
F i g u r a 2 . 8 C o n c e n t r a q d o d e (A ) o x i d o n i t r o s o , N j O 
( e s c a l a 6 e s q u e r d o ) , q u e a u m e n t o u d e s d e a m e t a d e 
d o s 6 c u l o X V I I I e e s p e c i a l m e n t e d e s d e 1 9 5 0 , e d e (B ) 
C F C - 1 1 d e s d e 1 9 5 0 ( e s c o l o d d i r e i t o ) . A m b o s e m 
p a r t e s p o r b i l h a o e m v o l u m e ( p p b v ) , 
F o n t e : I P C C ( 1 9 9 0 e 2 0 0 1 ) . 
do dos acordos d o Pro toco lo de Mon t r e a l 
para reduz i r a produ<;ao e usar subst i tutos 
(ver F igura 2.9B). Embo r a sua concent ra -
(;ao seja <1 ppbv, os CFC exp l i cam quase 
10% do efeito estufa. Eles t em u m t empo 
de residencia de 5 5 - 1 3 0 anos na atmosfera. 
Embora a substituicjao dos CFC po r h i d r o -
ha locarbonetos ( HCFC ) possa r eduz i r sig-
n i f i cat ivamente a deple^ao do ozon io estra-
tosfer ico, O S HC FC a inda t em u m grande 
potenc ia l c omo gases de efeito estufa. 
O ozonio (O j ) se d i s t r ibu i de forma bastante 
desigual c om a altura e a lat i tude (ver Figura 
2.4) c omo resultado da complexa f o t oqu i -
mica envolvida em sua produ(;ao (A.2, neste 
capi tu lo ) . Desde o final da decada de 1970, 
f o ram detectados decl inios signif icativos n o 
ozonio total na pr imavera em latitudes me-
r id iona ls elevadas. A eleva^ao n o rma l no 
ozonio estratosferico associada ao aumento 
na radiaijao solar na pr imavera aparente-
mente nao ocorreu. Observances realizadas 
na Antar t i ca most ram uma redui;ao no ozo-
n io to ta l de setembro a outubro , de 320 D U 
( 3mm a temperatura e pressao atmosferica 
normals ) na decada de 1960 para em to rno 
de 100 na decada de 1990. Medidas de sateli-
te do ozonio estratosferico (Figura 2 . 9 ) i lus-
t r am a presentja de u m "buraco na camada 
Set Out Nov Dez 
F i g u r e 2 . 9 M e d i g o e s d o o z o n i o t o t a l d e o z o n i o s s o n -
d a s s o b r e o P o l o S u l p o r o 1967-1971, 1989 e 2001, 
m o s t r a n d o u m a p r o f u n d a m e n t o d o b u r a c o d o c o m a -
d o d e o z o n i o n o A n i d r t i c o . 
F o n t e : C l i m o t e M o n i t o r i n g a n d D i a g n o s t i c s L a b o r o t o r y , 
N O A A . 
de oz6nio" sobre a regiao polar sul (ver Qua-
dro 2 1). Redu(;6es semelhantes t ambem sao 
evidentes no A r t i c o e em latitudes menores. 
Entre 1979 e 1986, houve uma reducjao de 
30% no ozonio na al t i tude de 30-40 k m entre 
as latitudes de 20 e 50°N e S (Figura 2.10); 
a lem disso, houve um aumento no ozonio 
1 0 
9 -
8 -
7 -
6 -
5-
4 -
3 -
2 -
- » - M A M 
- . - S O N 
— 1 — 
- 2 
k m 
- 4 5 
- 4 0 
-35 
-30 
- 2 6 
- 2 1 
- 1 7 
- 1 2 
0 - 8 -6 - 4 - 2 0 2 4 6 
% de mudanpa por decada 
F i g u r a 2 . 1 0 M u d a n i ; a s n o t e o r d e o z o n i o e s t r a t o s f e -
r i c o ( % p o r d e c o d o ) d e m a r g o o m o i o e d e s e t e m b r o a 
n o v e m b r o 1 9 7 8 - 1 9 9 7 s o b r e a E u r o p a ( c o m p o s i q d o d e 
B e l s k , P o l o n i o , e A r o s o , S u i i ; a , e O b s e r v a t 6 r i o d e H a u -
t e P r o v e n c e , F r a n c o ) b o s e o d o s e m m e d i d o s u m k e h r . 
