A Atmosfera

Céu roxinho? Sim, no Sliders teve

Posted by on 13-ago-2013 in A Atmosfera, Aerossóis, Blog, Cores no céu, Óptica, Radiação, Séries | 0 comments

Uma de minhas séries favoritas é Sliders. Foi uma série da década de 90 e eu costumava assistir muito quando tinha entre 15-17 anos. Como a série está disponível no Netflix, voltei a assisti-la.

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Na série, Quinn Mallory (interpretada pelo lindo Jerry O’Connell) é um estudante de física, um dos grandes destaques em sua universidade. Em seu porão, ele faz experimentos diversos. O principal dele consiste na criação de um dispositivo que permita viajar entre dimensões paralelas.

Como muitas séries de ficção científica, Sliders  explora um conceito físico que ainda não é inteiramente compreendido ou não é inteiramente popularizado. Nesse caso, é o conceito de multiverso. É claro que não vou ficar aqui tentando explicar alguma coisa sobre Teoria das Cordas porque desisti de meus sonhos de ser física no primeiro ano da faculdade, quando decidi que meteorologia era mais interessante…rs. Não tive as bases teóricas necessárias para entender e explicar a Teoria das Cordas, que é uma das teorias mais mencionadas no estudo de universos paralelos.

No seriado, Quinn Mallory cria um dispositivo (que parece um daqueles celulares antigos, verdade seja dita), como um controle remoto, que é capaz de gerar um vórtex que permite o deslizamento entre universos paralelos. É a mesma Terra, o mesmo ano, só que realidades diferentes. Como o dispositivo de Mallory não estava funcionando muito bem, ele não consegue voltar para a “sua Terra”, então ele fica deslizando de mundo em mundo com o Professor Maximillian Arturo, com sua amiga/namorada Wade Wells (leia rápido: H. G. Wells rs) e com o cantor Rembrandt (que tem um irmão chamado Cézanne rs) Brown, que foi atraído pelo buraco de minhoca (wormhole)  por acidente.

Os críticos dizem que a base física do seriado é bem fraquinha. Para dizer a verdade, não é esclarecido onde Mallory recarrega seu celular-controle-dispositivo. Também não é esclarecido de onde vem tanta energia para fazer com que aquele vórtice do buraco de minhoca seja criado. O mais interessante do seriado são as diferentes possbilidades criadas nas diferentes versões da Terra que eles visitam. Há versões da Terra em que os EUA são uma Monarquia, onde a Rússia venceu a Guerra Fria, um mundo sem vida e tomado por chamas e etc. Além disso, frequentemente os protagonistas encontram seus duplos, o que normalmente gera conflitos ou mal entendidos.

Essa semana assisti um episódio em que a Terra havia sido tomada por andróides. Por alguma razão que não foi explicada ao longo do seriado, o céu do local era roxo. Melhor dizendo, a razão do céu ser roxo foi explicada: naquele lugar, partículas muito pequenas espalham a luz preferencialmente no comprimento de onda referente a cor roxa. O que não foi explicado é da onde viriam essas partículas.

Aqui na nossa Terra querida (como diria Stephen King, aqui no Mundo Chave), o céu é azul . A luz solar é na verdade muito brilhante e branca, sendo uma espécie de “pacote” com diversos comprimentos de onda que formam o Espectro Eletromagnético (veja a figura abaixo). Há uma faixa no espectro eletrmagnético na qual nossos olhos tem sensibilidade em enxergar e identificar o que chamamos de cores.

Quando a luz solar penetra na atmosfera da Terra, ela se espalha. Esse espalhamento é devido a presença de gases e pequenas partículas na atmosfera. As moléculas de gás de oxigiênio e de gás nitrogênio possuem um tamanho e uma estrutura que favorecem o espalhamento na região do azul. Por essa razão, a coloração que vemos durante um dia sem nuvens é aquelelindo azul que a gente tanto ama.

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Espectro Eletromagnético.

