ATMOSFERA - PÁGINA PRINCIPAL

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE - CONVÊNIO 2002-2012 

FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - PLANEJAMENTO DE PESQUISAS 

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WIKIPEDIA TERRA 06h56min de 16 de julho de 2003‎ - ATMOSFERA 17h23min de 27 de setembro de 2004(c)Angeloleithold


INTRODUÇÃO

(c)py5aal A atmosfera é uma fina camada que envolve alguns planetas, composta basicamente por gases e poeira, retidos pela ação da força da gravidade. Podemos definir-la mais completamente como "uma fina camada de gases sem cheiro, sem cor e sem gosto, presa à Terra pela força da gravidade". Visto do espaço, o planeta Terra aparece como uma esfera de coloração azul brilhante. Esse efeito cromático é produzido pela dispersão da luz solar sobre os gases atmosféricos. Outros planetas do sistema solar também possuem atmosfera. Genericamente também pode ser descrita como "uma camada de gases que envolve um corpo material com massa". Os gases são atraídos pela gravidade do corpo e são retidos por um longo período de tempo se a gravidade for alta o suficiente. 


(c)py5aal Alguns planetas consistem principalmente de vários gases e portanto têm atmosferas muito profundas (um exemplo seria os planetas gasosos). O termo atmosfera estelar é usada para designar as regiões externas de uma estrela e normalmente inclui a porção entre a fotosfera opaca e o começo do espaço sideral. Estrelas com temperaturas relativamente baixas podem formar compostos moleculares em suas atmosferas externas. A atmosfera terrestre protege os organismos vivos dos raios ultravioleta e também serve como um estoque, fazendo com que o gás oxigênio não escape. A pressão atmosférica é a força por unidade de área que é aplicada perpendicularmente numa superfície pelo gás circundante. É determinada pela força gravitacional planetária em combinação com a massa total de uma coluna de ar acima de um determinado local na superfície. As unidades de pressão atmosférica são baseados pela atmosfera padrão internacionalmente reconhecido (atm), que é definido como 101,325 Pa (ou 1.013.250 dinas por cm²). A gravidade de superfície é a força que prende uma atmosfera, difere significativamente conforme o planeta. Por exemplo, a imensa força gravitacional de Júpiter é capaz de reter gases leves tais como o hidrogênio e o hélio, na sua atmosfera, que normalmente escapam de objetos com pouca força gravitacional.
JÚPITER: Uma vista da ativa atmosfera de Júpiter, mostrando a grande mancha vermelha.(FONTE:NASA)

  

(c)py5aal  A distância entre um corpo celestial e a sua estrela mais próxima determina a disponibilidade de energia ao gás atmosférico ao ponto onde o movimento térmico excede a velocidade de escape do planeta, a velocidade no qual as moléculas de gás supera a ação da força gravitacional. Assim, o distante Titã, Tritão e Plutão são capazes de reter suas atmosferas apesar da fraca força gravitacional.
Exoplanetas, teoricamente, também podem reter tênues atmosferas. A composição inicial da atmosfera de um corpo geralmente reflete a composição e a temperatura da nebulosa solar local durante a formação planetária e o subsequente escape dos gases interiores. Estas atmosferas originais sofrem uma evolução com o decorrer do tempo, sendo que a variedade dos planetas se reflete em muitas atmosferas diferentes. Por exemplo, as atmosferas de Vênus e Marte são compostas primariamente de dióxido de carbono, com pequenas quantidades de nitrogênio, argônio e oxigênio, além de traços de outros gases. A composição atmosférica terrestre reflete as atividades dos seres vivos. As baixas temperaturas e a alta gravidade dos planetas gasosos permitem a eles reter gases com baixas massas moleculares. Portanto, estes podem conter hidrogênio e hélio e subsequentes compostos, formados pelos dois. Titã e Tritão, satélites de Saturno e Netuno, respectivamente, apresentam composições atmosféricas não desprezíveis, primariamente constituídas de nitrogênio. Plutão também apresenta uma atmosfera semelhante, mas esta se congela quanto o planeta-anão se afasta do Sol. A atmosfera terrestre consiste, da superfície até o espaço, da troposfera, da estratosfera, mesosfera, ionosfera e exosfera. Cada uma destas camadas apresentam gradiente adiabático saturado, definindo as mudanças de temperatura conforme a altura. A nossa atmosfera também protege a vida na Terra impedindo que os nocivos raios ultravioleta do Sol cheguem diretamente ao planeta. A circulação da atmosfera ocorre devido às diferenças térmicas quando a convecção torna-se um transportador de calor mais eficiente do que a irradiação térmica. Em planetas onde a fonte primária de calor é a radiação solar, o excesso de calor nos trópicos é transportado para latitudes mais altas. Quando um planeta gera uma quantidade significativa de calor interno, como é o caso de Júpiter, a convecção na atmosfera pode transportar energia térmica desde o interior mais quente até a superfície.
(c)py5aal   Do ponto de vista de um geólogo planetário, a atmosfera é um agente evolucionário essencial na morfologia de um planeta. O vento transporta poeira e outras partículas que degradam a superfície (erosão eólica). Precipitações atmosféricas, tais como a queda de gelo (neve, granizo, etc.) e chuva, que dependem da composição atmosférica, também influenciam o relevo. Mudanças climáticas podem influenciar a história geológica de um planeta. De modo oposto, o estudo da superfície de um planeta, principalmente a Terra, pode levar a um entendimento sobre a história da atmosfera e do clima no planeta. Para um meteorologista, a composição da atmosfera determina o clima e suas variações. Para um biólogo a composição atmosférica mantém uma íntima relação com o aparecimento da vida e de sua evolução.