F o n t e : A d a p t o d o d e B o j k o v e t al. ( 2 0 0 2 ) M e t e o r o l o g ) ' a n d A t -
m o s p h e r i c Phys i cs , 7 9 , p , 1 4 8 , F i g . 1 4 a 
28 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
nos 10 k m inferiores como resultado de a t i -
vidades antropicas. O ozon io troposfer ico 
representa em t o rno de 34 DU , comparado 
com 25 na era pre- industr ia l . Essas raudan-
qas na d istr ibui^ao vert ical da concentracjao 
de ozon io provavelmente levarao a altera-
cjoes nos processos de aquecimento atmosfe-
r ico (Capitulo 2C), c om implica(;oes para as 
tendencias cl imaticas futuras (ver Cap i tu lo 
11). O total da coluna media global d im i n u i u 
de 306 D U em 1964-1980 para 297 em 1984-
1993 (ver Figura 2.4). O decl in io observado 
nos u l t imos 25 anos excedeu os 7% em la t i -
tudes medias e altas. 
Os efeitos da redu^ao no ozon io estra-
tosfer ico sao pa r t i cu l a rmen t e impor tan t e s 
po r seu dano b io log ico potenc ia l as celulas 
vivas e a pele humana . Estima-se que uma 
reduc^ao em 1 % no ozon io to ta l aumente a 
radiacjao u l t rav io l e ta B em 2%, p o r exem-
plo , e a radia(;ao u l t rav io l e ta a 0,30 (xm e 
1.000 vezes mais pre jud ic ia l para a pele do 
que a 0,33 j j tm (ver Cap i tu l o 3A ) . A r edu -
(jao no ozon io t ambem seria ma i o r em la-
t i tudes maiores. Todavia, os gradientes de 
radia^ao l a t i tud ina i s e a l t i tud ina is med ios 
imp l i c am que os efeitos de u m aumento de 
2% no UV - B em latitudes medias p ode r i am 
ser compensados pelo m o v im e n t o de 20 
k m em dire<;ao aos po los o u 100 m mais 
abaixo em a l t i tude ! Observacoes polares 
recentes sugerem mudan(;as consideraveis. 
Os to ta is de ozon io estratosferico obser-
vados na decada de 1990 sobre a esta^ao 
Palmer, na An ta r t i c a (65°S), hoje man t em 
niveis baixos de setembro ao comedo de de-
zembro , em vez de se recuperarem em n o -
vembro . A pa r t i r dai , a a l t i tude do Sol t em 
sido mais alta e a radia^ao inc idente t em 
sido mu i t o ma i o r do que nos anos anter io -
res, especialmente a compr imen tos de onda 
s 0,30 j j tm. Todavia, os possiveis efeitos do 
aumento na radiaijao U V sobre a b io ta ai n -
da prec isam ser determinados. 
A carga de aerossois pode muda r por causa 
de processos naturais e antropogenlcos. As 
concentrai joes de par t i cu las atmosfer icas 
der ivadas da poe i ra vu l can ica sao extre-
mamente irregulares (ver Figura 2 . 1 1 ) , mas 
as emissoes vulcanicas i nd i v i dua l s se d i -
f und em de f o rma rapida geograf icamente. 
C on f o rme most ra a Figura 2 . 1 2 , uma forte 
circulacjao de ventos de oeste carregou a 
poe i ra do El Ch i c h on em uma velocidade 
media de 20 m s~', de mod o que ela envol -
veu o g lobo em menos de tres semanas. O 
espa lhamento da poe i ra do Kraka toa em 
1883 fo i mais rap ido e mais ampio , dev ido 
a ma i o r quant idade de poe i ra f ina lan<;ada 
a estratosfera. E m j u n h o d e l 9 9 1 , a erup(;ao 
do Mon t e P ina tubo nas F i l i p inas i n j e t ou 
20 megatoneladas de SOj na estratosfera. 
Con tudo , apenas 12 erup(;6es p r o du z i r am 
cort inas de poe i ra mensuraveis nos u l t imos 
120 anos, e o co r r e ram p r i n c i pa lmen t e en-
tre 1883 e 1912, e entre 1982 e 1992. 
As erup^oes vulcanicas , que i n j e t am 
poe i ra e d i o x i d o de enxofre na estratosfe-
ra, causam u m pequeno de f i c i t no aque-
c imen to super f ic ia l , c om u m efeito g loba l 
de -0,1°C a -0,2°C, mas que e efemero, d u -
rando apenas u m ano depois do evento (ver 
Quad r o 13.1). A l em disso, a menos que a 
erupcjao seja em lat itudes baixas, a poe i ra e 
os aerossois de sulfato permanecem em u m 
hemis fer io e nao c ruzam o equador. 
