Pressão atmosférica

Precisamos antes de tudo compreender o que é pressão atmosférica. A pressão atmosférica é o peso que uma coluna de ar atmosférico exerce sobre um determinado ponto da superfície da Terra.  O peso desta coluna de ar pode variar. Na aproximação de uma tempestade, por exemplo, a pressão do ar diminui. Verificamos essa diminuição utilizando o barômetro, instrumento inventado por Torricelli em 1643, que mede a pressão atmosférica.

Figura 1: Barômetros fotografados por mim na EM-IAG-USP. Estão em operação até hoje. O instrumento precisa ficar abrigado da luz solar.

Na Figura 2 abaixo, uma ilustração mostra Torricelli trabalhando na invenção do barômetro. Torricelli estava realizando alguns experimentos: encheu um tubo de vidro  de 1m de comprimento com 1cm² de diâmetro com mercúrio. Em seguida,  mergulhou esse tubo (com a abertura para baixo) em um recipiente cheio de mercúrio. Ele notou que parte do mercúrio desceu, mas cerca de 760mm do tubo ainda ficou preenchido com mercúrio. A Figura 3 ilustra o experimento. Torricelli provavelmente realizou seus experimentos em uma baixa altitude, pois a região de Florença (onde Torricelli viveu a maior parte de sua vida) fica a cerca de 50m acima do nível do mar.

Figura 2: Ilustração de Torricelli trabalhando na invenção do barômetro. Fonte: ilustração de um dos livros de Camille Flamarion (1923)/Wikimedia Commons

Figura 3: Ilustração mostrando o funcionamento do Barômetro de Torricelli. Durante o experimento original de Torricelli, a altura hHg=760mm. Fonte: Wikimedia Commons.

Até hoje, em algumas aplicações, utiliza-se a unidade mmHg (milímetros de mercúrio) para designar a medida da pressão atmosférica. Na verdade, no barômetro da Figura 1, que é utilizado até  hoje, a medida é feita em mmHg. O barômetro da Figura 1 está instalado na cidade de São Paulo, que fica a aproximadamente 800m acima do nível do mar. Nos próximos parágrafos, falaremos um pouco mais sobre a relação entre pressão atmosférica e altitude. O fato é que a coluna de ar é menor quanto maior a altitude. Então, em São Paulo, nunca registramos o valor de 760mmHg. Os valores normalmente oscilam entre 690mmHg e 705mmHg aproximadamente. O valor não é constante por que outros fatores alteram a pressão atmosférica, como a aproximação de tempestades, por exemplo.

A pressão do ar pode também ser expressa em unidade de força por área, pois a pressão nada mais é do que o peso da atmosfera (que é uma força), aplicado em uma área. No Sistema Internacional, adota-se a unidade Pa (Pascal, em homenagem a Blaise Pascal, que estudou a pressão exercida por líquidos em recipientes, formulação usada ainda hoje em hidráulica, por exemplo).

1 Pa = 1N/1m²

Porém, quando convertemos os valores de mmHg para Pa, temos por exemplo: se em um barômetro (como o da Figura 1) registramos 695,8mmHg a 24,1°C, o valor equivalente em Pa será 925,9 x10² Pa que é igual a 92590 Pa. São muitos números  para se escrever em mapas de pressão (que serão discutidos a seguir). Por isso, para facilitar, utiliza-se a divisão hecto, escrevendo então hPa. Assim temos 925,9 hPa, onde o h representa que o valor deveria ser multiplicado por 10² para obter o valor em Pa. É uma convenção adotada para facilitar as coisas.

Uma outra unidade de pressão atmosférica que ainda é usada mas não percence ao Sistema Internacional é o bar.

1 bar = 100 000 Pa

Creio que é importante fazer este breve esclarecimento sobre as unidades normalmente usadas para descrever a pressão atmosférica. Se você tiver uma dúvida mais específica, pode me mandar através da caixa de comentários do post.