COMPOSIÇÃO E CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

 (c)py5aal  Segundo Barry e Chorley, 1976 , a composição da atmosfera e sua estrutura vertical possibilitaram o desenvolvimento da vida no planeta. Esta é sua composição, quando seca e abaixo de 25 km é:Nitrogênio (N2) 78,08 %, este atua como suporte dos demais componentes, de vital importância para os seres vivos, fixado no solo pela ação de bactérias e outros microrganismos, é absorvido pelas plantas, na forma de proteínas vegetais; Oxigênio (O2) 20,94 % do volume da atmosfera, sua estrutura molecular varia conforme a altitude em relação ao solo, é responsável pelos processos respiratórios dos seres vivos; Argônio 0,93 %; Dióxido de carbono (CO2) (variável) 0,035 %; Hélio (He) 0,0018 %; Ozônio (O3) 0,00006 %; Hidrogênio (H2) 0,00005 %; Criptônio(Kr) indícios; Metano(CH4) indícios; Xenônio(Xe) Indícios; Radônio(Rn) indícios 
Composição da atmosfera terrestre 
(FONTE: WIKIPEDIA Mysid - 2006)

 (c)py5aal   O ar seco contém, em volume, cerca de 78,09% de nitrogênio, 20,95% de oxigênio, 0,93% de argônio, 0,039% de gás carbônico e pequenas quantidades de outros gases. O ar contém uma quantidade variável de vapor de água, em média 1%. A atmosfera tem uma massa de aproximadamente 5 x 1018 kg, sendo que três quartos dessa massa estão situados nos primeiros 11 km desde a superfície, em que se torna cada vez mais tênue conforme se aumenta a altitude, e não há um limite definido entre a atmosfera terrestre e o espaço exterior. Apenas em altitudes inferiores a 120 km a atmosfera terrestre passa a ser bem percebida durante a reentrada atmosférica de uma nave espacial, por exemplo. A linha Kármán, a 100 km de altitude, é considerada frequentemente como o limite entre atmosfera e o espaço exterior.O vapor d'água em suspensão no ar encontra-se principalmente nas camadas baixas (75% abaixo de quatro mil metros de altura) e exerce o importante papel de regulador da ação do Sol sobre a superfície terrestre, sua quantidade de vapor varia muito em função das condições climáticas das diferentes regiões do planeta, os níveis de evaporação e precipitação são compensados até chegar a um equilíbrio, pois, as camadas inferiores estão muito próximas ao ponto crítico em que a água passa do estado líquido ao gasoso. O ar, em algumas áreas pode estar praticamente isento de vapor, enquanto em outras pode chegar a conter uma saturação de até 4%, tornando-se compreensível que quase toda a água existente no planeta está nos oceanos, pois as temperaturas da alta-atmosfera são baixas demais para que o vapor possa manter-se no estado gasoso. Além de vapor d'água, as proporções relativas dos gases se mantêm constantes até uma altitude aproximada de 60 km. A atmosfera nos protege, e, à vida no planeta Terra, absorvendo radiação solar ultravioleta e variações extremas de temperaturas entre o dia e a noite.
 (c)py5aal   Na exosfera, zona em que foi arbitrada limítrofe entre a atmosfera e o espaço interplanetário, algumas moléculas de gás acabam escapando à ação do campo gravitacional. O estudo da evolução térmica segundo a altitude revela a existência de diversas camadas superpostas, caracterizadas por comportamentos distintos. Como sua densidade vai diminuindo gradualmente com o aumento da altitude, os efeitos que a pressão atmosférica exerce também diminuem na mesma proporção. 
A atmosfera é fundamental para toda uma série de fenômenos que se processam na superfície da Terra, como os deslocamentos de massas de ar e os ventos, as precipitações meteorológicas e as mudanças do clima. O limite onde efeitos atmosféricos ficam notáveis é em torno de 120 quilômetros.