A c on t r i bu i ^ao de par t i cu las cr iadas 
pelo h om em (p r inc ipa lmente os sulfates e 
a poeira m inera l ) t em aumentado de f o rma 
progressiva, e hoje expl ica cerca de 3 0% 
da carga troposfer ica to ta l de aerossois. As 
emissoes de sulfatos d i m i n u i r am na Euro -
pa e Ame r i c a do No r t e desde a decada de 
1990, mas aumen ta r am n o sul e leste da 
Asia; as emissoes globais de sulfato d i m i -
n u i r am desde a decada de 1980. O efeito 
geral dos aerossois na atmosfera in f e r i o r e 
ince r to ; os poluentes urbanos gera lmente 
aquecem a atmosfera po r absor^ao e r edu -
zem a radia(;ao solar que alcan<;a a super f i -
cie (ver Cap i tu lo 3C) . Os aerossois p o d em 
reduz i r o albedo p lanetar io ac ima de uma 
super f i c ie de a lbedo elevado, c omo u m 
deserto ou camada de neve, mas aumenta-
- lo sobre uma super f ic ie oceanica. Desse 
modo , e d i f i c i l avaliar o papel g loba l dos 
C A P I T U L O 2 C o m p o s i g o o , m a s s a e e s t r u t u r a d o a t m o s f e r a 29 
l' I I I I I M I I 'j I I 
1 6 0 0 1 7 0 0 
A n o ( d . C . ) 
F i g u r a 2 . 1 1 R e g . s l r o d e e r u p , 5 e s v u l c a r „ c o s n o t e s l e m u n h o d e g e l o G I S P 2 e p r o f u n d . d a d e 6 , i c a v i s i v e l c o l i -
b r a d a p a r o 1 3 0 0 - 2 0 0 0 d . C , c o m a s n o m e s d e e r u p g o e s v u l c d n i c o s i m p o r t a n t e s . 
O b s e r v ! g u e o r e g l s t r o r e f l e t e e r u p , 6 e s n o H e m l s f . r l o N o r t e e no r e g . o e p u o t o r l o l ; o s e s t i m o t i v o s d o p r o f . n d . d o d e o t . c o d e -
o e n d e m d o l a t i t u d e e d o t e c n i c o o s o d o p o r o c o l i b r o g o o . 
F o n t e : M o d i f i c o d o d e Z i e l . n sk , ( 1 9 9 5 ) J o u r n a l o f G e o p h y s i c a l R e s e a r c h , l O O ( D l O ) , p. 2 0 , 9 5 0 , F,g. 6 . 
aerossois t roposf^r icos , embora a ma i o r i a 
das autor idades considere que hoje e de 
res fr iamento. 
B A MASSA DA ATMOSFERA 
Os gases atmosfer icos obedecem a lgumas leis 
simples em resposta a mudan<;as na pressao e 
temperatura . A p r ime i r a , a le i de Boyle, postu la 
que, em uma t empera tura constante, o v o l ume 
(V ) de uma massa de gas var ia inversamente a 
sua pressao (P), isto e. 
(fc, e um a constante) ; e a segunda, a lei de Char-
les, d iz que, em uma pressao constante, o v o l u -
me var ia d i re tamente c om a t empera tura abso-
luta (T ) med ida em graus Ke l v in (ver No t a 2 ) : 
V=kJ 
Essas leis im p l i c am que as tres qual idades 
da pressao, t emperatura e vo lume sao corapleta-
mente interdependentes, de modo que qualquer 
mudan( ;a em uma delas causara uma mudan(;a 
de compensa^ao em uma o u nas outras duas. As 
leis dos gases p o d em ser combinadas e gerar a 
seguinte rela<;ao; 
PV=RmT 
onde m = massa de ar e R = um a constante ga-
sosa para o ar seco (287 J k g " ' K " ' ) (ver No t a 3 ) . 
Se m e T sao mant idos constantes, obtemos 
a l e i de Boyle; man t endo m e P f ixos, obtemos a 
l e i de Charles. C om o e conveniente usar a d en -
sidade, p ( = massa/volume), em vez do v o lume 
ao estudar a atmosfera, podemos reescrever a 
equai;ao na f o rma conhec ida c omo equa^ao de 
estado: 
P = RpT 
30 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
(A) 1 8 8 3 ( A g o - N o v ) 
120^ 60°W 
M-E ,2„. 
