A Terra e a sua Atmosfera

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
CENTRO DE CIÊNCIAS MATEMÁTICAS E DA NATUREZA 
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE METEOROLOGIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Terra e sua Atmosfera1 
 
 
 
 
 
 
 
 
POR 
 
 
 
 
 
 
 
MARIA GERTRUDES ALVAREZ JUSTI DA SILVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RIO DE JANEIRO, RJ 
NOVEMBRO, 1998 
 
_______________________ 
1Tradução com finalidade didática de: 
AHRENS, A. D. Essentials of Meteorology: an invitation to the atmosphere. West Publishing Company, New York, 1993. Cap. 1, p 1-22. 
 
 2
A Terra e sua Atmosfera 
 
Visão Geral da Atmosfera Terrestre 
 Composição da Atmosfera 
 A Atmosfera Primitiva 
Estrutura Vertical da Atmosfera 
 Uma Olhada Rápida na Pressão Atmosférica e na Densidade do Ar 
 Camadas da Atmosfera 
 O Dilema do Ozônio na Estratosfera 
 A Ionosfera 
Tempo e Clima 
 Meteorologia – a Ciência da Atmosfera 
 Uma Visão do Tempo através dos Satélites 
 Tempestades de todos os Tamanhos 
 Uma Visão do Mapa do Tempo 
 O Tempo e o Clima em Nossas Vidas 
Resumo 
Termos Chave 
Questões de Revisão 
 
 
Nossa atmosfera é um delicado manto de ar 
protetor circundando a terra. De um jeito ou de 
outro, ela influencia tudo que vemos e ouvimos -- 
está intimamente conectada com nossas vidas. O ar 
está conosco desde o nosso nascimento e não 
podemos nos separar dele. Ao ar livre podemos 
nos deslocar por milhares de quilômetros em 
qualquer direção horizontal, mas se nos 
deslocarmos apenas por uns 8 quilômetros acima da 
superfície, sufocaremos. Podemos sobreviver sem 
comida por algumas poucas semanas, ou sem água 
por alguns dias, mas sem nossa atmosfera, não 
sobreviveremos mais do que por alguns minutos. 
Assim como os peixes estão confinados ao seu meio 
que é a água, do mesmo modo nós estamos 
confinados ao nosso oceano de ar. Em qualquer 
lugar que queiramos ir, ele tem que ir conosco. 
 A terra sem uma atmosfera não teria lagos 
nem oceanos. Não haveria som, nem nuvens, nem 
um lindo nascer do sol avermelhado. Esta bonita 
página de abertura do céu estaria ausente. Seria 
inimaginavelmente frio à noite e desagradavelmente 
quente durante o dia. Todas as coisas na terra 
estariam a mercê de uma intensa radiação solar 
atingindo um planeta completamente seco. 
Vivendo na superfície da terra, nós estamos 
tão completamente adaptados ao nosso meio 
atmosférico que as vezes esquecemos quão 
importante é esta substância. Mesmo sendo o ar 
insípido, sem odor e (na maioria das vezes) 
invisível, ele nos protege com uma mistura de gases 
que permite que a vida floresça. Porque não 
podemos vê-lo, cheirá-lo, ou sentir seu gosto, 
parece-nos surpreendente que entre nossos olhos e 
as páginas deste livro existam trilhões de moléculas 
de ar. Algumas delas poderiam estar em uma 
nuvem ainda ontem, ou sobre outro continente na 
semana passada, ou talvez fosse parte da 
respiração de alguém que viveu há séculos atrás. 
 
Visão Geral da Atmosfera Terrestre 
 
 A atmosfera da terra é um fino invólucro 
gasoso composto principalmente de nitrogênio (N2) e 
oxigênio (O2), com pequenas quantidades de outros 
gases, tais como vapor d'água (H2O) e dióxido de 
carbono (CO2). Aninhadas na atmosfera estão as 
nuvens de água líquida e de cristais de gelo. 
A fina camada de ar azul no horizonte na 
Fig. 1.1 representa a parte mais densa da atmosfera. 
Embora nossa atmosfera se estenda na vertical por 
centenas de quilômetros, quase 99 porcento da 
atmosfera fica dentro da camada com cerca de 30 
quilômetros da superfície da terra. Este fino manto 
de ar protege constantemente a superfície e seus 
habitantes da perigosa radiação ultra violeta do sol, 
assim como do bombardeio de material proveniente 
do espaço interplanetário. Não existe limite superior 
definido para a atmosfera; ela se torna cada vez 
mais tênue, eventualmente se misturando com o 
espaço vazio, que circunda todos os planetas. 
 