Falei um pouco mais sobre Espectro Eletromagnético nesse post. Confira :)

A cor azul é portanto resultado dos gases que compõe a atmosfera e de suas concentrações, característica essencial que possibilita a vida da forma que conhecemos. Então fiquei pensando: o que teria feito causado céu lilás/roxinho do Sliders? Levando em conta a explicação do andróide (naquele lugar, partículas muito pequenas espalham a luz preferencialmente no comprimento de onda referente a cor roxa) e deduzindo que a luz solar tivesse o mesmo comportamento de emissão naquela versão da Terra (a emissão é maior em comprimentos de onda na região do visível e considerando que o comprimento de onda associado a cor roxa é um pouquinho menor que o comprimento de onda associado a cor azul, deduzi que aquela atmosfera deveria ser composta por uma concentração menor de moléculas ou partículas consideradas pequenas.

Talvez se a atmosfera de lá fosse composta por gás hidrogênio (H2) daria certo? Emitindo uma luz de comprimento de onda de  430nm,  o gás hidrogênio “devolve” uma coloração azul-arroxeada. O duro seria viver numa atmosfera com uma grande concentração de gás hidrogênio, que é um gás extremamente inflamável. Talvez um outro gás de moléculas pequenas (e que não consigo pensar em um agora, porque não sou muito boa de química). Ou talvez nessa versão da Terra aconteça algo muito parecido com o que acontece em Marte. Em algumas situações, a atmosfera do planeta vermelho pode ser meio roxinha.

Imagem feita pela Mars Pathfinder em 1997. Fonte: Wikimedia Commons

Poente em Marte. Imagem feita pela Mars Pathfinder em 1997. Fonte: Wikimedia Commons

Em Marte, o espalhamento Rayleigh (o responsável por deixar o céu azul na Terra) é um efeito muito fraco, A atmosfera marciana é extremamente rarefeita, composta principalmente por dióxido de carbono, que é uma molécula maior que a do gás nitrogênio ou a do gás oxigênio. A atmosfera marciana é rica em poeira, Essa poeira possui muito óxido de ferro, que tem uma coloração avermelhanda/alaranjada característica. Além disso, a poeira faz com que ocorra o Espalhamento Mie, responsável pela coloração alaranjada durante o pôr-do-Sol ou nascer do Sol aqui na Terra.

Lá em Marte, o espalhamento Mie é maior! Normalmente, lá pelo meio-dia marciano, o  céu  de lá é laranjinha como você já deve ter visto em fotos:

Céu marciano ao meio-dia. Foto de 1999 da Mars Pathfinder (quis usar uma imagem da mesma câmera usada na imagem anterior). Fonte: Wikimedia Commons

Céu marciano ao meio-dia. Foto de 1999 da Mars Pathfinder (quis usar uma imagem da mesma câmera usada na imagem anterior). Fonte: Wikimedia Commons

A foto com céu roxinho que apresentei antes normalmente ocorre durante o pôr-do-Sol marciano, em situações quando há nuvens no horizonte. Essas nuvens são compostas por partículas de gelo tão pequenas que espalham preferencialmente na cor roxa. Talvez, naquele episódio de  Sliders, os aerossóis existentes na atmosfera possibilitam a formação de nuvens com cristais de gelo tão pequeninhos como esses de Marte.

E se você quiser saber como é o céu de outros planetas, clique aqui.

Dicas de links:

- Veja os fatores que interferem na coloração do nosso céu através desse applet interativo. Você pode escolher a hora do dia, a presença ou não de moléculas pequenas, etc. Adorei :)

- Atmospheric Optics, na Wikipedia. Há explicações inclusive sobre a coloração acizentada de nuvens, assunto que também mencionei nesse post. Verbete bastante completo, recomendo.

- O céu marciano :)

- Qual é a cor do céu marciano?

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The Blue Marble – história e imagens

Posted by on 20-jun-2013 in A Atmosfera, Blog, Imagens de Satélite | 0 comments

O nome Blue Marble significa “bolinha azul”, provavelmente com a ideia de “bola de gude azul”. Vi alguns meios de comunicação brasileiros traduzirem como “bola de mármore azul”. Eu me pergunto se isso faz algum sentido. Teoricamente até faz, porque o mármore polido pode ter um tom azulado. No entanto, a palavra marble significa bolinha de gude, uma bolinha que não é feita de mármore, mas sim de vidro.

