A alta atmosfera

Básico

As camadas da atmosfera

As diferentes camadas da atmosfera são definidas por propriedades físicas distintas. A temperatura varia com a altitude, enquanto a pressão e consequentemente a densidade do ar diminuem. Quanto mais subimos menos são as moléculas que encontramos num determinado volume (e.g. 1 m³). Também a humidade e a velocidade do vento variam…
 

Claro que nada disto é visível se olharmos para o céu. Ou vemos nuvens ou vemos um céu azul, sem qualquer tipo de camadas. A cor azul resulta da difusão da radiação solar, uma vez que as moléculas no ar influenciam de forma distinta as diferentes cores da luz visível (que têm comprimentos de onda diferentes). E as camadas ? Poderemos observá-las ?

Quando viajamos de avião adquirimos bem a noção de que as propriedades da atmosfera variam com a altitude. Se atingirmos altitudes de 10-11 km, independentemente das condições meteorológicas locais abaixo das nuvens, acima de nós só haverá um céu azul e sem nuvens. Nestas condições estaremos na tropopausa ou mesmo na baixa estratosfera. Já não existem nuvens por não haver água suficiente para que se formem.

Porque varia a temperatura ?

Na atmosfera há variações de temperatura de pequena escala devidas a efeitos locais. Por exemplo, a superfície dos continentes aquece e arrefece mais rapidamente do que a água do mar. Um outro exemplo: os ventos frios provenientes das montanhas podem alterar a temperatura da camada limite. Mas à escala global são duas as principais razões pelas quais a temperatura varia:

a) A superfície da Terra absorve radiação solar e aquece. Quanto mais alto subimos, afastando-nos da superfície quente da Terra em direcção ao espaço, que é frio, mais o ar arrefece. A temperatura diminui com a altitude.

b) Contudo esta regra geral pode ser anulada. A temperatura da atmosfera depende também dos compostos químicos que a constituem. Algumas moléculas absorvem parte da radiação solar, aquecendo o ar que as circunda. É o que acontece na camada do ozono, na estratosfera, onde o ozono absorve radiação ultra-violeta (UV). Neste caso a temperatura aumenta com a altitude até atingir um valor máximo local. Este máximo de temperatura define a transição entre a estratosfera e a camada superior, denominada mesosfera. A fronteira entre estas camadas denomina-se estratopausa. Na mesosfera a temperatura volta a decrescer. Na termosfera ocorre um novo aumento de temperatura, onde o nitrogénio e o oxigénio absorvem a radiação solar ultra-violeta, extremamente energética, e são parcialmente ionizados. Assim esta camada é denominada ionosfera.

Porque diminui a pressão ?

O que distingue o ar da água é, fundamentalmente, o facto de o ar ser compressível enquanto que a água não é. Se mergulharmos no mar e estivermos a 10 m de profundidade a pressão será de 1 bar; se estivermos a 20 m de profundidade a pressão será de 2 bar, pois a quantidade de água duplicou. Com o ar é diferente. Imagine que pretende empilhar almofadas muito leves. As almofadas colocadas em baixo, na pilha, seriam comprimidas e tornar-se-iam planas devido ao peso das almofadas que estavam colocadas por cima. Elas podem ser comprimidas pois existe muito espaço livre no seu interior. No final haveria 10 almofadas em 30 cm na primeira camada, junto ao solo, enquanto que haveria apenas 1 almofada na camada superior, apesar de todas as almofadas terem o mesmo peso. O mesmo acontece na atmosfera. Assim, os meteorologistas não utilizam apenas o metro como unidade para exprimir a altitude, utilizando frequentemente a pressão. Claro que a compressibilidade também depende um pouco da temperatura, mas podemos dividir grosseiramente a pressão por um factor de 2 a cada 5,5 km de altitude. Assim, à superfície serão 1000 hPa, a 5,5 km de altitude serão 500 hPa, e assim sucessivamente.
Prima aqui para mais informaçao detalhada sobre o cálculo da pressao (fórmulas).

A termosfera é assim tão quente ?

Os perfis de temperatura da atmosfera indicam, por vezes, temperaturas de 500-1000°C a 200-500 km de altitude, na termosfera. Mas será a temperatura realmente tão elevada àquelas altitudes ? Aqui o problema é a definição de temperatura. As moléculas de ar possuem uma determinada energia. Se utilizarmos um termómetro para medir a temperatura, as moléculas transferem para o termómetro a sua energia assim que tocam a sua superfície. Às altitudes da termosfera, as moléculas têm uma energia muito elevada, pelo que as temperaturas são efectivamente correctas. Contudo, o número de moléculas por unidade de volume é de cerca de um milionésimo do número de moléculas à superfície da Terra, e assim a probabilidade de colisão (por exemplo com um termómetro) e consequente transferência total de energia são extremamente baixas. Concluindo, a temperatura da termosfera é uma medida da energia das moléculas, mas não pode ser comparada com as temperaturas medidas à superfície da Terra com um termómetro.

4. c) Repare nas zonas salientadas à direita e compare as velocidades do vento à superfície (azul escuro, em baixo) com as velocidades do vento, no mesmo local mas a 9 km de altitude (azul claro, em cima). Qual é a intensidade do vento, em km/h, nos três locais indicados ?

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Como varia o vento ?

As duas cartas meteorológicas em cima (aos 300 hPa = a cerca de 9 km de altitude e aos 1000 hPa) mostram que os gradientes de pressão e as velocidades do vento diferem muito junto ao solo e na alta troposfera. Assim, para o tráfego aéreo, é necessário um sistema especial de previsão meteorológica. A intensidade do vento aumenta com a altitude e as velocidades do vento habituais junto da tropopausa seriam consideradas tempestades severas à superfície. Contudo, na estratosfera, não é apenas a temperatura que varia; a intensidade do vento também decresce significativamente.

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A baixa atmosfera - Básico - Unidade 1 - vertical

Acerca desta página:

Autor: Dr. Elmar Uherek - MPI Mainz
Revisão científica: Dr. John Crowley, MPI for Chemistry, Mainz - 2004-05-04
Revisão educacional: Michael Seesing - Univ. of Duisburg, Dr. Ellen K. Henriksen - Univ. of Oslo, Yvonne Schleicher - Univ. of Erlangen-Nürnberg
Versão portuguesa: Margarida L. R. Liberato - Dep. de Física, UTAD, Portugal

Última actualização: 2004-05-05