Composição da atmosfera – A tabela 1.1 
mostra os vários gases presentes em um volume de 
ar perto da superfície da terra. Note que o nitrogênio 
ocupa 78 porcento e o oxigênio cerca de 21 
porcento de volume total. Se todos os outros gases 
fossem removidos, este percentual de nitrogênio e 
oxigênio permaneceria aproximadamente constante 
até uma altura de cerca de oitenta quilômetros. 
Na superfície existe um equilíbrio entre a 
destruição (saída) e produção (chegada) destes 
gases. Por exemplo, o nitrogênio é removido da 
atmosfera principalmente através de processos 
biológicos que envolvem bactérias do solo. Ele 
retorna à atmosfera principalmente através da 
decomposição de matéria de animais e plantas. O 
oxigênio, por outro lado, é removido da atmosfera 
quando a matéria orgânica decai e quando o 
oxigênio combina com outras substâncias, 
produzindo óxidos. Ele também é retirado da 
atmosfera durante a respiração, quando os pulmões 
absorvem oxigênio e liberam dióxido de carbono. A 
adição de oxigênio para a atmosfera ocorre durante 
 3
a fotossíntese, quando as plantas, em presença da 
luz solar, combina dióxido de carbono e água para 
produzir açúcar e oxigênio. 
 A concentração do gás invisível vapor 
d'água, entretanto, varia grandemente de um lugar 
para o outro e de instante para instante. Perto da 
superfície em locais tropicais quentes, o vapor 
d'água pode chegar a 4 porcento dos gases da 
atmosfera, enquanto que em áreas polares frias, sua 
concentração pode se reduzir a uma fração de um 
porcento (ver Tabela 1.1). As moléculas de vapor 
d'água são, naturalmente, invisíveis. Elas se tornam 
visíveis somente quando se transformam em 
grandes partículas líquidas ou sólidas, tais como 
gotas de nuvens e cristais de gelo. A mudança do 
vapor d'água para água líquida é chamada de 
condensação, enquanto que o processo de 
transformação de líquido para vapor é chamado de 
evaporação. Na baixa atmosfera, a água está em 
toda parte. É a única substância que existe na forma 
de gás, líquido ou sólido nas temperaturas e 
pressões normalmente encontradas perto na 
superfície da terra (ver Fig. 1.2). 
 O vapor d'água é um elemento da atmosfera 
extremamente importante. Não somente se 
transforma em partículas de nuvens líquidas ou 
sólidas e crescem de tamanho caindo em forma de 
precipitação sobre a terra, mas também liberam 
grandes quantidades de calor - chamado de calor 
latente - quando muda de vapor para água líquida ou 
gelo. O calor latente é uma importante fonte de 
energia atmosférica, especialmente para 
tempestades, tais como trovoadas e furacões. Além 
disso, o vapor é um potente gás do efeito estufa 
porque absorve fortemente uma porção da energia 
radiante que sai da terra (do mesmo modo que o 
vidro das estufas das plantas evita a perda de calor 
e a mistura com o ar externo). Assim, o vapor 
d'água tem um significado importante no balanço 
(equilíbrio) de energia da terra. 
 O dióxido de carbono (CO2), um componente 
natural da atmosfera, ocupa uma porcentagem 
pequena (mas importante) do volume do ar, cerca de 
0,035 porcento. O dióxido de carbono entra na 
atmosfera principalmente a partir do decaimento da 
vegetação, mas ele vem também das erupções 
vulcânicas, da exalação da vida animal, da queima 
de combustíveis fósseis (tais como carvão, óleo e 
gás natural) e do desflorestamento. A remoção do 
CO2 da atmosfera ocorre durante a fotossíntese, 
quando as plantas consomem CO2 para produzir 
matéria verde. O CO2 é então estocado nas raízes, 
galhos e folhas. O oceanos atuam como um 
reservatório para o CO2, na medida que os 
fitoplânctons na superfície da água fixam CO2 nos 
seus tecidos orgânicos. O dióxido de carbono que 
dissolve diretamente na superfície da água se 
mistura para baixo e circula através de grandes 
profundidades.As estimativas são de que os 
oceanos estocam mais do que cinqüenta vezes o 
total do conteúdo de CO2 da atmosfera. 
 A Figura 1.3 revela que a concentração de 
CO2 na atmosfera cresceu mais do que 10 porcento 
desde 1958, quando foi inicialmente medida no 
Observatório de Mauna Loa no Havaí. Este 
aumento parece ser devido à queima de 
combustíveis fósseis. Entretanto, o 
desflorestamento também desempenha um papel 
importante já que o corte dos troncos para queima 
ou mesmo quando deixado no campo, libera CO2 
diretamente no ar, sendo responsável talvez por 
cerca de 20 porcento do aumento observado. Os 
cientistas especulam que os níveis de CO2 na 
atmosfera aumentaram em mais de 25 porcento 
desde o início do século dezenove. Com os níveis 
de CO2 presentemente aumentando em cerca de 0,4 
porcento anualmente, os cientistas agora estimam 
que a concentração de CO2 irá dobrar do valor atual 
(355 ppm) até o final do século vinte e um. 
 O dióxido de carbono é outro importante gás 
do efeito estufa porque ele, assim como o vapor 
d’água, absorve uma porção da energia 
infravermelha radiante proveniente da terra. 
Consequentemente, como a concentração de CO2 
está aumentando, assim também ocorre com a 
média global da temperatura do ar à superfície. A 
maioria dos experimentos com modelos 
matemáticos que prevêem as condições 
atmosféricas futuras estimam que se dobrar a 
quantidade de CO2, isto irá resultar num 
aquecimento global do ar à superfície de 2 a 50 C. 
Tal aquecimento poderá reduzir a quantidade e a 
qualidade dos reservatórios de água (especialmente 
no oeste dos Estados Unidos) já que a maioria das 
correntes globais de ar que guiam os maiores 
sistemas de tempestades ao redor da terra 
começaram a se desviar de seus cursos “normais”. 
(O capítulo 13 examina o fenômeno do aquecimento 
global em maior profundidade). 
 O dióxido de carbono e o vapor d’água não 
são os únicos gases do efeito estufa. 
Recentemente, outros têm ganho notoriedade, 
primeiramente porque eles também estão se 
tornando mais concentrados. Tais gases incluem o 
metano (CH4), o óxido nitroso (N2O) e os 
clorofluorcarbonos (CFC’s). Por sua pequena 
quantidade na atmosfera estes gases são 
conhecidos coletivamente como “gases traço”. 
 Os níveis de metano, por exemplo, têm 
crescido na última década, aumentado cerca de 
meio porcento ao ano. A maioria do metano parece 
derivar da quebra do material das plantas em 
plantações de arroz em solos pobres em oxigênio, e 
de reações bioquímicas no estômago das vacas. 
Exatamente porque o metano cresce tão 
rapidamente é que está atualmente sob estudo. 
Níveis de óxido nitroso - comumente conhecido 
como gás hilariante - têm crescido anualmente a 
uma taxa de 0,25 porcento. O óxido nitroso se forma 
no solo através de um processo químico envolvendo 
bactérias e certos micróbios. A radiação ultravioleta 
do sol o destroi. 
 Os clorofluorcabonos representam um grupo 
de gases do efeito estufa que também têm 
aumentado sua concentração. Estes tem sido os 
propelentes mais usados em tubos de spray. Hoje 
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em dia, entretanto, eles tem sido principalmente 
usados em processos de refrigeração, como 
isolantes e como solventes de microcircuitos 
eletrônicos. Embora sua concentração média em 
um volume de ar seja bastante pequena (ver Tabela 
1.1), estes são os gases de crescimento mais rápido 
entre os do efeito estufa, crescendo a uma taxa de 4 
a 11 porcento por ano. Além disso, os CFC’s não 
somente tem o potencial de aumentar a temperatura 
global mas também tomam parte na destruição da 
camada de ozônio. 
 Na superfície, o ozônio (O3) é o principal 
ingrediente do smog fotoquímico, que irrita os olhos 
e a garganta e prejudica a vegetação. Mas a maioria 
do ozônio na atmosfera (cerca de 97 porcento) é 
encontrado na atmosfera superior - na estratosfera - 
onde é formado naturalmente, quando átomos de 
oxigênio combinam com moléculas de oxigênio. Ali 
a concentração de ozônio tem uma média de menos 
do que 0,002 porcento por volume. Esta pequena 
quantidade é importante, entretanto, porque atua 
como um escudo para os raios ultravioleta do sol 
prejudiciais às plantas, animais e ao homem. É 
paradoxal que o ozônio, que danifica as plantas em 
um meio ambiente poluído, forneça um escudo 
natural protetor na atmosfera superior de tal modo 
que as plantas na superfície possam sobreviver. 
Vamos falar brevemente de como os CFC’s 
injetados na estratosfera podem destruir o equilíbrio 
da camada de ozônio e como esta camada pode 
gradualmente decrescer. 
 Impurezas de origem humana ou natural 
estão também presentes na atmosfera. O vento 
levanta poeira e outras partículas do solo e as 
carrega para cima. Pequenas gotas de água 
salgada das ondas do mar são levadas para o ar. 
Depois da evaporação estas gotas deixam 
microscópicas partículas de sal suspensas no ar. 
Fumaça proveniente de incêndios florestais elevam-
se até bem longe da superfície e os vulcões 
introduzem toneladas de finas partículas e gases no 
ar (fig. 1.4). Coletivamente, estas pequenas 
partículas sólidas ou líquidas de várias composições 
são chamadas de aerossóis. 
 Algumas impurezas naturais encontradas na 
atmosfera são bastante benéficas. Pequenas 
partículas flutuantes, por exemplo, atuam como 
superfícies nas quais o vapor d'água se condensa 
para formar as nuvens. Entretanto, a maioria das 
impurezas feitas pelo homem (a até mesmo algumas 
naturais) são um incômodo, assim como prejudiciais 
à saúde. Estes são chamados poluentes. Por 
exemplo, os motores de automóveis emitem grandes 
quantidades de dióxido de nitrogênio (NO2), 
monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos. O 
gás dióxido de nitrogênio geralmente dá à atmosfera 
uma cor escura, marrom clara. Na luz do sol, ele 
reage com os hidrocarbonetos e outros gases para 
produzir ozônio. O monóxido de carbono é o maior 
poluente do ar das cidades. Embora sem cor e 
inodoro, este venenoso gás se forma durante a 
combustão incompleta de combustíveis que contém 
carbono. Deste modo, 75 porcento do monóxido de 
carbono em áreas urbanas tem sua origem nos 
veículos. 
 A queima de combustíveis que contém 
enxofre (tais como carvão e óleo) libera para o ar o 
gás incolor dióxido de enxofre (SO2). Quando a 
atmosfera está suficientemente úmida, o SO2 pode 
se transformar em finas gotas diluídas de ácido 
sulfúrico. A chuva que contém ácido sulfúrico corrói 
metais e superfícies pintadas e torna a água ácida. 
A chuva ácida (mais detalhes no capítulo 12) é um 
dos maiores problemas do meio ambiente, 
principalmente na trajetória dos ventos que vêm das 
principais regiões industriais. Em adição, altas 
concentrações de SO2 produzem sérios problemas 
respiratórios para os seres humanos, tais como 
bronquites e efisemas, e têm efeitos adversos nas 
plantas. (Mais detalhes e informações sobre estes e 
outros gases poluentes será dada no capítulo 12). 
 
A Atmosfera Primitiva - A atmosfera que 
inicialmente envolveu a terra era provavelmente 
muito diferente do ar que nós respiramos hoje. A 
primeira atmosfera da terra (cerca de 4,5 bilhões de 
anos atrás) era composta de hidrogênio e hélio – os 
dois gases mais abundantes no universo – assim 
como de compostos de hidrogênio, tais como 
metano e amônia. A maioria dos cientistas acham 
que esta atmosfera inicial escapou para o espaço a 
partir da quente superfície da terra. Entretanto, uma 
segunda atmosfera mais densa gradualmente 
envolveu a terra na medida em que gases 
provenientes de rochas fundidas dentro de seu 
interior escapavam através de vulcões e jatos de 
vapor d’água. Podemos assumir que os vulcões 
expeliam os mesmos gases de hoje: em sua maioria 
vapor d'água (cerca de 80%), dióxido de carbono 
(cerca de 10%) e uns poucos porcentos de 
nitrogênio. Estes gasescriaram provavelmente a 
segunda atmosfera da terra. 
 Há centenas de milhões de anos atrás nossa 
atmosfera se esfriou. A constante emissão de gases 
a partir do interior aquecido, fornecia um rico 
suprimento de vapor d'água, que se transformavam 
em nuvens. Chuvas caíram na terra por muitos 
milhares de anos, formando os rios, lagos e os 
oceanos do mundo. Durante este tempo, grandes 
quantidades de CO2 se transformaram em rochas 
sedimentares de carbono tais como as rochas 
calcárias. Com a maior parte do vapor já 
condensada e com a quantidade de CO2 
diminuindo, a atmosfera gradualmente tornou-se rica 
em nitrogênio (N2), que geralmente não é 
quimicamente ativo. 
 Parece que o oxigênio (O2), o segundo gás 
mais abundante na atmosfera atual, provavelmente 
começou vagarosamente a aumentar sua 
concentração na medida em que os raios 
energéticos do sol começaram a dividir o vapor 
d'água (H2O) em moléculas de hidrogênio e 
oxigênio. O hidrogênio, sendo mais leve, 
provavelmente subiu e escapou para o espaço, 
enquanto que o oxigênio permaneceu na atmosfera. 
 5
 Este vagaroso aumento no oxigênio deve ter 
providenciado a quantidade suficiente de gás 
necessária para as plantas primitivas evoluírem, 
talvez há 2 ou 3 bilhões de anos atrás. Ou as 
plantas podem ter evoluído em um meio ambiente 
quase sem oxigênio (anaeróbico). De qualquer 
maneira, o crescimento das plantas enriqueceu 
nossa atmosfera com oxigênio. A razão para isto é 
que, durante a fotossíntese, as plantas em presença 
da luz solar, combinam dióxido de carbono e água 
para produzir oxigênio. Portanto, depois que as 
plantas se desenvolveram, o conteúdo de oxigênio 
atmosférico aumentou rapidamente, alcançando sua 
composição presente há cerca de várias centenas 
de milhões de anos atrás. 
 