Na verdade, esse nome apareceu pela primeira vez em 1972, quando os astronautas da Apolo 17 tiraram uma famosa fotografia de nosso planeta (no dia 7 de dezembro daquele ano):

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Figura 1: The Blue Marble, imagem obtida pela tripulação da Apolo 17 em 7 de dezembro de 1972. Fonte: Wikimedia Commons

O azul dos oceanos da Terra chama a atenção dos astronautas. Onze anos antes da famosa imagem do Blue Marble, o astronauta russo Yuri Gagarin (o primeiro homem a ir ao espaço), a bordo da nave Vostok I disse uma das frases mais famosas do mundo:

A Terra é azul. Como é maravilhosa. Ela é incrível!

E Yuri Gagarin não era charmosão? Ele morreu em 1968, pouco depois de completar a missão. Abaixo, uma fotografia dele em um postal em sua homenagem:

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Figura 2: o charmoso Yuri Gagarin, primeiro homem a ver a Terra do espaço em 12 de abril de 1961. Fonte: Wikimedia Commons

 

Esse lindo tom de azul que inspirou tanta gente depois de Gagarin, também deu origem ao nome “The Blue Marble”. O azul cristalino dos oceanos se assemelha ao tom de azul de algumas bolinhas de gude.

A famosa imagem (Figura 1)  pega todo o Continente Africano, a Península Arábica a Antártida. No topo direito da imagem (bem no topo direito) podemos ver um ciclone tropical no Oceano Índico. Essa tempestade trouxe chuvas intensas, que provocaram enchentes, além de ventos intensos na região indiana de Tamil Nadu no dia 5 de dezembro de 1972, 2 dias antes da fotografia ter sido tirada.

Recentemente descobri uma coisa muito interessante: a imagem original não tinha essa orientação! O continente Antártico estava “em cima”:

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Figura 3: Imagem original obtida pelos tripulantes da Apolo 17 em 7 de dezembro de 1972. A imagem foi então invertida (Figura 1) para a projeção que estamos mais acostumados. Fonte: Wikimedia Commons

Sim, isso provoca certa estranheza, já que estamos acostumados com mapas em que a Europa esta “em cima” e a África está “em baixo”. Só que não existe isso de “em cima” ou “em baixo” quando falamos em mapas. O correto é falar que está mais ao Sul ou mais ao Norte. Como os primeiros exploradores e cartógrafos estavam localizados no Hemisfério Norte, precisamente na Europa ou Ásia, eles começaram a desenhar os mapas de modo a colocar esses continentes no centro do mapa-múndi e na parte superior. Já repararam que a Europa sempre está no centro de mapas deste tipo? Para divulgar a fotografia de modo que as pessoas associassem com a visão “tradicional” dos mapas-mundi, eles inverteram a imagem The Blue Marble.

Provavelmente isso ainda deve acontecer hoje. Muitas imagens de satélite que vemos diariamente também estavam ‘invertidas’, originalmente. Programas de computador relativamente simples podem inverter a imagem (podemos fazer isso até com nossas fotos, rs).

Mas o que tudo isso tem a ver com o título do post? Bom, recentemente a NASA fez um conjunto de imagens de satélite de altíssima resolução. Essas imagens foram melhoradas por cientistas e técnicos dessa instituição. Deram ao conjunto o nome de “Blue Marble”, em homenagem as fotografias da década de 1970. Esse novo conjunto (também chamado de Blue Marble Next Generation), foi divulgado em 2012. Esse novo conjunto de imagens possui uma resolução muito melhor e os satélites possibilitam que outras áreas do planeta também sejam vistas.

Claro que a imagem mais famosa do  Blue Marble Next Generation é aquela que foi feita em ângulo muito semelhante ao da Blue Marble original (Figura 1):

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Figura 4: Foto em alta resolução de 2 de fevereiro de 2012 mostra África, Oriente Médio e Sudeste Asiático (Foto: NASA/NOAA)

Mas como eu disse, agora também é possível ver a Terra de outros ângulos. Como por exemplo essa imagem que pega o Golfo do México:

Figura 5: Fotografia de 25 de janeiro mostra as Américas (Foto: NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring)

Figura 5: Fotografia de 25 de janeiro de 2012 mostra as Américas (Foto: NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring)

O realce pelo computador permite que outros tons de azul sejam inseridos. Nas imagens do Blue Marble Next Generation, podemos ver uma delicada capa azul em torno do planeta. Essa capa azul trata-se da atmosfera da Terra.

