Fundamentos da Climatologia .02 Atmosfera

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12/17/2009
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FUNDAMENTOS DE CLIMATOLOGIA
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PROFA. CRISTIANA COUTINHO DUARTE
12/17/2009
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DEFINIÇÃO
“Atmosfera é o conjunto de gases, vapor d’água e partículas, constituindo o que se chama ‘ar’, que por sua vez, envolve a superfície da Terra”
Por que a atmosfera é importante?
Promove a sustentabilidade da vida na Terra;
É onde ocorrem os fenômenos de interação meteorológica, tais como, circulação atmosférica, precipitação, variação de temperatura e pressão atmosférica; 
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Características básicas
Não possui limite superior (progressiva rarefação);
Fase dispersante – mistura homogênea (homosfera) – concentra os principais gases como o nitrogênio (N2) O oxigênio (O2) o argônio (A) e o dióxido de carbono (CO2);
Varia de acordo com a concentração de vapor de água (níveis da troposfera e parte da estratosfera), CO2 (níveis de superfície terrestre) e O3 (níveis mais altos da atmosfera).
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Gases variáveis importantes
Gases majoritários na atmosfera 
~ 99,96 %
Composição química da atmosfera
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Elementos que compõe a atmosfera
Nitrogênio (N2)
Constituinte mais abundante na atmosfera (78,08%);
Não possui muita importância para a superfície terrestre;
Pode absorver parte da energia solar em alta atmosfera pelas pequenas ondas (raios ultravioletas);
O N2 não possui relação com compostos orgânicos na superfície da Terra;
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Elementos que compõe a atmosfera
Oxigênio (O2)
É o segundo mais abundante da atmosfera (20,95%)
Exerce papel fundamental para a biologia, seja na:
Vida aeróbica
Oxidação
Formação de ozônio
O oxigênio é responsável pela absorção de energia proveniente de ondas curtas:
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Elementos que compõe a atmosfera
A combinação do O em forma atômica com outro átomo de oxigênio ou molécula produz:
O + O + M  O2 + M
O2 + O + M  O3 + M
 
A função do oxigênio na atmosfera
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Elementos que compõe a atmosfera
Ozônio (O3)
Concentra-se entre 10 e 70 km;
Sua concentração varia de acordo com a latitude, com a época do ano, com a hora do dia e ainda de acordo com a maior e menor atividade do Sol;
É um gás instável, ou seja, pode se dissociar facilmente;
Pouca quantidade de ozônio chega à superfície, pois a absorção dos raios em maiores altitudes se encarregam de gerar um limite de expansão da camada superior;
Não se acumula na superfície devido à atuação da fumaça e vegetação;
Possui propriedades radioativas.
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Elementos que compõe a atmosfera
Ozônio (O3)
Substâncias emitidas pelo homem podem destruir o O3, tais como o Cloro-fluor-carbono (CFC), sprays; gás freon – produzido pela indústria de refrigeração; fumaça ozonolítica por aeronaves que trafegam em grandes altitudes, etc.;
Mudanças na espessura da camada tende a reduzir a quantidade normal de ozônio.
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Elementos que compõe a atmosfera
Evolução do buraco na camada de ozônio
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Elementos que compõe a atmosfera
Gás Carbônico
98% do total de CO2 encontram-se dissolvidos nas águas dos oceanos, sobre forma de bicarbonatos;
2% encontram-se na atmosfera;
Variação de concentração muito pequena (0,5 g por quilograma de m3 de ar);
Tende a aumentar próximo a superfície, onde ocorre as concentrações industriais;
Possui intercâmbio contínuo com a ação fotossintética e de respiração, combustão e oxidação;
O carbono sintetizado por vegetais provém da atmosfera;
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Elementos que compõe a atmosfera
Vapor de água
Massa pequena / bastante variável na atmosfera;
Diminui com a altitude;
Concentra-se próximo a superfície em regiões mais quentes e úmidas (40g) e decai em zonas polares, firas e secas (0,5g);
Interfere na distribuição de temperatura: absorção e emissão de calor sensível pela atmosfera; e veículo de energia pela transferência de calor latente pela evaporação e liberação de calor sensível quando se condensa; 
 Único constituinte que muda de estado em condições naturais;
Responsável pela formação de nuvens e fenômenos atmosféricos (precipitação, orvalho, neve, etc.).