Estrutura Vertical da Atmosfera 
 
 Um perfil vertical da atmosfera revela que 
ela pode ser dividida em uma série de camadas. 
Cada camada pode ser definida de várias maneiras: 
pela maneira pela qual a temperatura varia dentro 
dela, pelos gases que a compõem ou mesmo pelas 
suas propriedades elétricas. De qualquer maneira, 
antes de analisarmos estas várias camadas 
atmosféricas, nós precisamos observar o perfil 
vertical de duas importantes variáveis: a pressão e a 
densidade do ar. 
 
Uma Olhada Rápida na Pressão 
Atmosférica e na Densidade do Ar - As 
moléculas do ar (assim como todas as outras coisas) 
estão presas junto à terra pela gravidade. Esta 
intensa força invisível pressionando as moléculas de 
ar umas sobre as outras e comprimindo-as, faz com 
que haja um aumento do número de moléculas por 
volume quando nos aproximamos da superfície. 
Quanto mais ar acima de um nível, maior é o efeito 
de compressão. Já que a densidade do ar é o 
número de moléculas de ar em um dado espaço 
(volume), segue-se que a densidade do ar é maior 
na superfície e decresce na medida que nos 
movemos para cima na atmosfera. Note na Fig. 1.5 
que, pelo fato de que o ar perto da superfície fica 
comprimido, a densidade normalmente decresce 
rapidamente inicialmente, e depois decresce mais 
vagarosamente na medida em que nos movemos 
para longe da superfície. 
 As moléculas de ar têm peso. De fato, o ar é 
surpreendentemente pesado. O peso de todo o ar 
em torno da terra chega a 5600 trilhões de 
toneladas. O peso das moléculas de ar exerce uma 
força sobre a terra. A força exercida sobre uma área 
da superfície é chamada de pressão atmosférica ou, 
simplesmente, pressão do ar. A pressão em 
qualquer nível na atmosfera pode ser medida em 
termos do peso total do ar acima do ponto. Na 
medida em que nos elevemos, menos moléculas de 
ar estão acima de nós, por isso a pressão 
atmosférica sempre decresce com a altura. Assim 
como a densidade do ar, a pressão do ar decresce 
rapidamente no início e depois mais vagarosamente 
(Ver Fig. 1.5). 
 Se você pesar uma coluna de ar de 1 
polegada quadrada de seção transversal, 
estendendo-se do nível médio do mar ao "topo" da 
atmosfera, ela pesará aproximadamente 14,7 libras. 
Assim, a pressão atmosférica normal perto do nível 
do mar é próxima de 14,7 libras por polegada 
quadrada. Se mais moléculas são acrescentadas na 
coluna, ela se tornará mais densa, o ar pesará mais 
e a pressão à superfície aumentará. Por outro lado, 
quando poucas moléculas estão na coluna, o ar 
pesa menos e a pressão à superfície é menor. 
Deste modo, uma mudança na densidade do ar 
pode trazer uma mudança na pressão do ar. 
 Naturalmente, libras por polegada quadrada 
é uma maneira de expressar a pressão atmosférica. 
Entretanto, a unidade mais comum encontrada nas 
cartas sinóticas de superfície é o milibar (mb) ou 
hectopaschal (hPa). Uma outra unidade de pressão 
comum usada na aviação e nas informações de 
rádio e TV é a polegadas de mercúrio (Hg). No nível 
médio do mar, o valor médio ou padrão da pressão 
atmosférica é 
1013,25 mb = 1013,25 hPa = 29,92 in Hg 
 A Fig. 1.6 ilustra quão rapidamente a 
pressão do ar decresce com a altura. Perto do nível 
do mar, a pressão atmosférica cai rapidamente, 
enquanto que em altos níveis ela decresce mais 
vagarosamente. Com uma pressão ao nível do mar 
de 1000 milibares, vemos pela Fig. 1.6 que, a uma 
altitude de somente 5,5 quilômetros, a pressão do ar 
é cerca de 500 milibares, ou metade da pressão ao 
nível do mar, significando que, se você estiver a uns 
meros 6.000 m sobre a superfície, você estará acima 
da metade de todas as moléculas de ar da 
atmosfera. 
 A uma elevação igual ao pico do Monte 
Everest (cerca de 9 km - a mais alta montanha da 
terra), a pressão do ar fica em torno de 300 mb. O 
topo está acima de cerca de 70 porcento das 
moléculas de ar da atmosfera. A uma altitude de 
cerca de 50 km, a pressão do ar é cerca de 1 mb, o 
que significa que 99,9 porcento de todas as 
moléculas estão abaixo deste nível. Ainda que a 
atmosfera se estenda para cima até milhares de 
quilômetros, gradualmente ela vai se tornando cada 
vez mais tênue até misturar-se com o espaço 
exterior. 
 
Camadas da Atmosfera - Nós vimos que tanto 
a pressão como a densidade do ar decrescem com a 
altura sobre a superfície - rapidamente a princípio e 
depois mais vagarosamente. A temperatura do ar, 
entretanto, tem um perfil vertical mais complicado. 
Observe a Fig. 1.7 e note que a temperatura do ar 
normalmente decresce desde a superfície da terra 
até uma elevação de cerca de 11 quilômetros. Este 
decréscimo na temperatura do ar com o aumento da 
altitude é devido principalmente ao fato (investigado 
mais profundamente no Capítulo 2) de que a luz do 
sol esquenta a superfície da terra, que por sua vez 
aquece o ar sobre ela. A taxa na qual a temperatura 
 6
do ar decresce com a altura é conhecida como 
gradiente vertical de temperatura ("lapse rate"). O 
gradiente vertical médio (ou padrão) nesta região 
mais baixa da atmosfera é de cerca de 6,5 graus 
Celsius (0C) por cada 1000 metros de elevação. 
Fixe em sua mente que este valor é apenas um valor 
médio. Em alguns dias o ar resfria-se mais 
rapidamente na medida em que nos movemos para 
cima. Isto pode aumentar o gradiente vertical. Em 
outros dias a temperatura do ar pode decrescer mais 
vagarosamente com a altura, e neste caso o 
gradiente vertical será menor. Deste modo o 
gradiente vertical flutua, variando de dia para dia e 
de estação para estação do ano. 
 Esta parte da atmosfera (desde a superfície 
até cerca de 11 quilômetros) contém tudo que em 
termos de tempo meteorológico consideramos 
familiar na terra. Nesta região é comum para as 
moléculas de ar circularem por extensões de mais 
de 10 km em apenas alguns dias. Esta região de 
circulação do ar que se estende para cima desde a 
superfície da terra até onde o ar para tornando-se 
mais frio com a altura é chamada de troposfera - do 
grego tropein,significando mudança. (O instrumento 
usado para medir o perfil vertical de temperatura do 
ar na atmosfera até elevações que excedem 30 km é 
a radiossonda. Mais informações sobre este 
instrumento são dadas na seção especial "Focus"). 
 Note na Fig. 1.7 que acima de 11 km a 
temperatura do ar normalmente para de decrescer 
com a altura. Aqui o gradiente vertical de 
temperatura é zero. Esta região, onde a temperatura 
do ar permanece constante com a altura, é 
conhecida como uma região isotérmica (de igual 
temperatura). A base desta zona marca o topo da 
troposfera e o início de uma nova camada, a 
estratosfera. O limite de separação da troposfera e 
da estratosfera é chamado de tropopausa. A altura 
da tropopausa varia. É encontrada em altitudes 
maiores nas regiões equatoriais e tem elevações 
menores na medida em que nos dirigimos na direção 
dos pólos. Geralmente a tropopausa é mais alta no 
verão e mais baixa no inverno em todas as latitudes. 
Em algumas regiões a tropopausa "se rompe" e 
torna-se difícil localizá-la, neste caso, os cientistas 
tem observado a mistura do ar troposférico com o ar 
estratosférico e vice-versa. Estas quebras marcam 
também a posição das correntes de jato - ventos 
fortes que circulam em canais estreitos, tais como 
rios, freqüentemente com velocidades excedendo 
100 nós1 (190 km/h). 
 Da Fig. 1.7 podemos ver que, na 
estratosfera a uma altitude de 20 km, a temperatura 
do ar começa a aumentar com a altitude. Tal 
aumento da temperatura do ar com a altura é 
chamado de inversão térmica. A região de 
inversão, onde fica a camada isotérmica mais baixa, 
tende a evitar que as correntes verticais da 
troposfera se estendam para a estratosfera. A 
inversão tende também a reduzir a quantidade de 
 