Além das imagens das Figuras 4 e 5, o Blue Marble Next Generation, permitiu a criação de um interessante time-lapse que mostra a variação de cobertura de neve ao longo de 1 ano (Figura 6). Esse time-lapse foi feito com imagens mensais de todo o ano de 2004. Essas imagens foram reprocessadas e deixadas em alta definição, para que pudéssemos ver todos os detalhes. Como a maior parte dos satélites meteorológicos são americanos ou europeus, há uma quantidade muito maior de imagens para o Hemisfério Norte. Além disso, se observarmos o mapa-múndi, notamos que a área continental no Hemisfério Norte é maior do que a área continental no Hemisfério Sul. Sendo assim, a gente só consegue ver continente coberto por neve no Hemisfério Sul no extremo sul da América do Sul e em alguns pontos mais altos, em montanhas da Nova Zelândia, Cordilheira dos Andes e Kilimanjaro. A Antártica fica o ano todo coberta por neve, assim como boa parte da Groenlândia, Escandinávia, norte da Rússia, norte do Canadá e Alasca. Essas são regiões polares, que recebem pouca radiação o ano todo. Essa radiação é insuficiente para derreter o gelo.

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Figura 6: Animação usando imagens do Marble Next Generation. São imagens mensais, de janeiro a dezembro de 2004. Fonte: NASA Earth Observatory/Wikimedia Commons

Talvez alguns achem que a Figura 6 está um pouco escura. Eu gostei dela porque no canto superior esquerdo ela mostra os meses. Podemos reparar então o período de inverno em cada um dos hemisférios. Eu encontrei uma imagem mais clara, mostrando a mesma coisa, mas infelizmente a indicação dos meses foi removida:

Figura 7:

Figura 7: Animação feita com o mesmo período da Figura 6 (janeiro a dezembro de 2004), só que um pouco mais clara. Isso talvez melhore a visualização. Fonte: NASA Earth Observatory/Wikimedia Commons

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Imagem muito legal do ciclo da água

Posted by on 7-fev-2013 in A Atmosfera, Água, Blog, Vapor d'água | 2 comments

Embora eu já tenha falado sobre o ciclo hidrológico (ou ciclo d’água) algumas vezes aqui no Meteorópole, um dia desses encontrei um figura tão didática e divertida que senti obrigação de compartilhar aqui.

Eu sei que a maioria dos meus leitores não vai se importar. O Meteorópole já tem mais de um ano é alguns assuntos começam a se repetir. É natural que eu encontre formas melhores de escrever sobre um mesmo tema e é natural também que eu encontre links mais interessantes sobre velhos assuntos.

A ideia é divulgar material que facilite a compreensão. É ajudar meus leitores professores a fornecerem informação de qualidade aos seus alunos, melhorando a qualidade de suas aulas.

Essa figura do ciclo hidrológico é cortesia da USGS (U.S. Geological Survey). Fico admirada com a maioria dos sites de instituições de ensino e pesquisa norte-americanos. Os sites sempre contam com excelente material de divulgação científica, com ótimas figuras e textos de fácil compreensão.

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A figura não fica muito boa neste tamanho, pois tem muitos detalhes. Sugiro o link da USGS, postado acima.

Quando eu estava no primeiro ano da faculdade, li um texto muito interessante, cujo título era algo como “como é o cotidiano de uma gota d’água?” A figura explora a mesma ideia.

Vocês devem ter notado que a figura da USGS está em altíssima resolução e está em inglês. Entrei em contato com Howard Perlman, da USGS e fiz a tradução da figura para o português. Agora vocês podem usufruir desta figura super didática em alta resolução em português também:

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Também recomendo o texto da USGS sobre o ciclo d’água, que também está em português.  Gostaria de parabenizar a USGS e a FAO pela iniciativa. :)

 

 

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Poluição atmosférica por dióxido de nitrogênio

Posted by on 4-dez-2012 in A Atmosfera, Blog, Descargas Atmosféricas, Imagens de Satélite, Meio Ambiente, Poluição do Ar | 0 comments

O dióxido de nitrogênio (NO2) é um poluente atmosférico muito comum, conhecido por seu cheiro forte e coloração castanha em algumas situações (a maioria dos gases são incolores). De acordo com a Organização Mundial da Saúde, 2.4 milhões de pessoas morrem anualmente por doenças associadas a poluição do ar. A exposição a concentrações elevadas de NO2pode causar problemas respiratórios, principalmente para pessoas que já possuem alguma doença respiratória pré-existente.