Quando a temperatura em nossa cidade aumenta ou diminui, nosso corpo pode sentir. Já quando a pressão atmosférica altera-se em nossa cidade, não conseguimos notar (embora algumas pessoas dizem que sentem dores quando tempestades se aproximam). Só conseguimos perceber variações de pressão atmosférica quando nos deslocamos, e vamos para um local com a altitude muito diferente da altitude de nosso ponto de origem. Um exemplo comum é quando deixamos uma região de altitude maior (a cidade de São Paulo, por exemplo) em direção a Baixada Santista (que está no nível do mar, portanto a altitude é igual a 0m). É comum sentirmos alterações nos ouvidos (uma sensação de ‘entupimento’), diante de situações assim.

Altitude é a elevação vertical de um ponto acima do nível médio do mar.

Outra coisa que sempre ouvimos falar durante o torneio de futebol da Taça Libertadores da América. Os jogadores de futebol dos times brasileiros se queixam da altitude quando vão jogar em cidades como La Paz, na Bolívia. Um jogador do Corinthians, por exemplo, acostumado a treinar com uma altitude de aproximadamente 800m (altitude aproximada da cidade de São Paulo) sente muito mal estar quando vai para a cidade de La Paz, na Bolívia  (altitude de 3600m). Quanto menor a altitude, maior a concentração de oxigênio.Em altitudes elevadas, a concentração de oxigênio diminui consideravelmente e quem está acostumado com a situação de São Paulo pode estranhar tal diferença, sentindo falta de ar e até dificuldades de concentração.

Leia mais no blog Futebol na Veia.

 

A maior parte da massa da atmosfera (75%)  fica concentrada na primeira camada da atmosfera, que é a troposfera (que pode alcançar até 18km de altura em relação a superfície). É assim porque a maior parte das moléculas de ar são atraídas pela força de gravidade e ficam mais próximas da superfície da Terra. Na Figura 4 , podemos observar a variação da pressão atmosférica com a altitude. Quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica.

Curiosidade: a massa média total da atmosfera é de 5,1480 × 1021g, com uma variação anual, devido às diferentes concentrações de vapor de água, que varia entre 1,2 a 1,5 × 1018g, dependendo dos dados da pressão atmosférica superfície ou de vapor de água utilizados, pouco menor do que a estimativa anterior. A massa média de vapor d’água é estimada em 1,27 × 1019g, e massa da atmosfera isenta de ar como 5,1352±0,0003 × 1018kg. Fonte: NOAA/Wikipedia

Figura 4: Variação da pressão atmosférica (aqui em mb) com a altitude (em km). Quando maior a altitude, menor a pressão atmosférica. Fonte: Material da Prof. Alice Grimm

 

Essa variação da pressão atmosférica com a altitude é muito bem  conhecida e nunca muda. A pressão atmosférica pode variar de acordo com mudanças nas condições meteorológicas, e é exatamente disso que quero falar! Por que o peso da coluna de ar diminui durante a aproximação de tempestades?

Durante a formação das nuvens de chuva, o ar atmosférico tende a subir.  Essa subida faz com que haja uma ligeira redução na quantidade de ar na atmosfera, que é detectada pelo barômetro.

O barômetro consegue detectar essa pequena variação no peso do ar porque o mercúrio, substância que compõe o barômetro, disposto em uma coluna, no interior do instrumento (que é instalado verticalmente), é sensível a essas variações. A coluna de mercúrio aumenta sua altura com o aumento do peso da coluna de ar atmosférico e reduz sua altura com a diminuição do peso da coluna de ar.