1 Um nó é igual a uma milha náutica por hora. Um nó é 
igual a 1,15 milhas por hora ou 1,9 quilômetros por hora. 
movimento vertical na estratosfera por si só, já que 
ela mesma é uma camada estratificada. 
 Embora a temperatura do ar esteja 
aumentando com a altura, o ar a uma altitude de 30 
km é extremamente frio, tendo uma média de menos 
do que -460C. Neste nível, sobre as latitudes 
polares, a temperatura do ar pode mudar 
drasticamente de uma semana para a outra, com um 
aquecimento súbito que pode aumentar a 
temperatura do ar de uma semana para outra de até 
500C. Este rápido aquecimento é provavelmente 
devido a um afundamento do ar associado com 
mudanças na circulação que ocorrem no final do 
inverno ou início da primavera. 
 A razão da inversão na estratosfera é que o 
gás ozônio que é responsável pela maior parte do 
aquecimento nesta altitude. Lembrar que o ozônio é 
importante porque ele absorve energia solar 
ultravioleta (UV). Parte desta energia absorvida 
esquenta a estratosfera, o que explica porque existe 
a inversão. Se o ozônio não estivesse presente, o ar 
provavelmente se tornaria mais frio com a altura, 
como acontece na troposfera. 
 Acima da estratosfera fica a mesosfera 
(esfera média). O ar é extremamente tênue e a 
pressão atmosférica é bastante baixa (ver Fig. 1.7). 
Mesmo assim a porcentagem de nitrogênio e de 
oxigênio na mesosfera é praticamente a mesma da 
superfície da terra, embora uma “respirada” na 
mesosfera contenha menos moléculas de oxigênio 
que na troposfera. Neste nível, sem equipamento de 
oxigênio adequado, o pulmão não terá oxigênio 
suficiente e a pessoa sufocará - uma condição 
conhecida como hipoxia. Com uma temperatura 
média de -900C, o topo da mesosfera representa a 
parte mais fria da atmosfera. 
 A "camada quente" sobre a mesosfera é a 
termosfera. Aqui as moléculas de oxigênio (O2) 
absorvem os raios solares energéticos, aquecendo o 
ar. Na termosfera, existem relativamente poucos 
átomos e moléculas. Consequentemente, a 
absorção de uma pequena quantidade de energia 
solar pode causar um grande aumento na 
temperatura do ar (ver Fig. 1.8). 
 Mesmo a temperatura na termosfera sendo 
excessivamente alta, uma pessoa abrigada do sol 
não sentirá necessariamente calor. A razão para 
este fato é que há tão poucas moléculas nesta 
região para se chocar com qualquer coisa (a pele 
exposta, por exemplo) e transferir energia para se 
sentir calor. A baixa densidade da termosfera 
também significa que a molécula do ar se moverá 
em média uma distância de 1 quilômetro antes de 
colidir com outra molécula. Uma molécula de ar 
similar na superfície da terra se moverá uma 
distância média de menos do que um milionésimo de 
centímetro antes de colidir com outra molécula. 
 No topo da atmosfera, cerca de 500 km 
acima da superfície da terra, as moléculas podem se 
mover a distâncias maiores ainda antes de colidir 
com outras moléculas. Aqui, muitas das leves e 
rápidas moléculas viajando na direção correta 
realmente escapam do campo gravitacional da terra. 
 7
A região onde os átomos e moléculas escapam para 
o espaço é denominada de exosfera, que representa 
o limite superior da nossa atmosfera. 
 Até este ponto, nós examinamos as 
camadas da atmosfera baseados no perfil vertical de 
temperatura. A atmosfera, entretanto, pode também 
ser dividida em camadas baseadas na sua 
composição. Por exemplo, a composição da 
atmosfera começa vagarosamente a mudar na 
camada inferior da termosfera. Abaixo da 
termosfera, a composição do ar permanece bastante 
uniforme (78 porcento de nitrogênio, 21 porcento de 
oxigênio) através da troca turbulenta. Esta região 
bem misturada é conhecida como homosfera (Figura 
1.8). Na termosfera, as colisões entre os átomos e 
as moléculas são pouco freqüentes e o ar é incapaz 
de se manter agitado. Como resultado, a difusão 
ocorre na medida em que os átomos e moléculas 
mais pesadas (tais como o nitrogênio e o oxigênio) 
tendem a permanecer no fundo da camada 
enquanto os gases mais leves (tais como o 
hidrogênio e o hélio) flutuam no topo. A região da 
base da termosfera até o topo da atmosfera é 
conhecida como heterosfera. 
 
O dilema do ozônio na estratosfera - No 
início deste capítulo aprendemos que a maior parte 
do ozônio da atmosfera é encontrado na 
estratosfera. Mesmo perto da altura de 25 km onde 
o ozônio é mais denso, sua concentração é muito 
baixa - existem cerca de 12 moléculas de ozônio 
para cada milhão de moléculas de ar. Embora 
tênue, esta camada de ozônio é significativa, por sua 
proteção aos habitantes da terra contra a radiação 
ultravioleta do sol. Esta proteção é muito importante 
porque a radiação ultravioleta tem energia suficiente 
para causar câncer de pele no ser humano. 
 Se a concentração do ozônio na estratosfera 
decrescer, pode acontecer o seguinte: 
1. um aumento no número de casos de câncer de 
pele 
2. um impacto adverso nas plantas e animais devido 
a um aumento na radiação ultravioleta 
3. um resfriamento na estratosfera que poderá 
afetar as configurações do vento na estratosfera, 
possivelmente induzindo alguma forma de 
mudança climática na superfície. 
 O ozônio (O3) se forma naturalmente na 
estratosfera pela combinação do oxigênio atômico 
com o oxigênio molecular (O2) na presença de uma 
outra molécula. O ozônio é destruído naturalmente 
pela absorção de radiação solar ultravioleta (Fig. 
1.9). O ozônio também é destruído pela colisão com 
outros gases, tais como o óxido nitroso, dióxido de 
nitrogênio e mesmo por outras moléculas de ozônio. 
 Parece que as atividades humanas estão 
alterando a quantidade de ozônio na estratosfera. 
Esta possibilidade foi inicialmente trazida a luz no 
início dos anos 70 quando o Congresso Americano 
ponderou se os Estados Unidos deveria ou não 
construir aviões supersônicos. Um dos gases 
emitidos pelos motores das aeronaves é o óxido 
nítrico. Embora a aeronave fosse planejada para 
voar na estratosfera abaixo do nível de quantidademáxima de ozônio, ponderou-se que este gás 
poderia eventualmente subir, onde então teria um 
efeito nocivo sobre o ozônio. Este foi um dos fatores 
dos muitos considerados quando o Congresso 
decidiu fazer parar o desenvolvimento da versão 
americana do transporte supersônico. 
 Mais recentemente, este assunto envolveu a 
emissão de substâncias químicas a partir da 
superfície da terra, tais como os clorofluorcarbonos 
(CFC’s). Até o final da década de 70, quando os 
Estados Unidos baniu todos os usos não essenciais 
destes entes químicos, eles eram os mais comuns 
propelentes em recipientes de spray. Na troposfera 
estes gases são bastante seguros, sendo 
inflamáveis, não tóxicos e incapazes de combinar-se 
quimicamente com outras substâncias. No entanto 
estes gases vagarosamente se propagam para cima 
sem que sejam destruídos. Eles aparentemente 
entram na estratosfera (1) perto das quebras na 
tropopausa, especialmente nas proximidades das 
correntes de jato e (2) nas tempestades quando o 
topo das nuvens cumulonimbos penetram na baixa 
estratosfera. 
 Uma vez que as moléculas de CFC entram 
na estratosfera média, a radiação ultravioleta que é 
normalmente absorvida pelo ozônio quebra estas 
moléculas, liberando o cloro neste processo (o cloro 
destroi rapidamente o ozônio). De fato, as 
estimativas são de que um simples átomo de cloro 
remove cerca de 100.000 moléculas de ozônio antes 
que sejam retirados do processo pela combinação 
com outra substância. 
 Já que a vida média de uma molécula de 
CFC na estratosfera é cerca de 100 anos, qualquer 
crescimento na concentração de CFC é de ação 
duradoura e um real perigo à concentração de 
ozônio. Dado este fato e o conhecimento adicional 
de que os CFC’s contribuem para o efeito estufa na 
atmosfera, um acordo internacional assinado em 
1987 - O Protocolo de Montreal - estabeleceu um 
tempo para a diminuição da emissão de CFC e o 
uso de composto de bromo (halogêneos) que 
destroem o ozônio a uma taxa dez vezes maior do 
que os compostos de cloro. Este acordo propõe uma 
diminuição de 50% na produção de CFC 
(comparando com os níveis de 1986) até o ano de 
1999. Até que ponto esta redução ocorrerá depende 
de quão bem as nações que assinaram o tratado o 
cumpram e, naturalmente, dependerá também dos 
seus vizinhos que não assinaram o protocolo. Este 
protocolo prevê revisões científicas periódicas a fim 
de atualizar os dados e verificar as exigências do 
protocolo. 
 A questão sobre exatamente quanto de 
ozônio está sendo destruído pelo cloro está agora 
sob investigação Mais do que 5 bilhões de 
quilogramas de CFC já foram liberados na troposfera 
e irão se difundir para os níveis superiores durante 
as próximas décadas. Em um estudo de 1991, um 
painel internacional com cerca de 80 cientistas 
concluíram que a camada de ozônio tinha diminuído 
de cerca de 3 % durante o verão do período de 1979 
 8
a 1991 sobre a área mais populosa do Hemisfério 
Norte. 
 Para complicar ainda mais o quadro, 
cálculos teóricos no início da década de 80 
sugeriram que um aumento nos níveis de CO2 na 
troposfera (resultante da queima de combustíveis 
fósseis e de madeira) aumentarão a temperatura na 
troposfera, mas diminuirá a temperatura na 
estratosfera. Um resfriamento na estratosfera irá 
desacelerar o processo de destruição do ozônio. 
 Aparentemente no momento, parece que o 
ozônio está sendo destruído mais rapidamente do 
que o esperado. Os cientistas apontam para o fato 
de que as concentrações de ozônio sobre a 
primavera na Antártica diminuíram até taxas 
alarmantes. Esta queda brusca no ozônio é 
atualmente conhecida como “buraco na camada 
de ozônio” (ver ainda a coluna Focus na página 14). 
 