( B ) 1 9 8 2 ( A b r l l ) 
s»^ E ' ~±: 1 \ / J 
™- ii^i — 1 
K r o k a t o o e n t r e a e r u p g o o d e 2 6 d e o g o s t o e 30 ZZZ^^^^^^^^^^ ^ o 
v u l c a n i c a a p o s o p r i n c i p a l e r u p j a o d o v u l c o o El C h i c h i n n M ° / f P ° ' h a m e n t o d o n u v e m d e p o e i r o 
d i s t r i b u i g o e s e m 5 , 1 5 e 2 5 d e a b r i l . ^ ' 9 8 2 . S a o m o s t r c d o s 
: : : : : ; ^ d : s : : : : : ^ ^ t t : ; r : ' " ^ ^ ' ^ ' - s , , . . , . c k o n d M o t . n , , 9 8 3 , . ,a , c o m 
Ass im , a um a pressao qua lquer , u m au-
mento na temperatura causa reducpao na dens i -
dade, e vice-versa. 
1 Pressao total 
O ar e a l tamente compressive^ de m o d o que 
suas camadas infer iores sao mu i t o mais densas 
do que as superiores. D a massa to ta l de ar, 5 0% 
sao encont rados abaixo de 5 k m (ver F igura 
2.13), e a densidade media d i m i n u i de cerca de 
1,2 k g m " ' na superf icie para 0,7 kg m " ' a apro-
x imadamente 5000 m , per to d o l im i t e ex t r emo 
para a habi tab i l idade humana . 
A pressao e med ida como {or<;a p o r un i da -
de de area. Uma for^a de l O ' newtons atuando 
sobre 1 m^ corresponde ao Pascal (Pa), que e a 
un i dade de pressao d o Sistema I n t e rna c i ona l 
8 0 - , 
7 0 -
6 0 -
E 5 0 -
TO 4 0 -
3 0 -
2 0 -
1 0 -
n - -
i r 
1 0 0 8 0 6 0 4 0 7o 
% d a m a s s a t o t a l d e a r a b a i x o 
F i g u r a 2 . 1 3 P o r c e n f o g e m d a m a s s a t o t a l d o a t m o s -
f e r a o b o i x o d e e l e v a g o e s d e a t e 8 0 k m . I s s o i l u s t r o o 
c o r o t e r r o s o d o a t m o s f e r a d o T e r r a . 
C A P I T U L O 2 C o m p o s i g d o , m o s s o e e s t r u t u r a d a a t m o s f e r a 3 1 
(SI). Os meteorologistas a inda usam a un idade 
m i l i b a r (mb ) ; 1 m i l i b a r = lo' Pa ( ou 1 hPa; h = 
hecto) (ver Apend ice 2), As le i turas de pressao 
sao feitas c om u m baromet ro de me r cu r i c , que, 
em efeito, mede a a l tura da co luna de me r c i i -
r i o que a atmosfera consegue sustentar em u m 
tubo de v i d r o vert ica l . A ext remidade super ior 
fechada do t u b o t em u m espa^o c om vacuo, 
e sua ex t r em idade i n f e r i o r aberta f ica ime r -
sa em uma c is terna de me r c i i r i o . Exercendo 
pressao de c ima para ba ixo sobre a superf ic ie 
de me r c i i r i o na cisterna, a atmosfera consegue 
sustentar uma co luna de me r c i i r i o no tubo de 
aprox imadamente 760 m m (29,9 po l . ou aprox i -
madamente 1013 mb ) . O peso do ar sobre uma 
superf ic ie no nive l do mar e de cerca de 10.000 
kg po r me t r o quadrado. 
As pressoes sao padronizadas de tres ma-
neiras. As le i turas de u m baromet ro de me r c i i -
r io sao ajustadas para corresponder as de uma 
temperatura padrao de 0°C (para p e rm i t i r a ex-
pansao t e rmica do me r c i i r i o ) ; sao referenciadas 
c om base em u m valor padrao de gravidade de 
9,81 ms~^ na lat i tude de 45° (para p e rm i t i r a leve 
variacpao l a t i tud ina l em g de 9,78 ms~^ no equa-
dor para 9,83 ms"^ nos polos ) ; e sao calculadas 
para o nive l med i o do mar para e l im ina r o efei-
to da elevacjao da estai^ao. Essa terceira corre(;ao 
e a mais impor tan t e , pois a pressao per to do n i -
vel do mar d i m i n u i c om a a l tura em aprox ima-
damente 1 m b a cada 8 m . Deve-se supor uma 
tempera tura f i c t i c ia entre a esta(;ao e o n ive l do 
mar e, em regioes montanhosas, isso gera lmen-
te causa u m vies na pressao calculada do n ive l 
med io do ma r (ver nota 4). 
