Temperatura atmosférica

O perfil vertical da temperatura

O papel do sol na temperatura atmosférica

O efeito estufa

Recursos

A temperatura da atmosfera terrestre varia com a distância do equador (latitude) e altura acima da superfície (altitude). Ela também muda com o tempo, variando de estação para estação, e de dia para noite, bem como irregularmente devido a sistemas climáticos de passagem. Se as variações locais forem calculadas como média global, no entanto, surge um padrão de temperaturas médias globais. Verticalmente, a atmosfera é dividida em quatro camadas: a troposfera, a estratosfera, a mesosfera e a termosfera.

O perfil vertical de temperatura

Temperaturas médias atmosféricas sobre todas as latitudes e ao longo de um ano inteiro nos dá o perfil vertical médio de temperatura que é conhecido como uma atmosfera padrão. O perfil de temperatura vertical média sugere quatro camadas distintas (Figura 1). Na primeira camada, conhecida como troposfera, a temperatura atmosférica média desce constantemente em relação ao seu valor à superfície, cerca de 290K (63°F; 17°C) e atinge um mínimo de cerca de 220K (-64°F;-53°C) a uma altitude de cerca de 6,2 mi (10 km). Este nível, conhecido como tropo-pause, está um pouco acima da altitude de cruzeiro dos aviões a jacto comerciais. A diminuição da temperatura com a altura, chamada de taxa de queda, é quase constante em toda a troposfera a 43,7°F(6,5°C) por 0,6 mi (1 km). Na tropopausa, a taxa de queda abrupta diminui abruptamente. A temperatura atmosférica é quase constante ao longo dos próximos 12 mi (20 km), depois começa a subir com o aumento da altitude até cerca de 31 mi (50 km). Esta região de aumento da temperatura é a estratosfera. No topo da camada, chamada estratosfera, as temperaturas são quase tão quentes quanto os valores da superfície. Entre cerca de 31-50 mi (50-80 km) situa-se a mesosfera, onde a temperatura atmosférica retoma a sua diminuição com a altitude e atinge um mínimo de 180K (-136°F;-93°C) no topo da camada (a mesopausa), cerca de 50 mi (80 km). Acima da mesopausa está a termosfera que, como o seu nome indica, é uma zona de altas temperaturas do gás. Na termosfera muito alta (cerca de 311 mi (500 km) acima

Superfície da Terra) as temperaturas do gás podem atingir de 500-2.000K (441-3, 141°F; 227-1, 727°C). A temperatura é uma medida da energia do movimento das moléculas de gás. Embora tenham alta energia, as moléculas na termosfera estão presentes em números muito baixos, menos de um milionésimo da quantidade presente em média na superfície terrestre.

A temperatura atmosférica também pode ser plotada como uma função da latitude e da altitude. As figuras 2 e 3 mostram tais gráficos, com latitude como a coordenada x e altitude como y.

O papel do sol na temperatura atmosférica

A maior parte da radiação solar é emitida como luz visível, com porções menores em comprimentos de onda mais curtos (radiação ultravioleta) e comprimentos de onda mais longos (radiação infravermelha, ou calor). Pouca da luz visível é absorvida pela atmosfera (embora alguma seja refletida de volta ao espaço pelas nuvens), portanto a maior parte dessa energia é absorvida pela superfície da Terra. A Terra é aquecida no processo e irradia o calor (radiação infravermelha) de volta para cima. Isto aquece a atmosfera, e, assim como se estará mais quente quando se está mais perto de um incêndio, as camadas de ar mais próximas da superfície são as mais quentes.

De acordo com esta explicação, a temperatura deve diminuir continuamente com a altitude. A Figura 1, no entanto, mostra que a temperatura aumenta com a altitude na estratosfera. A estratosfera contém quase toda a camada de ozônio da atmosfera. O ozônio (O3) e oxigênio molecular (O2) absorvem a maior parte da radiação ultravioleta de comprimento de onda curto do sol. No processo, eles são quebrados e se reformam continuamente. O resultado líquido é que as moléculas de ozônio transformam a radiação ultravioleta em energia térmica, aquecendo a camada e causando o aumento do perfil de temperatura observado na estratosfera.