Veículos automotores, usinas termoelétricas e siderúrgicas são as principais fontes antropogênicas de NO2. As fontes naturais incluem incêndios florestais (que podem ser intencionais), calor gerado pelos relâmpagos (que cria NO2 a partir de reações químicas entre N2 e O2) e atividade microbiana nos solos.

Para estudar a localização das fontes de NO2, a NASA usa imagens de satélite. As imagens de satélite são importantes ferramentas em estudos ambientais e meteorológicos. Através das imagens de satélite, podemos ver como as luzes das cidades se distrbuem pelo planeta:

Mapa das luzes da cidade. O mapa revela uma visão única da urbanização ao redor do globo. Tipicamente, as maiores concentrações de NO2 são encontradas em áreas urbanas com muito tráfego de veículos ou próximas a áreas industriais. Fonte: NASA

Esse tipo de informação nos permite determinar quais áreas do planeta são mais urbanizada, determinando assim áreas em que a emissão de NO2 pode ser mais alta. O mapa das luzes das cidades nos mostra que a costa leste americana é mais densamente urbanizada que a costa oeste. Também podemos ver grandes cidades sulamericanas, como São Paulo, Rio de Janeiro, Salvador, Buenos Aires e Montievidéu. A Europa também aparece bem iluminada no mapa, assim como áreas da China e do Japão. Há detalhes bastante curiosos: reparem como a Índia está perfeitamente destacada e limitada por suas nuvens. A fronteira norte da Índia consiste no Himalaia e outras regiões inóspitas, como poucos habitantes. Outra característica interessante deste mapa é a Àfrica. Embora seja um continete muito populoso, as luzes destacam-se apenas em áreas da África do Sul e da porção oeste do continente.

Agora, veja abaixo um mapa com as medições de NO2. As medições deste poluente são um grande indicador da localização de sua fonte, já que o NO2 tem um tempo de residência de aproximadamente 1 dia, ficando assim concentrado bem próximo às fontes poluidoras. Observando o mapa abaixo, vemos altos níveis de concentração do poluente em cidades como Nova York, Beijing e Bruxelas. O ar é mais livre de NO2 em áreas bem pouco urbanizadas como Groelândia, norte da América do Sul (faixa que compreende a Floresta Amazônica) e oeste da Austrália.

Fonte: Aura Mission/NASA

Esse mapa foi produzido pela equipe de pesquisadores da Aura Mission, divisão da NASA que estuda poluição atmosférica.
Esse post foi escrito usando informações de divulgação da NASA.

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Breves considerações sobre a Gaia

Posted by on 2-out-2012 in A Atmosfera, Blog, Meio Ambiente | 0 comments

As erupções vulcânicas podem mudar a composição da atmosfera.

O Vulcanismo é uma área de estudo dos profissionais de Geologia e Geofísica. Entretanto, as cinzas vulcânicas em grande quantidade podem alterar o clima do planeta (podem provocar resfriamento global), também pode descargas atmosféricas como as descargas das nuvens e também poluem a atmosfera com diversos compostos químicos.

Para vocês terem uma idéia, de acordo com simulações computacionais, a temperatura média na região dos trópicos reduziria em aproximadamente 15°C na média, ou seja, se a temperatura média de uma cidade qualquer dos trópicos é 22°C, cairia para 7°C,  caso uma super erupção vulcânica acontecesse. Assim, todo o regime de chuvas seria alterado. Colheitas seriam afetadas e milhões de pessoas morreriam de fome.

Durante as erupções, toneladas de cinzas vulcânicas são lançadas na atmosfera. Essas cinzas acabam impedindo que parte da radiação solar chegue até a superfície da Terra. Além dessas cinzas, também são lançados gases como Dióxido de Carbono (C02) e Dióxido de Enxofre (S02). Apesar de C02 ser considerado um gás de efeito estufa (pois absorve a radiação terrestre), seu efeito não é o imediatamente percebido após uma erupção. Como mencionei acima, o efeito das cinzas vulcânicas em resfriar o clima é dominante. Além disso, o S02 lançado na atmosfera pode ajudar na formação da chuva ácida. Bom, esse é um tema que pretendo mencionar em outra oportunidade.