A Ionosfera - A ionosfera não é na realidade 
uma camada, mas uma região eletricamente 
carregada na atmosfera superior onde existem 
grandes concentrações de íons e de elétrons livres. 
Íons são átomos e moléculas que perderam (ou 
ganharam) um ou mais elétrons. Os átomos perdem 
elétrons e tornam-se positivamente carregados 
quando eles não podem absorver toda a energia 
transferida para eles pela colisão de uma partícula 
energética ou pela energia do sol que os atinge. 
 A região mais baixa da ionosfera está 
geralmente a cerca de 60 km acima da superfície da 
terra. A partir daí a ionosfera se estende para cima 
até o topo da atmosfera. Portanto, o domínio da 
ionosfera é a termosfera (ver Figura 1.8). 
 A ionosfera desempenha um papel 
importante nas comunicações de rádio. Sua 
camada inferior reflete as ondas padrões AM de 
rádio de volta a terra, mas ao mesmo tempo as 
enfraquece seriamente quando as está refletindo. À 
noite, entretanto, a camada inferior da ionosfera 
gradualmente desaparece, e as ondas de rádio 
podem penetrar mais fundo na ionosfera, onde então 
elas são capazes de serem refletidas para a terra. 
Porque existe durante à noite pouca absorção das 
ondas de rádio nas camadas superiores da 
ionosfera, tais ondas viajam repetidamente da 
ionosfera para a terra e de volta para a ionosfera 
novamente. Deste modo, as ondas padrão AM de 
rádio são capazes de viajar muitas centenas de 
quilômetros à noite. 
 Nas próximas seções nós vamos examinar 
nossa atmosfera de uma perspectiva vertical. Vamos 
voltar nossa atenção para os eventos 
meteorológicos que ocorrem na atmosfera mais 
baixa. Quando você estiver lendo o restante do 
capítulo tenha em mente que seu conteúdo serve 
como uma antecipação do que você irá estudar no 
restante do livro e que muitos conceitos e idéias que 
você aqui encontra permitirá que você se familiarize 
com itens que você vai encontrar escritos em 
revistas e jornais ou mesmo ver na televisão. 
 
Tempo e Clima 
 
 Quando falamos sobre tempo, estamos 
falando sobre as condições da atmosfera em um 
lugar e tempo particulares. O tempo − que está 
sempre mudando − é composto dos seguintes 
elementos: 
 
1. temperatura do ar 
2. pressão atmosférica 
3. umidade 
4. nuvens 
5. precipitação 
6. visibilidade 
7. vento 
 
Se medirmos e observarmos estes elementos do 
tempo sobre um determinado intervalo de tempo, 
digamos, por muitos anos, nós obteremos o “tempo 
médio” ou o clima de uma região em particular. O 
clima, portanto, representa a acumulação de eventos 
diários ou sazonais sobre um longo período de 
tempo. O conceito de clima é muito mais do que isto 
já que inclui também os extremos do tempo − as 
ondas de calor no verão e a friagem no inverno − 
que ocorrem em uma determinada região. A 
freqüência destes extremos é o que nos ajuda a 
distinguir entre os clima que têm médias similares. 
 Se fosse possível observarmos a terra por 
muitos milhares de anos, perceberíamos que mesmo 
o clima varia. Nós poderíamos ver rios de gelo 
movendo-se para os vales e ocupando galerias, ver, 
por exemplo, o gelo avançando sobre vastas áreas 
da América do Norte. Avançando vagarosamente a 
partir do Canadá, uma simples glaciação poderia 
estender-se até o Kansas e Illinois, com a camada 
de gelo de milhares de metros de espessura 
cobrindo a região hoje ocupada por Chicago. Sobre 
um intervalo de dois milhões de anos atrás, 
poderíamos ver o gelo avançando e recuando 
muitas vezes. Naturalmente, para que este 
fenômeno aconteça, a temperatura da América do 
Norte teve que cair e depois aumentar de uma 
maneira cíclica. 
 Suponha que fóssemos capazes de 
fotografar a terra uma vez a cada mil anos e por um 
período de centenas de milhares de anos. No lapso 
de tempo da seqüência do filme, estas fotos 
mostrariam que não somente o clima está se 
alterando, mas a terra como um todo está mudando 
também: montanhas emergem e depois são 
corroídas pela erosão; pontos isolados de emissão 
de fumaça e gases aparecem como vulcões 
expelindo gases quentes e poeira fina dentro da 
atmosfera e a superfície de toda a terra sofreuma 
transformação gradual na medida que as bacias 
oceânicas se alargam e outras se contraem2. 
 
2 O movimento do fundo dos oceanos e continentes é 
explicado na teoria das placas tectônicas, formalmente 
conhecida como a teoria da deriva dos continentes. 
 9
 Resumindo, a terra e sua atmosfera são 
sistemas dinâmicos que estão constantemente 
mudando. Enquanto que grandes transformações 
da superfície da terra são completadas somente em 
longos espaços de tempo, o estado da atmosfera 
pode mudar em uma questão de minutos. Portanto, 
um olhar cuidadoso na direção do céu será capaz de 
observar muitas destas mudanças. 
 Até este ponto, falamos de conceitos de 
tempo e clima sem discutir a palavra meteorologia. 
O que este termo realmente significa e qual a sua 
origem? 
 
Meteorologia − a Ciência da Atmosfera – 
Meteorologia é o estudo da atmosfera e de seus 
fenômenos. O termo surgiu quando o filósofo grego 
Aristóteles, em torno de 340 a. c., escreveu um livro 
sobre filosofia natural denominado Meteorológica. 
Este trabalho representava a soma dos 
conhecimento sobre o tempo e o clima naquele 
momento, assim como continha material sobre 
astronomia, geografia e química. Alguns dos tópicos 
cobertos incluía nuvens, chuva, neve, vento, granizo, 
trovões e furacões. Naqueles dias, todas as 
substâncias que caiam do céu, e qualquer coisa 
vista no ar, eram chamadas de meteoros, daí o 
termo meteorologia. Atualmente, nós diferenciamos 
entre estes meteoros e aqueles que vem de fontes 
extraterrestres fora de nossa atmosfera (meteoritos) 
e partículas de água e gelo observadas na 
atmosfera (hidrometeoros). 
 No livro Meteorológica, Aristóteles tentou 
explicar os fenômenos atmosféricos de uma maneira 
filosófica e especulativa. Embora muitas destas 
especulações fossem erradas, as idéias de 
Aristóteles foram aceitas sem reservas por quase 
dois mil anos. De fato, o nascimento da 
meteorologia como uma ciência natural genuína não 
aconteceu até a invenção dos instrumentos 
meteorológicos, tais como o termômetro no fim do 
século dezesseis, o barômetro (para medir pressão 
atmosférica) em 1643 e do higrômetro (para 
medidas de umidade) no final do século dezoito. 
Com a disponibilidade de medidas instrumentais 
foram então feitas tentativas de explicar certos 
fenômenos atmosféricos empregando-se 
experimentação científica e as leis físicas que 
estavam sendo desenvolvidas naquela época. 
 Na medida que melhores instrumentos foram 
desenvolvidos no século dezenove, a ciência 
meteorológica progrediu. A invenção do telégrafo 
em 1843 permitiu a transmissão de observações 
rotineiras do tempo. Idéias sobre ventos e 
tempestades começaram, pelo menos parcialmente, 
a serem entendidas, e cartas sinóticas simples 
(“cartas de tempo”) foram traçadas. Em torno de 
1920 os conceitos de massas de ar e frentes foram 
formulados na Noruega. Na década de quarenta, as 
observações diárias de temperatura, umidade e 
pressão, feitas com radiossondas (balões de ar 
superior) deram uma visão tridimensional da 
atmosfera. 
 A meteorologia deu outro salto na década de 
cinquenta, quando os computadores foram 
desenvolvidos e pode-se assim resolver equações 
que descrevem o comportamento da atmosfera. 
Além de traçar as cartas de tempo com observações 
do momento, os computadores começaram a ser 
usados para predizer o estado da atmosfera em 
algum instante desejado do futuro. Em 1960, o Tiros 
I, o primeiro satélite meteorológico, foi lançado, 
introduzindo a meteorologia na era espacial. 
Satélites subsequentes forneceram uma vasta gama 
de informações úteis, variando de fotografias diárias 
e noturnas de nuvens e tempestades até imagens do 
vapor d’água que circula pela atmosfera ao longo do 
globo. Atualmente os satélites estão capacitados a 
fornecer os computadores com uma grande gama de 
dados por sobre todo o globo e de uma maneira 
contínua, de tal modo que previsões mais precisas 
de uma semana ou mais são cada vez mais 
confiáveis. 
 