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Poluição do Ar em São Paulo
Profa. Dra. Maria de Fátima Andrade
DCA-IAG-USP
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Limites da atmosfera
O principal critério para a divisão das camadas atmosféricas baseia-se na variação da temperatura.
De acordo com o critério térmico dividimos as camadas em:
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Limites da atmosfera
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Variação da temperatura
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Camadas da atmosfera
Camada mais próxima a superfície da Terra;
Possui maior importância pela concentração de fenômenos meteorológicos;
 Concentra ¾ da massa total da atmosfera e quase todo o seu vapor d’água;
 A troposfera
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Camadas da atmosfera
 A estratosfera
Ocorre acima da tropopausa e se limita superiormente a 50 km de altitude;
Temperatura aumenta de acordo com a variação de altitude, devido à fotodissociação do O3;
 A base da camada possui -57°C e a zona de transição (estratopausa) possui 0°C;
 Seu nome tem origem na hipótese de uma camada estratificada;
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Camadas da atmosfera
 A Mesosfera
Muito pouco conhecida;
Estende-se de 50 km a 80 km de altitude (aproximadamente);
A temperatura volta a diminuir com a altitude chegando ao seu limite de -95°C;
Não há ocorrência de vapor de água nessa camada;
Meteoritos que entram em contato com essa camada sobre alta velocidade entram em incandescência, gerando as estrelas cadentes;
Camada isotérmica (tropopausa).
A mistura de baixas temperaturas e poeira cósmica formam as nuvens noctilucentes, visíveis em certas ocasiões nas regiões próximas aos polos.
Mesopausa
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Camadas da atmosfera
 A Termosfera
Situa-se além de 90 km com o contínuo aumento de temperatura;
Contato com a rarefação de moléculas de O.
Obs. Sobre a Ionosfera:
 A partir da fotodissociação a concentração de íons aumenta com a altitude;
 Inicia-se a partir de 60 km;
Absorve as ondas de rádio, freqüência de emissão radiofônica e densidade de elétrons livres;
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Camadas da atmosfera
 A Exosfera
Camada externa composta por cinturão de Van Allen;
Cinturões compostos por partículas subatômicas (O, H e N);
O bombardeio de raios cósmicos provenientes de descargas solares;
Fluxo de partículas solares sobrecarregados que em interação com o Oxigênio e Nitrogênio são conduzidos pelo magnetismo da Terra para as regiões polares, provocando emissão de energia visível, que dão origem as auroras polar.
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Auroras boreais e austrais
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REVISÃO
Defina atmosfera.
A atmosfera se apresenta em forma de gás, mas há um constituinte que pode ser encontrado nas três fases da matéria. Qual é?
No caso de dividir a estrutura vertical da atmosfera com base na temperatura, quais são as camadas?
Em qual das camadas ocorrem a maior parte dos fenômenos atmosféricos?
Qual o papel do Ozônio na atmosfera?
A densidade vai diminuindo com o aumento a altitude
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Embora seja o constituinte mais abundante na atmosfera, o nitrogênio, paradoxalmente, não desempenha nenhum papel relevante, em termos químicos ou energéticos, nas vizinhanças da superfície da Terra. Na alta atmosfera, no entanto, esse gás absorve um pouco de energia solar de pequeno comprimento de onda (no domínio do ultravioleta), passando à forma atômica.
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O oxigênio desempenha um papel essencial, do ponto de vista da Biologia: torna possível a vida aeróbia na Terra. A ele se deve a oxidação de compostos orgânicos, através do processo fisiológico da respiração. Além disso, possibilita a formação de ozônio na atmosfera.
Por sua vez, o ozônio se torna um dos mais importantes gases atmosféricos por conta de sua capacidade de absorção de radiação UV. Se não existisse o ozônio na atmosfera, o excesso de radiação solar ultravioleta,
que passaria a atingir a superfície terrestre, causaria grandes queimaduras na epiderme dos seres vivos, aumentando drasticamente a incidência de câncer de pele. 