A pressao med ia no nive l do mar (p„) pode 
ser est imada a pa r t i r da massa to ta l da atmosfe-
ra ( M , a aceleracjao med ia da gravidade {g„) e o 
raio med i o da Terra (R)): 
Po = a ( M / 4 7 l R / ) 
cujo d en om in ad o r e a area super f i c ia l de uma 
Terra esferica. Subst i tu indo os valores nessa ex-
pressao: M = 5,14 X 1018kg, g„ = 9 ,8ms"^ = 
6,36 X l oV , temos p„ = lO^kg ms"^ = 105Nm"^ 
ou 10^ Pascals. Ass im, a pressao med ia no n ive l 
do ma r e de aprox imadamente 10^ Pa, o u 1000 
mb. O va lor med i o g lobal e de 1013,25 mb. Em 
media , o n i t r ogen i o c on t r i bu i c om ap r ox ima -
damente 760 mb , 0 ox igen io c om 240 mb , e o 
vapor de agua c om 10 mb . Em outras palavras, 
cada gas exerce uma pressao parc ia l i ndepen -
dentemente dos outros . 
A pressao a tmos fer i ca , que depende do 
peso da atmosfera ac ima, d i m i n u i l ogar i tm ica -
mente com a al tura. Essa rela^ao e expressa pela 
equafao hidrostdtica: 
ou seja, a taxa de mudani^a de pressao (p) c om 
a a l tura (z) depende da gravidade {g) m u l t i p l i -
cada pela densidade do ar (p ) . C o m o aumen-
to da a l tura, a queda na densidade do ar causa 
u m dec l in io nessa taxa de redu(;ao da pressao. 
A t empera tura do ar t amb em afeta essa taxa, 
que e ma io r para o ar denso f r i o (ver Cap i tu l o 
7A.1 ) . A rela(;ao entre a pressao e a a l tura e tao 
s ign i f i ca t i va que os meteoro log is tas em geral 
expressam as elevai;oes em m i l i ba r : 1000 mb re-
presentam o nive l do mar, 500 m b representam 
aprox imadamente 5500 m e 300 m b represen-
t am em t o rno de 9000 m . U m n omog r ama de 
conversao para uma atmosfera ideal izada (pa-
drao ) e fornec ido no Apend ice 2. 
i Pressao de vapor 
A uma dada t empera tura , existe u m l im i t e na 
densidade de vapor de agua no ar, c om u m con-
sequente l im i t e super io r na pressao de vapor, 
d enominada pressao de vapor de saturafdo (e). 
A Figura 2.14A i lust ra c omo aumenta c om a 
temperatura (a rela^ao de Claus ius-Clapeyron) , 
alcanc^ando u m ma x imo de 1013 m b (1 a tmos-
fera) no pon to de ebuli^ao. As tentativas de i n -
t r o du z i r mais vapor no ar quando a pressao de 
vapor esta em saturatjao geram condensai;ao de 
uma quant idade equivalente de vapor. A Figura 
2.14B most ra que, enquanto a pressao de vapor 
de satura(;ao t em u m va lo r l i n i c o a qua lquer 
t empera tura ac ima do pon to de congelamento, 
abaixo de 0°C a pressao de vapor de satura(;ao 
a c ima de uma super f i c ie de gelo e men o r do 
que ac ima de uma super f i c ie de agua super-
-resfr iada. A s igni f i canc ia disso sera d i scu t ida 
no Cap i tu l o 5D .1 . 
