O que é aquecimento/resfriamento adiabático?



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De maneira bem resumida, quando falamos em aquecimento ou resfriamento adiabático, estamos falando do movimento vertical de uma parcela de ar.

Eu já mencionei a expressão parcela de ar algumas vezes aqui no blog, mas em muitas aplicações teóricas de Meteorologia Física a gente considera uma parcela de ar, de volume V, que se movimenta verticalmente e sofre algumas transformações ao longo desse movimento. Isso nos ajuda a compreender os processos físicos pelos quais o ar passa enquanto sobe ou desce e nos ajuda a entender fenômenos como a formação de nuvens, por exemplo.

Figura 1:  Processo de formação de nuvens através de termas, que são parcelas de ar quente que sobem, já que são menos densas. Fonte: FORSDYKE, A.G.: Previsão do tempo e clima.

Na Figura 1 acima, vemos essas enormes “bolhas”, que na verdade são as parcelas de ar que se modificam enquanto sobem. Essa ilustração é encontrada em muitos livros de Meteorologia Básica e tem como objetivo ilustrar o processo de convecção, que é um dos processos de formação de nuvens (Figura 2).

O resfriamento/aquecimento adiabático é definido pela termodinâmica como o resfriamento/aquecimento de uma parcela sem qualquer alteração na energia total.  E como eu disse anteriormente, geralmente refere-se ao movimento vertical. Para melhor ilustrar isso, vamos pensar em uma parcela de ar que sobe uma montanha. A Figura 2, que mostra os processo de formação de nuvens, indica no item b) o levantamento do ar devido a topografia. Vamos falar um pouco mais sobre isso.

Figura 2 – Como uma nuvem pode se formar?Adaptado de AHRENS, C.D.: Meteorology Today 9th Edition

Quando o ar úmido é forçado para cima e sobe uma montanha, ele resfria adiabaticamente. Usando termos técnicos, especificamente ele resfria a uma taxa que chamamos de Dry Adiabatic Lapse Rate (ou Lapse Rate Adiabático Seco) e esse valor é constante:  9.8 °C/km. Esse resfriamento vai acontecendo nessa taxa até que a parcela de ar atinja o seu Lifting Condensation Level (LCL), ou Nível de Condensação por Levantamento (NCL).

Acho importante destacarmos os termos em inglês porque a maior parte da literatura em Meteorologia está nesse idioma e se você estuda Meteorologia e ainda não sabe inglês, vale muito a pena procurar um curso ou aulas particulares!

Após atingir o NCL, a parcela de ar passa a resfriar a uma taxa que chamamos de Lapse Rate Adiabático Úmido, que não é uma taxa constante como o Lapse Rate Adiabático Seco porque vai depender da temperatura do ar, da quantidade de umidade que esse ar possui, etc. Nesse processo, normalmente boa parte água contida na parcela de ar acaba precipitando (isso mesmo, chove no lado da montanha onde a parcela está subindo). Agora a parcela de ar, modificada pela subida na montanha, começa a descer a montanha do outro lado.

Então, agora a parcela está do outro lado da montanha, e ela perdeu muito da água que possuía tinha antes. O ar começa a “afundar” ou descer , aquecendo-se pelo Lapse Rate Adiabático Úmido até atingir o seu novo NCL. Após atingir o novo NCL, a parcela volta a mudar sua temperatura com o Lapse Rate Adiabático Seco.

Como a parcela perdeu água, o NCL dessa vez está localizado a uma altitude maior e isso significa que a parcela vai aquecer atingindo uma temperatura maior do que quando começou a subir lá do outro lado da montanha. E isso ocorre porque o Lapse Rate Adiabático Seco é constante no valor de 9.8 °C/km, enquanto  o Lapse Rate Adiabático Úmido é de aproximadamente uns 6,5°C/km (como disse anteriormente, o Lapse Rate Adiabático Úmido varia, mas essa aproximação é utilizado como definição da International Standard Atmosphere). 

Acredito que agora ficou bem claro porque um lado da montanha costuma ser mais úmido e chuvoso (ou seja, o lado que o ar sobe a montanha, barlavento), enquanto o outro lado fica mais seco e até um pouco mais quente (o lado onde o ar desce a montanha, sotavento). Até a vegetação da montanha sente diferença devido a essas características distintas: o lado mais úmido costuma ser mais verde, enquanto o lado mais seco e quente costuma ter uma vegetação menos exuberante.

Podemos falar de maneira bem simplificada que:

  • Quando a parcela de ar sobe, ocorre o resfriamento adiabático enquanto vai indo para pressões mais baixas (a pressão cai com a altura).
  • Quando a parcela de ar desce, ocorre o resfriamento adiabático enquanto vai indo para pressões mais altas (a pressão é maior quanto mais próximo da superfície da Terra e quanto mais próximo do nível do mar).

 

Bom pessoal, acho que essa é uma boa introdução sobre esse assunto e utilizando um exemplo bem legal e bastante conhecido, que trata do que acontece quando uma parcela de ar sobe uma montanha. Esse fenômeno é observado em diversos locais do mundo e explica climas diferentes em regiões que tem a mesma latitude e que exceto pelas montanhas como uma barreira, não são locais tão  distantes entre si.

Como sempre digo, se por algum acaso alguém encontrar um erro no meu texto e quer corrigir ou deseja apenas acrescentar algo, basta me mandar uma mensagem ou escrever nos comentários!

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