Uma Visão do Tempo Através dos 
Satélites – Uma boa visão do tempo pode ser 
obtida a partir de um satélite meteorológico. A figura 
1.10 é uma imagem de satélite mostrando uma parte 
do Oceano Pacífico e do continente Norte 
Americano. Esta imagem foi obtida a partir de um 
satélite geoestacionário situado a 36.000 km acima 
da superfície da terra. Nesta elevação, o satélite 
viaja a uma mesma velocidade de rotação da terra, o 
que permite que ele permaneça sobre a mesma 
posição em relação à terra e que possa monitorar 
continuamente o que está ocorrendo nesta região. 
 
Tempestades de Todos os Tamanhos – 
Provavelmente o espetáculo mais dramático 
mostrado na figura 1.10 são as massas circulares de 
nuvens de todos os tamanhos e formas. As nuvens 
aparecem brancas porque a luz do sol está sendo 
refletida de volta pelos seus topos. As áreas 
escuras mostram onde o céu está claro. As maiores 
massas de nuvens organizadas são as tempestades 
dispostas sobre grandes faixas horizontais. Uma 
destas tempestades aparece como uma banda 
extensa de nuvens, de cerca de 2000 quilômetros de 
comprimento, a oeste dos Grandes Lagos. Esta 
tempestade ciclônica de latitudes médias (ou 
ciclones extratropicais), forma-se fora dos trópicos e, 
no Hemisfério Norte, apresentam ventos girando no 
sentido antihorário em torno de seu centro que, 
nesta imagem, está sobre Minesota. 
 Uma tempestade um pouco menor mas mais 
vigorosa está localizada sobre o Oceano Pacífico. 
Este sistema de tempestade tropical, com sua banda 
de nuvens com giro em forma circular apresentando 
vento com velocidades acima de 64 nós, é 
conhecido como furacão. O diâmetro de um 
furacão é de cerca de 800 km. A área circular no 
seu centro é conhecida como o olho do furacão. 
Neste olho, os ventos são calmos e o céu é, 
geralmente, claro. Em torno deste olho, entretanto, 
existe uma região onde a chuva é forte e os fortes 
ventos de superfície atingem rajadas de 100 nós. 
 10
 Tempestades menores são vistas como 
pontos brilhantes sobre o Golfo do México. Estes 
pontos representam agrupamentos de nuvens tipo 
cúmulos que cresceram até se tornarem trovoadas 
(“thunderstorms”); isto é, nuvens cumulonimbos de 
grande desenvolvimento vertical acompanhadas de 
relâmpagos, trovões, fortes ventos de rajada e chuva 
forte. Se a figura 1.10 for observada detidamente, 
pode-se ver formas similares de nuvens em muitas 
regiões. Existem provavelmente milhares de 
trovoadas ocorrendo por sobre o globo em um 
determinado momento. Embora não possam ser 
vistos individualmente, existem destas nuvens de 
tempestades embebidas na massa de nuvens que 
está sobre o oeste dos Grandes Lagos. Mais tarde, 
neste mesmo dia em que esta imagem foi tomada, 
algumas destas tempestades darão origem ao 
distúrbio mais violento da atmosfera – o tornado. 
 Um tornado é uma coluna de ar com rotação 
intensa que se estende a partir da base de uma 
nuvem de tempestade. Algumas vezes chamados 
de “twisters” ou ciclones, podem aparecer como 
trombas ou grandes cilindros circulares. A maioria 
tem menos que um quilômetro e muitos são menores 
que um campo de futebol. Os ventos em um tornado 
podem exceder 200 nós sendo mais provável 
alcançar picos de pelo menos 125 nós. Alguns 
tornados nunca alcançam o solo e a maior parte 
surge da base da nuvem como um funil com rápida 
rotação. Geralmente mergulham para a superfície e 
sobem novamente, desaparecendo. 
 
Uma visão do mapa do tempo - Podemos ter uma 
visão melhor dos sistemas de tempestades de 
latitudes médias examinando um mapa de tempo 
simplificado (carta sinótica) do mesmo dia em que foi 
tomada a imagem de satélite. O peso do ar sobre as 
diferentes regiões varia e, portanto, varia também a 
pressãoatmosférica. Na figura 1.11 a letra L na 
carta indica uma região de baixa pressão 
atmosférica, geralmente chamada de baixa, que 
marca o centro da tempestade de latitude média. As 
duas letras H na carta representam as regiões de 
alta pressão atmosférica, chamadas de altas, ou 
anticiclones. Os círculos na carta representam as 
estações meteorológicas individuais. O vento é o 
movimento horizontal do ar. A direção do vento − a 
direção de onde o vento está soprando − é dada 
pelas linhas paralelas ao vento e se estendem 
saindo do centro da estação meteorológica. A 
velocidade do vento está indicada pelas barbelas. 
 Observe como o vento circula em torno das 
altas e das baixas. As diferenças horizontais de 
pressão provocam o movimento do ar das altas para 
as baixas presssões. Devido à rotação da terra, o 
vento se desvia de tal maneira que, no Hemisfério 
Norte, ele flui no sentido horário e para fora do 
centro nas regiões de altas e no sentido anti-horário 
e convergindo na direção do centro de baixa 
pressão. (Este conceito será examinado com mais 
detalhes no capítulo 6). 
 Na medida que o ar gira em torno da baixa, 
ele converge e sobe, parecido com o que acontece 
com a pasta de dentes quando o tudo aberto é 
comprimido. O ar que sobe resfria-se, e a umidade 
contida no ar se condensa na forma de nuvens. 
Note que na figura 1.11 a área de precipitação (área 
verde sombreada) na vizinhança da baixa 
corresponde a extensa região com nuvens mostrada 
na imagem de satélite (Figura 1.10). 
 Note pela comparação das figuras 1.10 e 
1.11 que, nas regiões de altas pressões, o céu está 
geralmente claro. Na medida que o ar flui saindo do 
centro das altas em superfície, o ar que está acima 
desce substituindo o ar que sai lateralmente. Como 
o ar que desce não produz nuvens, encontramos 
geralmente céu claro e tempo bom associado com 
as regiões de alta pressão. 
 O ar que circula em torno de altas e baixas 
pressões são os maiores determinantes do tempo 
nas latitudes médias. Observe a tempestade de 
latitudes médias e as temperaturas na superfície na 
figura 1.11 e note que, a sudeste da tempestade, os 
ventos de direção sul que vem do Golfo do México 
trazem ar quente e úmido para a região norte sobre 
a parte sudeste do país. Do lado oeste da 
tempestade, as brisas frias e secas combinam-se 
com o ar que desce para criar um tempo claro sobre 
as Montanhas Rochosas. A superfície de separação 
entre o ar quente e o ar frio aparece como uma linha 
espessa escura sobre a carta − que é uma frente, 
através da qual existe uma mudança brusca de 
temperatura, da umidade e da direção do vento. 
 Onde o ar frio do Canadá substitui o ar 
quente do Golfo do México, uma frente fria é 
desenhada em azul, com as setas mostrando sua 
direção de movimento. Onde o ar quente do Golfo 
do México é substituído por ar frio do norte, uma 
frente quente é desenhada em vermelho, com 
semicírculos mostrando a direção de seu 
deslocamento. Onde o ar frio é substituído por ar 
frio, é desenhada uma frente oclusa de cor roxa, 
com alternância de setas e semicírculos para 
mostrar seu movimento. Ao longo de cada uma das 
frentes, o ar quente está subindo, produzindo 
nuvens e precipitação. Na imagem de satélite (figura 
1.10), a frente oclusa e a frente fria aparecem como 
uma banda alongada de nuvens saindo da área de 
baixas pressões sobre a região de Minesota até a 
parte norte do Texas. 
 Note na figura 1.11 que as frentes estão à 
oeste de Chicago. Na medida em que os ventos em 
altos níveis empurrarem as frentes na direção leste, 
uma pessoa nas cercanias de Chicago deve 
observar a aproximação da frente como uma linha 
de torres de cumulonimbos similares àqueles 
mostrados na figura 1.12. Em poucas horas, 
Chicago deve experimentar chuvas pesadas com 
trovões e relâmpagos e ventos de rajada, na medida 
em que a frente passar. Tudo isto, no entando, deve 
dar lugar a céu claro e ventos de oeste ou noroeste 
em superfície depois da passagem da frente. 
 Observando os sistemas de tempestades, 
vemos que eles não só se movem mas estão em 
constante mudança. Levados pelos ventos de oeste 
em altos níveis, a tempestade de latitudes médias 
 11
mostrada na figura 1.11 se intensifica, movendo-se 
para leste, carregando suas nuvens e o tempo 
associado com elas. Na frente deste sistema, o dia 
ensolarado em Ohio irá gradualmente ficando 
encoberto de nuvens e deverá ocorrer pancadas de 
chuva e trovoadas na caída da noite. Atrás da 
tempestade, os ventos frios e secos de norte 
entrando a leste do Colorado provocarão um céu 
encoberto sendo substituído por condições de céu 
claro. Mais ao sul, as tempestades 
(“thunderstorms”) no momento sobre o Golfo do 
México (figura 1.10) se expandirão um pouco, 
dissipando-se na medida em que novas 
tempestades aparecerão sobre áreas de terra e de 
água. À oeste, o furacão sobre o Oceano Pacífico 
se desviará para noroeste e encontrará águas mais 
frias. Ali, longe da sua fonte quente de energia, ele 
perderá seu impulso; os ventos diminuirão e a 
tempestade se transformará um uma massa 
desorganizada de nuvens e umidade tropical. 
 