Além dos vulcões, os seres vivos também alteram a composição da atmosfera. E este é o tema central deste post. No passado da Terra, pouco depois de seu surgimento há 4,5 bilhões de anos, não havia vida no planeta e a composição da atmosfera era bem diferente. A Teoria de Gaia[1] considera todo o planeta como um organismo vivo, em que o solo, as plantas, animais, oceanos e atmosfera fazem são partes deste organismo, que estão interligadas entre si. Sendo assim, como em um ser vido, o que acontece em uma das partes pode prejudicar as outras partes.

A Terra tem sido um local ótimo para a existência da vida nos últimos 3 bilhões de anos, o que não teria acontecido por acaso, de acordo com James Lovelock, que propôs esta teoria. Sendo assim, as plantas e animais (incluindo ou não o ser humano) reagem coletivamente para manter as condições favoráveis a vida.

A Terra vista da Lua, Apollo 8, 24 de dezembro de 1968. Fonte: Wikimedia Commons

Mesmo sem aceitar integralmente a Teoria de Gaia, a filosofia de que todo planeta é um todo, pode fazer com que nos preocupemos mais com nosso planeta, cuidando melhor da biodiversidade, dos solos e da atmosfera. Porque se pensarmos em nós como parte de um todo, podemos nos preocupar coletivamente para manter as condições favoráveis à vida.

Notas

[1] Alguns membros da comunidade científica ainda consideram Hipótese Gaia e não Teoria de Gaia. Mencionei aqui a definição de teoria no contexto científico.Inclusive, quando escrevi alguns posts há algum tempo (este, este e este), mencionei o termo Hipótese Gaia. Mas lendo o livro Lovelock, James (2007), “The Revenge of Gaia: Earth’s Climate Crisis & The Fate of Humanity” (Basic Books), Lovelock afirma que como há evidencias dentro do campo da simulação numérica que corroboram a hipótese Gaia, ela pode ser elevada ao status de teoria. Não tenho conhecimento aprofundado em epistemologia, mas andei observando que muitos periódicos científicos tem se referido a Teoria de Gaia (ou apenas Teoria Gaia).

Fontes e bibliografia recomendada:

- Lovelock, James. Gaia: alerta final. Intrinseca, 2010.

- File, Dick:n Weather Facts. Oxford Paperbacks
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Você conhece a Linha de Kármán?

Posted by on 15-ago-2012 in A Atmosfera, Blog, Pressão do ar | 0 comments

Alguns alunos, durante as palestras, as vezes me perguntam se há um limite superior para a atmosfera. Em qual momento a atmosfera da Terra acaba? Quando o espaço começa? Nunca soube responder essa pergunta com exatidão. É claro que em uma determinado determinada altura a concentração dos gases que constituem a atmosfera fica muito baixa. E talvez possamos dizer que a partir deste momento, a atmosfera “deixa de existir”.

Figura 1: A densidade da atmosfera diminui com a altura. Os gases cujas moléculas são mais pesadas (gás nitrogênio e gás oxigênio) apresentam maior concentração nas proximidades da superfície do planeta. Fonte: Ahrens, D.: Meteorology Today.

A figura 1 indica que a concentração de moléculas que compõe o ar atmosférico é muito maior nas proximidades da superfície da Terra. Isso ocorre porque, como tudo no universo, as moléculas sofrem a ação da força da gravidade e são atraídas para perto da Terra. Todas as coisas que existem na terra sofrem a ação da força da gravidade. É por isso que a gente tropeça, cai e se machuca :(

Bom, me baseando no gráfico da Figura 1, eu costumava dizer para meus ouvintes que a atmosfera ‘acaba’ por vonta de uns 300km de altura. E eu acho que estou sendo generosa. É que se a gente observar o gráfico, vamos ver que a concentração de moléculas é bem maior nos primeiros 100km. E para vocês terem uma idéia, em 50km de altitude, a pressão do ar é de aproximadamente 1hPa. Como a pressão atmosférica no nível do mar é de aproximadamente 1000hPa, significa que abaixo dos 50km de altitude estão confinadas 99,9% de todas as moléculas de ar. Sendo assim, a figura 1 é bastante exagerada, mas tem sucesso em mostrar pra gente que a concentração das moléculas dos gases que constituem a atmosfera diminui com a altura.