Existem outros instrumentos que também fazem a medição da pressão atmosférica. O barógrafo, por exemplo, faz o registro da pressão atmosférica em uma folha. As variações da pressão atmosférica são detectadas por capsulas de metal fechadas a vácuo. Essas capsulas são de metal muito fininho, calibradas de maneira a serem sensíveis às variações de pressão atmosférica. A compressão (aumento de pressão) ou expansão (redução de pressão) dessas capsulas são acopladas a uma haste, que fazem o registro  em um diagrama de papel (Figura 5). O diagrama de papel fica afixado em um tambor. Esse tambor funciona a corda, e realiza 1 rotação por dia. Ou seja, o tambor funciona como um relógio e esse diagrama precisa ser trocado diariamente.

Figura 5: Fotografia feita por mim na EM-IAG-USP. O barógrafo (neste caso, microbarógrafo, pois está calibrado para fazer medidas mais precisas) registra a variação da pressão atmosférica em um diagrama de papel.

 

No exemplo do diagrama acima (que compreende o período das 7h da manhã de um determinado dia até as 7h da manhã do dia seguinte), verificamos que a pressão atmosférica flutua ao longo do dia. Essa flutuação é normal e está relacionada a um fato chamado maré barométrica. O ar é um fluido, e assim como o oceano, sofre os efeitos da força de atração gravitacional do Sol e da Lua. Enquanto no oceano temos o fenômeno das marés, na atmosfera o mesmo fenômeno ocorre, e chama-se maré barométrica.

Para separar o efeito da maré barométrica do efeito da aproximação de uma tempestade ou de uma frente fria, por exemplo, é necessário fazer observações diárias da pressão atmosférica, seja usando o barômetro ou o barógrafo. Com essas observações e com a experiência do meteorologista, é possível notar variações que não sejam decorrentes da maré barométrica. Quando em um intervalo de 1h-3h vemos uma brusca queda na pressão, certamente é um indicativo de que a chuva está chegando.

É impraticável instalar barógrafos e barômetros em todos os pontos do planeta. Em muitos locais, a deficiência de estações meteorológica é suprida usando dados de radiossondagens e modelos meteorológicos. Os computadores agrupam e interpolam todas as informações, gerando um campo de pressão, que nada mais é que um mapa com as variações de pressão atmosférica em todo o globo. Como discutimos acima, a altitude faz com que uma variação normal de pressão atmosférica ocorra. Assim, nesses mapas, a pressão atmosférica é normalizada, supondo que todos os lugares tivessem a altitude de 0m (supondo que todos os lugares estivessem no nível do mar). Aplicando esse filtro, as variações de pressão causadas pelas mudanças nas condições atmosféricas ficam mais evidentes.

Figura: Mapa de superfície (de 13/03/2013 12Z, ou seja, 12h em Greenwich ou 9h da manhã no horário de Brasília) com informações sobre a pressão atmosférica, que são as linhas amarelas contínuas, com os números. No mapa, a pressão já está reduzida para o nível do mar e a unidade é o hPa (hectopascal). Outros elementos aparecem nessa imagem. A frente fria, por exemplo (linha azul com triângulos) foi traçada com a ajuda do mapa de pressão atmosférica. Maiores detalhes dessa imagem serão discutidos em outros posts. Fonte: CPTEC/INPE

Diferentes massas de ar, que possuem temperatura diferente, também terão pressões atmosféricas diferentes. Assim, os meteorologistas conseguem mapear os movimentos de fenômenos meteorológicos. Conseguem mapear, por exemplo, zonas de baixa pressão (que estão associadas a movimento ascendente de ar, ou seja, a formação de nuvens e chuva) e zonas de alta pressão (que estão associadas a movimento descendente de ar, ou seja, tempo bom). Em posts seguintes pretendo aprofundar um pouco mais sobre esses mapas de pressão. Eu notei que esse post ficou longo demais, hehehe :). Em caso de dúvidas a respeito deste assunto, comentem abaixo!

 

Leia mais em:

Barometer. Wikipedia, de free encyclopedia.

Apostila da Prof. Alice Grimm (professora da UFPR).

-Acompanhe a previsão do tempo e veja mapas de superfície no site do CPTEC/INPE.