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Do total de dióxido de carbono existente na Terra, cerca de 98% se encontra dissolvido na água dos oceanos, sob a forma de bicarbonato; quase todo o restante está na atmosfera, onde sua concentração oscila muito pouco em torno de 0,5 g por quilograma de m3 de ar. Essa concentração, porém, pode aumentar consideravelmente nas vizinhanças dos grandes parques industriais e dos conglomerados urbanos de maior porte. Os países industrializados são responsáveis pela liberação de fabulosas quantidades de dióxido de carbono, sendo os principais responsáveis pela redução da qualidade de vida planetária, exatamente devido ao "efeito estufa" decorrente do incremento abusivo de CO2 na atmosfera.
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A concentração de vapor d'água na atmosfera embora relativamente pequena, pois dificilmente ultrapassa 4% em volume, é bastante variável. Em geral, essa concentração diminui com a altitude. Em regiões tropicais quentes e úmidas, por exemplo, o vapor d'água pode ser encontrado, próximo à superfície, em uma proporção tão alta quanto 40 g por quilograma de ar seco; nas zonas polares frias e secas, essa cifra pode cair para cerca de 0,5 g. kg -1.
O vapor d'água é o único constituinte da atmosfera que muda de estado em condições naturais e, em conseqüência disto, é o responsável pela origem das nuvens e por uma extensa série de fenômenos atmosféricos importantes (chuva, neve, orvalho etc.). Sua proporção na atmosfera determina o nível de conforto ambiental
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É aquecida pela superfície terrestre pela radiação de onda longa.
 Aquecimento por condução (temp. diminui 6,5 por Km -1)
Valor de aquecimento afetado pelas variantes locais;
Formação de correntes aéreas verticais (ascendentes e subsidentes) que provocam transferência convectiva de calor e vapor d’água para níveis mais elevados da troposfera;
Rugosidade natural da superfície dos continentes gera mais resistência aos ventos que os oceanos;
Maiores altitudes – maior velocidade do vento;
Zona de formação de correntes de jatos (Jet stream) que ultrapassam a faixa de transição;
A espessura pode variar com a latitude e a época do ano.
A espessura da troposfera (e, portanto, a altitude da base da tropopausa), varia com a latitude e com a época do ano. Nos pólos, oscila entre um mínimo de 6 km no inverno e um máximo de 10 km no verão, em média. As correspondentes altitudes para a zona tropical são de 15 e 18 km, aproximadamente
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A estratosfera estende-se, para além da tropopausa, até cerca de 50 km de altitude. De um modo geral, tem sido observada uma zona aproximadamente isotérmica, correspondendo aos seus primeiros 20 km. A partir daí a temperatura do ar passa a aumentar com a altitude).
A inclinação da curva temperatura-altitude revela que esse aumento é mais suave até 30 km de altitude, em média.
O progressivo aquecimento do ar com a altitude, observado na porção superior da estratosfera, é devido à liberação de energia no processo de formação do ozônio. 
A estratopausa justapõe-se ao topo da estratosfera, sendo caracterizada por um gradiente vertical de temperatura quase nulo. A média planetária da temperatura do ar, nessa faixa, é da ordem de 0 oC
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A mesosfera, menos conhecida ainda que a estratosfera, se estende dos 50 aos 80 km de altitude aproximadamente, apresentando gradiente vertical médio de temperatura negativo indicando que a temperatura volta a diminuir com a altitude. Em seu limite superior a temperatura do ar é estimada em -95 oC.
Na a mesosfera o ar é praticamente isento de vapor d'água e sua composição praticamente não difere da do ar seco, observada nas camadas inferiores
Acima da mesosfera estende-se uma camada aproximadamente isotérmica, que pode ultrapassar 10 km de espessura: a mesopausa. Nessa faixa é que se formariam as chamadas nuvens noctilucentes, visíveis, em certas ocasiões, nas regiões próximas ao Pólo Norte, quando o Sol se encontra 10 a 15o abaixo do plano do horizonte do observador
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superfície; deste modo, se você estiver voando em uma aeronave a aproximadadmente 9 km (30.000 pés), a temperatura fora da janela da sua aeronave pode ser de aproximadamente -50°C, ou seja, mais que 70º C mais frio que o ar que está diretamente sobre quem está dentro da aeronave.
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