Uma outra maneira de se determinar o fim da atmosfera é usando os princípios de termodinâmica. Costuma-se dizer, para a maioria das aplicações práticas e para que  que a atmosfera está em equilíbrio termodinâmico. Para que essa suposição seja válida, é necessário que as moléculas de ar  possam trocar energia com as moléculas vizinhas, e para isso é necessário que ocorra um número suficiente de colisões entre essas moléculas. Em outras palavras, após a absorção de radiação solar, se o tempo necessário para transferir energia entre a moléculas for menor que o tempo para a ocorrência de emissão de radiação, pode-se dizer que o sistema se encontra em equilíbrio termodinâmico local. Com o aumento da altitude, a taxa de colisões moleculares diminui, pois a densidade e a temperatura do ar diminuem, a opasso que o tempo característico do processo de emissão permanece o mesmo. E de acordo com uma série de experimentos, cálculos e trabalhos científicos, isso só ocorre em alturas de até 40km.

Mas qual a necessidade de se estabelecer um limite para a atmosfera? Precisamos disso para fazer os cálculos de previsão do tempo e do clima, por exemplo. Para simular a atmosfera, é necessário estabelecer limites verticais (solo e ‘topo’) e limites horizontais, no caso de modelos que simulam apenas uma área limitada, como por exemplo um modelo que simule as condições da América do Sul apenas. Esses limites horizontais correspondem as informações sobre as demais áreas do planeta. Uma frente fria por exemplo começa a se formar no sul da Antártida, mas se desloca para a América do Sul, onde traz mudança de tempo.

Se a gente não determinar os limites verticais, por exemplo, o modelo computacional não vai entender que acabou vapor d’água e por isso não pode ocorrer formação de nuvens. Os modelos computacionais exigem que a atmosfera possua uma tampa. Não é uma tampa vedada, que vai deixar o sistema hermeticamente fechado! Normalmene é uma tampa porosa, indicando exatamente que os gases vão ficando em cada vez menor quantidade com o aumento da altitude.

Ok, eu ainda não dei um valor exato. Falei em 100km. Depois falei em 50km. Depois falei em 40km. Existem um consenso teórico? Mais ou menos. A linha de Kárman está numa altitude de 100km e é normalmente usada para definir o limite entre a atmosfera terrestre e o espaço. Essa definição é aceita pela FAI, que é um órgão de aviação.

Figura 2: camadas da Atmosfera. Fonte: Wikimedia Commons

 

Vocês já devem ter percebido que a atmosfera não acaba abruptamente. Isso fica bem claro na figura 1, e olha que ela só vai até os 500km de altitude. A figura ao lado (Figura 2), mostra que podemos estender a atmosfera até 10.000km (isso mesmo, dez mil quilômetros). Como isso é possível? Bem depende da definição que utilizamos. De 700km de altitude até 10.000km de altitude, temos a exosphera. Nessa faixa de altura, há pouquíssimas moléculas. As moléculas encontradas normalmente são as dos gases mais leves, como hélio (He) e gas hidrogênio (H2). Há raríssimas colisões entre essas moléculas na exosfera, mas essas moléculas ainda sofrem a atração gravitacional da Terra.

A definição de Von Kárman não leva em consideração a concentração de moléculas e nem leva em consideração se elas colidem ou não. A definição de Von Kármán possui aplicações diretamente relacionadas com a aeronautica.

Um avião só se mantém no céu se estiver constantemente se deslocando para a frente com relação ao , pois só dessa maneira as asas podem se elevar. Quanto mais rarefeito for o ar, mais rápido o avião precisará se deslocar para gerar um levantamento suficiente nas asas, suficiente para manter-se no ar.  Enquanto estudava aeronáutica na década de 1950, Von Kárman fez alguns cálculos e chegou num valor em torno de 100km. Acima desta altitude, qualquer aeronave, foguete, ônibus espacial, etc teria que se deslocar mais rápidamente que a velocidade orbital para reduzir o efeito da força de atração gravitacional.

Como vocês podem ver, a definição de Von Kármán é vontada para aeronáutica e astronáutica. Como essas ciências dependem da meteorologia (os aviões precisam saber as condições da atmosfera para determinar se podem voar e para traçar seu plano de vôo), creio que é de fundamental importância que os interessados em meteorologia conheçam um pouquinho desta definição.

 

 

 

 

 

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