O Tempo e o Clima em Nossas Vidas − O 
tempo e o clima desempenham um papel importante 
em nossas vidas. O tempo, por exemplo, 
freqüentemente determina o tipo de roupas que 
vamos usar, enquanto que o clima influencia o tipo 
de roupas que vamos comprar. O clima determina 
quando plantar uma determinada espécie assim 
como o tipo de planta que pode ser plantada. O 
tempo determina se esta mesma espécie irá ou não 
crescer até a maturidade. Embora o tempo e o clima 
afetem nossas vidas de várias maneiras, talvez sua 
influência mais imediata seja sobre o nosso conforto. 
A fim de sobreviver ao frio do inverno e ao calor do 
verão, nós construimos casas, as aquecemos, 
colocamos sistemas de ar condicionado, as isolamos 
− somente para parcebermos que quando 
abandonamos nossa concha, estamos a mercê dos 
elementos do tempo. 
 Mesmo quando estamos apropriadamente 
vestidos para o tempo, o vento, a umidade e a 
precipitação podem mudar nossa percepção de 
quão frio ou quente ele parece. Em um dia frio e 
com vento, o efeito (do “wind shill”) nos faz sentir 
que está muito mais frio do que na realidade e, se 
não estivermos propriamente vestidos, corremos o 
risco de “frostbite” ou até mesmo de hipotermia ( o 
rápido e progressivo colapso mental e físico que 
acompanha o abaixamento da temperatura do corpo 
humano). Em um dia quente e úmido nós 
normalmente sentimos um desconforto térmico 
maior, nosso corpo se sobreaquece, e a exaustão 
témica ou “heat stroke” pode ocorrer. As pessoas 
que mais sofrem com estas situações são os idosos 
com problemas circulatórios e as crianças, cujos 
mecanismos reguladores de temperatura ainda não 
estão completamente desenvolvidos. 
 O tempo afeta também de outras maneiras o 
modo como nos sentimos. As dores devidas à 
artrite são maiores quando um aumento de umidade 
é acompanhado de quedas de pressão atmosférica. 
De uma maneira ainda não completamente 
entendida, o tempo parece afetar nossa saúde. A 
incidência de ataques cardíacos parece ter um 
máximo estatístico depois da passagem de frentes 
quentes, quando são comuns o vento e a chuva e 
depois da passagem de frentes frias quando ocorre 
mudanças abruptas e pancadas de chuva são 
acompanhadas de ventos frios na forma de rajadas. 
Dores de cabeça são comuns em dias que temos 
que forçar os olhos, geralmente por causa da 
presença de névoas ou dias com uma fina e 
brilhante cobertura de nuvens altas. 
 Para algumas pessoas, um vento quente e 
seco soprando para baixo ao longo de uma encosta 
(vento catabático) afeta negativamente seu 
comportamento (elas geralmente ficam irritáveis e 
deprimidas). Exatamente como e porque estes 
ventos impactampsicologicamente o ser humano 
não é bem entendido. Voltaremos no capítulo 7 a 
explicar porque estes ventos são quentes e secos. 
 Quando o tempo se torna mais frio ou mais 
quente do que o normal ele influencia a vida e o 
orçamento de muitas pessoas. Por exemplo, o frio 
verão de 1992 sobre 2/3 do leste da América do 
Norte fez com que houvesse uma economia de 
bilhões de dólares nos custos de ar condicionado. 
Por outro lado o inverno frio de 1986-87 sobre a 
Europa matou muitas centenas de pessoas e 
causou um racionamento de combustíveis já que a 
demanda por combustível superou o suprimento. 
 Ondas de frio acompanhadas de pesadas 
quedas de neve podem causar devastação, 
atrapalhar o tráfego nas cidades, interromper os 
serviços nos aeroportos, fechar escolas, derrubar 
linhas de transmissão, deixando sem eletricidade 
milhares de consumidores. Uma destas 
tempestades durante fevereiro de 1983, atingiu 
muitas cidades do lado leste dos Estados Unidos, e 
deixou Filadélfia paralisada com uma cobertura de 
neve de vinte e uma polegadas. Quando o ar frio 
atinge mais profundamente o sul dos Estados 
Unidos muitos milhões de dólares são perdidos pois 
as frutas e vegetais sensíveis ao frio que aí são 
cultivadas ficam arruinadas, o que causa alta nos 
preços nos supermercados. 
 Períodos prolongados de seca, 
especialmente quando acompanhados por altas 
temperaturas, podem levar a escassez de comida e, 
em muitos lugares, ao estabelecimento da fome. 
Partes da África, por exemplo, têm estado no centro 
de uma grande seca e da fome por várias décadas. 
Determinadas organizações têm salvo milhões de 
famintos através do envio de ajuda externa. Em 
1986, o sudeste dos Estados Unidos sofreu sua pior 
seca, com temperaturas altas que prejudicaram as 
culturas e causaram perdas de um bilhão de dólares. 
Quando o clima se torna quente e seco, os animais 
também sofrem. Cerca de 500.000 frangos 
morreram somente na Geórgia durante um período 
de dois dias de pico de calor no verão. Secas 
severas têm efeitos também nos reservatórios de 
água, freqüentemente forçando as comunidades a 
racionar a água e restringir seu uso. 
 A cada ano o lado violento do tempo 
influencia a vida de milhões de pessoas. É 
 12
impressionante a quantidade de pessoas, cujas 
raízes familiares estão do meio-oeste americano, 
que conhece situações de pessoas que foram 
seriamente prejudicadas ou mortas por um tornado. 
Os tornados não somente causam muitas mortes, 
mas anualmente também causam danos em 
construções e propriedades totalizando centenas de 
milhões de dólares, na media que um único tornado 
pode atingir uma parte inteira de uma cidade (ver 
Figura 1.13). 
 Embora a chuva agradável de uma típica 
tempestade de verão seja bem vinda sobre a maior 
parte dos lugares, pesados aguaceiros, ventos fortes 
e ocorrência de granizo que acompanham uma 
tempestade severa não o são. Tempestades 
(“thunderstorms”) severas que se movem 
vagarosamente provocam a queda rápida de uma 
grande quantidade de chuva criando “flash floods” 
na medida que pequenos rios não dão vazão 
arrastando plantas e árvores. Correntes de ar 
violentas de cima para baixo (“downburst”) criam 
ventos turbulentos que são capazes de destruir 
plantações e infligir danos violentos em certas 
estruturas. Várias quedas de avião têm sido 
atribuídas à zona de cisalhamento do vento (“wind 
shear”) dentro de um “downburst”. Anualmente, a 
ocorrência de granizo causa danos nas plantações 
avaliados em milhões de dólares e os relâmpagos 
iniciam incêndios que destroem milhares de acres 
de madeira valiosa. 
 Mesmo o lado calmo do tempo tem sua 
influência. Quando os ventos cessam, o ar úmido 
fica mais tranqüilo e pode haver formação de 
nevoeiros. Pesados nevoeiros podem restringir a 
visibilidade em aeroportos, causando atrasos e 
cancelamento nos vôos. A cada inverno, vários 
acidentes fatais são correlacionados com a 
ocorrência de nevoeiros nas estradas. O nevoeiro 
tem seu lado positivo também, especialmente 
durante épocas de seca, pois a deposição da 
umidade sobre as folhas e sobre o solo pode suprir 
as necessidade de água do sistema de raízes das 
plantas. 
 O tempo e o clima tem se tornado parte de 
nossas vidas de tal modo que a primeira coisa que 
muitos de nós fazemos pela manhã é ouvir a 
previsão do tempo local. Por esta razão muitas 
emissoras de rádio e televisão nos Estados Unidos 
contratam seus próprios “homens do tempo” para 
apresentar as informações meteorológicas e dar as 
previsões para o dia. Muitos destes profissionais 
são pessoas treinadas em meteorologia e muitas 
emissoras exigem que sua equipe obtenha um selo 
de aprovação da American Meteorological Society 
(AMS) ou um certificado da National Weather 
Association (NWA). Para fazer sua apresentação do 
tempo em um minuto, um crescente número de 
emissoras está usando informações fornecidas pelo 
National Weather Service (NWS), na forma de 
previsões de tempo computadorizadas, imagens de 
satélites em tempo real e display’s coloridos de 
radar. Algumas emissoras têm suas próprias 
unidades de radar Doppler para ajudar na previsão 
de tempestades severas locais. 
 Por muitos anos as emissoras de televisão 
educativa têm levado ao ar um programa de quinze 
minutos, de segunda a sexta feira, denominado “AM 
Weather” – um programa no qual os profissionais do 
serviço de meteorologia apresentam as previsões, 
os sumários e o tempo para a aviação. Na televisão 
à cabo, o “Weather Channel” tem um staff de 
profissionais treinados que dão informações sobre o 
tempo vinte e quatro horas por dia. Finalmente a 
National Oceanic and Atmospheric Administration 
(NOAA), em cooperação com o National Weather 
Service, patrocina redes de rádio em locais 
selecionados dos Estados Unidos. Conhecidas 
como “NOAA weather radio” (e transmitindo em 
freqüências VHF-FM) este serviço fornece 
informação contínua do tempo e previsões locais 
(assim como boletins de tempo, incluindo avisos e 
alertas) para quase 90 porcento da nação. 
 