32 A t m o s f e r a , T e m p o e C l i m a 
T e m p e r a t u r a (°F) 
-40 -20 0 20 40 60 80 100 
T e m p e r a t u r a { ° C ) 
F i g u r a 2 , 1 4 G r o f i c o s d e p r e s s a o d e v o p o r d e s a t u r a -
c a o e m f u n g a o d a t e m p e r a t u r a ( i s t o e , c u r v a d o p o n t o 
d e o r v o l h o ) : (A ) d i o g r o m a s e m i l o g a r i t m i c o ; (B) m o s t r a 
q u e , a b a i x o d e 0 ° C , a p r e s s d o d e v o p o r d e s o t u r o g d o 
a t m o s f e r i c a e m e n o r e m r e l a g d o o u m o s u p e r f i c i e d e 
g e l o d o q u e e m r e l o g a o a u m o g o t o d e a g u a . A s s i m , 
p o d e h o v e r c o n d e n s a g d o d e u m c r i s t o l d e g e l o c o m 
m e n o s u m i d a d e d o a r d o q u e s e r i a n e c e s s a r i o p o r o o 
f o r m o g d o d e g o t a s d e a g u a , 
A pressao de vapor (e) var ia c om a la t i tude 
e a estai;ao, de aprox imadamente 0,2 m b sobre 
o nor t e da Siberia em Janeiro, a mais de 30 m b 
nos t rop icos em j u l h o , mas isso nao reflete n o 
padrao de pressao super f i c ia l . A pressao d i -
m i n u i na super f ic ie quando uma par te do ar 
se desloca ho r i z on ta lmen t e e, de fato, o ar em 
areas de alta pressao em geral e seco po r causa 
de fatores d inamicos , pa r t i cu l a rmente o mo v i -
men t o ve r t i ca l do ar (ver o Cap i tu l o 7A.1 ) , ao 
passo que as areas de baixa pressao c o s tumam 
ser umidas . 
C A ESTRATIFICA^AO DA 
ATMOSFERA 
A atmos fera pode ser d i v i d i d a de mane i r a 
conven i en t e em diversas camadas h o r i z o n -
tals d i ferenc iadas, c om base p r i n c i p a lmen t e 
na t empe ra tu ra ( F i gura 2.15) . As ev idencias 
dessa es t rutura v em de baloes raeteorologicos, 
pesquisas c om ondas de rad io e, mais recente-
mente , de sistemas de sondagem em foguetes 
e satelites. Ex is tem tres camadas re lat ivamente 
quentes (perto da superf ic ie; entre 50 e 60 k m ; e 
ac ima de 120 km ) , separadas por duas camadas 
re lat ivamente frias (entre 10 e 30 k m ; e 80-100 
km ) . As secjoes relativas as temperaturas medias 
de Janeiro e j u l h o i l u s t r am as consideraveis va-
riances la t i tud ina is e as tendencias sazonais que 
c omp l i c am o esquema (ver a Figura 2.15). 
1 Troposfera 
A camada in f e r i o r da atmosfera se chama t r o -
posfera. fi a zona onde cs f enomencs c l ima t i -
cos e a tu rbu l enc i a atmosfer ica sao mais acen-
tuados, e c on t em 75% da massa mo l ecu la r ou 
gasosa to ta l da atmosfera e pra t i camente t o do 
o vapor de agua e aerossois. Nessa camada, exis-
te uma diminuic jao geral na temperatura c om a 
a l tura , a uma taxa med ia de aprox imadamente 
6,5°C/km. A redu(;ao ocorre porque o ar e c om -
pressivel e sua densidade d i m i n u i c om a a l tura, 
p e rm i t i n d o que o ar ascendente se expanda e, 
assim, resfrie. A l em disso, a transferencia t u r -
bulenta de calor da superf icie aquece a atmosfe-
ra in fer ior , e nao a abscr^ao d ireta de radiaijao. 
A troposfera e l im i t a da na ma i o r i a dos locais 
po r u m nive l c om inversac t e rmica (isto e, uma 
camada de ar re la t i vamente quente ac ima de 
uma camada mais f r ia ) e, em outras, po r uma' 
zona isotermica c om a a l tura . A troposfera, des-
sa f o rma, permanece, em grande medida , auto-
cont ida, pois a inversao atua como uma " tampa" 
que efet ivamente l im i t a a convec^ao (ver Cap i -
tu l o 4E). Esse nive l de inversao o u teto c l ima t i -
co e chamado de tropopausa (ver No ta 5 e Qua -
dro 2.2). Sua a l tura nao e constante no espa^o 
e no t empo . Parece que a a l tura da t ropopausa 
em u m de t e rminado pon to esta corre lac ionada 
c om a t empera tura e pressao no n ive l do mar. 
CAPITULO 2 C o m p o s i g a o , m a s s a e e s t r u t u r a d a a t m o s f e r a 33 
110 
0,001 
i 
0_oi - k - Mesopausa - Nuvens noctilucentes 
s o , H 
H 
loH 
100 H 
1000 
M e s o s f e r a 
E s t r a t o p a u s a — 
N u v e n s 
e s t r a t o s f e r i c a s 
p o l a r e s 
E s t r a t a s f e r a 
M a x i m o