A mesosfera retoma a diminuição da temperatura com a altitude. A termosfera, no entanto, está sujeita a energia muito alta, comprimento de onda curto da radiação ultravioleta e radiação solar de raios X. Como os átomos ou moléculas presentes neste nível absorvem alguma desta energia, eles são ionizados

(têm um elétron removido) ou dissociados (as moléculas são divididas em seus átomos componentes). A camada de gás é fortemente aquecida por este bombardeamento energético, especialmente durante períodos em que o sol emite quantidades elevadas de radiação de comprimento de onda curto.

O efeito estufa

A energia solar não é o único determinante da temperatura atmosférica. Como observado acima, a superfície terrestre, após absorver a radiação solar na região visível,

TERMOS-CHAVE

Efeito estufa – O aquecimento da atmosfera terrestre como resultado da captura de calor re-radiated da Terra por certos gases presentes na atmosfera.

Radiação infravermelha -Radiação semelhante à luz visível, mas de comprimento de onda ligeiramente mais longo.

Lapse rate -Radiação semelhante à luz visível mas de comprimento de onda ligeiramente mais longo.

Mesosfera -Terceira camada da atmosfera, situada entre cerca de 50 e 80 km de altura e caracterizada por uma pequena taxa de lapso.

Estratosfera -Uma camada da atmosfera superior acima de uma altitude de 5-10,6 milhas (8-17 km) e estendendo-se até cerca de 31 milhas (50 km), dependendo da estação e latitude. Dentro da estratosfera, a temperatura do ar muda pouco com a altitude, e há poucas correntes de ar convectivas.

Termosfera – A camada superior da atmosfera, começando em cerca de 50 mi (80 km) e estendendo-se até centenas de milhas ou quilômetros para o espaço. Devido ao bombardeamento por radiação solar muito energética, esta camada pode possuir temperaturas de gás muito elevadas.

Troposfera – A camada de ar até 15 mi (24 km) acima da superfície da Terra, também conhecida como a atmosfera inferior.

Radiaçãoltravioleta -Radiação semelhante à luz visível mas de menor comprimento de onda, e portanto de maior energia.

Radiação de raios X -Radiação leve com comprimentos de onda menores que o ultravioleta mais curto; muito energética e prejudicial aos organismos vivos.

emita radiação infravermelha de volta ao espaço. Vários gases atmosféricos absorvem essa radiação de calor e a irradiam novamente em todas as direções, inclusive de volta à superfície. Estes chamados gases de efeito estufa retêm assim a radiação infravermelha dentro da atmosfera, elevando a sua temperatura. Os gases de efeito estufa importantes incluem vapor de água (H2 O), dióxido de carbono (CO2), e metano (CH4). Estima-se que a temperatura média da superfície da Terra seria cerca de 32°C (90°F) mais fria na ausência dos gases de efeito estufa. Como esta temperatura está bem abaixo do ponto de congelamento da água, o planeta seria muito menos hostil à vida na ausência do efeito estufa.

Embora os gases de efeito estufa sejam essenciais à vida no planeta, mais não é necessariamente melhor. Desde o início da revolução industrial em meados do século XIX, os seres humanos libertaram quantidades crescentes de dióxido de carbono para a atmosfera através da queima de combustíveis fósseis. O nível de dióxido de carbono medido na atmosfera remota tem mostrado um aumento contínuo desde o início da manutenção de registros, em 1958. Se esse aumento se traduzir num aumento correspondente da temperatura atmosférica, os resultados podem incluir o derretimento das calotas polares e o inchaço dos mares, resultando em cidades costeiras cobertas pelo oceano; mudanças no clima talvez levando a extinções; e mudanças imprevisíveis nos padrões do vento e do clima, representando desafios significativos para a agricultura. Prever as mudanças que o aumento dos níveis de gases de efeito estufa pode trazer é complicado. A interação da atmosfera, dos oceanos, dos continentes e das calotas polares não é completamente compreendida. Embora se saiba que parte do dióxido de carbono emitido é absorvido pelos oceanos e eventualmente depositado como rocha carbonatada (como calcário), não se sabe se este é um processo estável ou se pode acompanhar os níveis atuais de produção de dióxido de carbono.