 
 
RESUMO 
 
 Este capítulo apresenta uma revisão 
resumida da atmosfera terrestre. A nossa atmosfera 
é rica em nitrogênio e oxigênio além de conter 
pequenas quantidades de outros gases e partículas, 
sendo alguns dos quais extremamente importantes, 
como o vapor d’água, o dióxido de carbono e o 
ozônio. Foi examinada a atmosfera primitiva da terra 
e foi visto o quanto ela era diferente do ar que 
respiramos hoje. 
 
 Em seguida analisamos para as diversas 
camadas da atmosfera e vimos que o ozônio 
estratosférico, que nos protege dos raios 
ultravioletas do sol, pode estar decrescendo em 
concentração, pois gases como os clorofluorcabonos 
na estratosfera levam à destruição do ozônio. Vimos 
que a parte mais fria de nossa atmosfera é a 
mesosfera, que a parte mais quente é a termosfera 
e que todos os fenômenos do tempo que nós 
conhecemos ocorrem na troposfera. 
 
 Vimos brevemente um mapa do tempo e 
uma foto de satélite e observamos que espalhadas 
através da atmosfera há tempestades e nuvens de 
todos os tamanhos e formas. O movimento, a 
intensidade e o enfraquecimento desses sistemas, 
bem como a natureza dinâmica do próprio ar, produz 
uma variedade de eventos meteorológicos que 
descrevemos em termos de elementos do tempo. A 
soma total desses fenômenos sobre um longo 
período de tempo é o que chamamos clima. 
Enquanto as variações súbitas no tempo ocorrem a 
cada instante, as variações do clima acontecem 
gradualmente durante muitos anos. O estudo da 
atmosfera e de todos os fenômenos a ela 
relacionados é chamado meteorologia, um termo 
cuja origem vai aos dias de Aristóteles. Finalmente, 
 13
discutimos alguns formas como o tempo e o clima 
influencia nossas vidas. 
 
 
 
 
TERMOS CHAVE 
 
Os seguintestermos foram listados na ordem em que aparecem no texto. Defina cada um. Isto o ajudará a 
revisar o material apresentado neste capítulo. 
 
Atmosfera Buraco de ozônio 
Vapor d’água Ionosfera 
Aerosóis Tempo (fenômeno) 
Poluentes Elementos do tempo 
Pressão do ar Clima 
Taxa de variação Meteorologia 
Troposfera Tempestades ciclônicas das latitudes médias 
Radiossonda Furacão 
Estratosfera Tempestade com trovão 
Tropopausa Tornado 
Inversão de temperatura Vento 
Mesosfera Direção do vento 
Termosfera Frente 
 
 
 
QUESTÕES DE REVISÃO 
 
1. Quais são os quatro gases mais abundantes na atmosfera nos dias de hoje? 
2. Explique como a atmosfera protege os habitantes da superfície terrestre? 
3. Basicamente, como se diferenciam os três estados da água? 
4. Quais são os mais importantes papéis que a água desempenha na nossa atmosfera? 
5. Cite alguns dos aerosóis da nossa atmosfera. 
6. Como a atmosfera da terra tem se modificado ao longo do tempo? 
7. (a) Explique o conceito de pressão do ar em termos de peso do ar acima de determinado nível. 
(b) Por que a pressão do ar sempre decresce com a altura? 
8. Que camada atmosférica contém todos os fenômenos do tempo? 
9. Com base na temperatura, liste as camadas da atmosfera desde a inferior até a mais alta. 
10. Descreva brevemente como a temperatura do ar varia desde a superfície da terra até a baixa termosfera. 
11. Explique como os cientistas acreditam que o “buraco de ozônio” se forma. 
12. (a) Como os CFCs estão relacionados à destruição do ozônio estratosférico? 
(b) Se todo o ozônio da estratosfera fosse destruído, quais os possíveis efeitos disso sobre a atmosfera e 
sobre o habitantes da terra. 
13. Defina inversão de temperatura. 
14. O que é a ionosfera e onde está localizada? 
15. Liste os elementos mais comuns do tempo. 
16. Como o tempo difere do clima? 
17. Defina meteorologia e discuta a origem dessa palavra. 
18. Ordene dos maiores para os menores as seguintes tempestades: furacão, tornado, tempestade ciclônica 
das latitudes médias, temporal. 
19. Quando alguém diz que “o vento hoje está de norte”, o que isto significa? 
20. Os fenômenos do tempo nas latitudes médias tende a mover-se em que direção? 
21. Descreva algumas das formas como o tempo e o clima influenciam as vidas das pessoas. 
 14
 
Figura 1.1: A atmosfera da terra vista do espaço. 
 
Tabela 1.1: Composição da atmosfera próximo da superfície da terra. 
 
 
 
 
 
Figura 1.2: A atmosfera da terra é uma rica mistura de muitos gases, com nuvens de água condensada e cristais de gelo. 
Aqui, a água evapora da superfície do oceano. Em seguida, as correntes de ar ascendentes transformam o vapor d’água que 
é invisível em nuvens cúmulos visíveis. 
 15
 
Figura 1.3: Medições de CO2 em partes por milhão (ppm) desde 1958 até 1991 no Observatório de Mauna Loa. As 
medições mais altas ocorrem no inverno quando as plantas morrem e liberam CO2 para a atmosfera. As leituras mais baixas 
ocorrem no verão quando a vegetação mais abundante absorve CO2 da atmosfera. 
 
 
Figura 1.4: Erupções de vulcões tais como o do Monte Santa Helena, enviam toneladas de partículas na atmosfera, além de 
grande quantidade de vapor d’água e dióxido de carbono. 
 
 
 
Figura 1.5: Tanto a pressão do ar quanto a densidade decrescem com a altitude. 
 16
 
Figura 1.6: A pressão atmosférica decresce rapidamente com a altura. Subir a um altitude de apenas 5,5 km colocaria você 
acima de metade das moléculas da atmosfera. 
 
 
Figura 1.7: Camadas da atmosfera relacionadas aos perfis médios da temperatura do ar acima da superfície da 
terra. A linha grossa ilustra como a temperatura média varia em cada camada. 
 
Figura 1.8: Camadas da atmosfera baseadas na temperatura (linha vermelha), na composição (linha verde) e nas 
propriedades elétricas (linha azul). 
 17
 
Figura 1.9: Uma molécula de ozônio ao absorver radiação ultravioleta pode se tornar um átomo mais uma molécula de 
oxigênio. 
 
 
 
 
Figura 1.10: Esta imagem de satélite (tomada no visível, isto é, com a luz refletida) mostra uma variedade de padrões de 
nuvens e de tempestades na atmosfera da terra. 
 
 
 18
 
Figura 1.11: Mapa do tempo simplificado à superfície que se correlaciona com a imagem de satélite da figura 1.10. A área 
marcada em verde representa precipitação. A temperatura do ar está em oF. 
 
 
 
Figura 1.12: Tempestades se desenvolvendo ao longo de uma frente fria que se aproxima. 
 
 
 
Figura 1.13: Os tornados trazem destruição em grandes áreas e causam a perda de muitas vidas. 
 
 
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