DESCRIÇÃO DAS CAMADAS OU REGIÕES E ÁREAS DE DESCONTINUIDADE

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(c) py5aal A temperatura da atmosfera da Terra varia entre camadas em altitudes diferentes, portanto, a relação matemática entre temperatura e altitude também varia, sendo uma das bases de classificação atmosférica. Esta se estrutura em três camadas relativamente quentes, separadas por duas camadas relativamente frias. Os contatos entre essas camadas são áreas de descontinuidade, e recebem o sufixo "pausa", após o nome da camada subjacente. As camadas atmosféricas são distintas e separadas entre si por áreas fronteiriças de descontinuidade.


Acima, camadas atmosfera segundo altitude (Fonte:Marcelo Reis - 2004)


(c)py5aal  A Troposfera é a camada atmosférica que se estende da superfície da Terra até a base da estratosfera. (0 - 7/17 km), a temperatura diminui com a altitude, esta camada responde por oitenta por cento do peso atmosférico, sua espessura média é de aproximadamente 12km, atingindo até 17km nos trópicos e reduzindo-se para em torno de sete quilômetros nos pólos. Acima da Troposfera está a tropopausa, que é nome dado à camada intermediária entre a troposfera e a estratosfera, situada a uma altura média em torno de 17 km no equador. A distância da Tropopausa em relação ao solo varia conforme as condições climáticas da troposfera, da temperatura do ar, a latitude entre outros fatores. Se existe na troposfera uma agitação climática com muitas correntes de convecção, a tropopausa tende a subir. Isto se deve por causa do aumento do volume do ar na troposfera, este aumentando, aquela aumentará, por conseqüência, empurrará a tropopausa para cima. Ao subir a tropopausa esfria, pois o ar acima dela está mais frio. Em seguida vem a Estratosfera, nela a temperatura aumenta com a altitude e se caracteriza pelos movimentos de ar em sentido horizontal, fica situada entre 7 e 17 até 50 km de altitude aproximadamente, sendo a segunda camada da atmosfera, compreendida entre a troposfera e a mesosfera, a temperatura aumenta à medida que aumenta a altura. Apresenta pequena concentração de vapor d'água e temperatura constante até a região limítrofe.  nenta região está situada a camada de ozônio, ou Ozonosfera, de aproximadamente 10 a 50 km de altitude, mas se deve reforçar mesmo dentro desta região, ozônio é um componente raro. A Ozonosfera protege os seres vivos da Terra contra a ação energia ou radiação ultra-violeta. Acima está a região denominada estratopausa em que a maior parte do ozônio da atmosfera se situa. Isto é em torno de 22 quilômetros acima da superfície, na parte superior da estratosfera. A Mesosfera é a camada atmosférica onde há uma substancial queda de temperatura chegando até a -90º C em seu topo, está situada entre a estratopausa em sua parte inferior e mesopausa em sua parte superior, entre 50 a 85 km de altitude. É na mesosfera que ocorre o fenômeno da aeroluminescência das emissões da hidroxila.

Aeroluminescência, ou quimiluminescência é o fenômeno da luminescência na atmosfera diurna; é causada pela emissão de fótons pelos átomos ou moléculas, em especial de oxigênio devido à ocorrência de processos competitivos de desativação colisional (quenching) e de decaimento radiativo quando os átomos de oxigênio entram em ressonância. Uma vez ressonando, estes são excitados por processos de recombinação de moléculas dissociadas, que foram produzidas pela absorção da radiação ultravioleta e raios-X, daí a emissão de fótons; ocorre durante o dia.

Aeroluminescência durante o dia 
(FONTE: Angelo A. Leithold 00:20, 22 October 2007)

(c)py5aal  A mesopausa é a região da atmosfera que determina o limite entre uma atmosfera com massa molecular constante de outra onde predomina a difusão molecular, a Termosfera. Esta região é situada entre 80/85 Km até mais de 640 Km. Nela a sua temperatura aumenta com a altitude rápida e monotonicamente até onde a densidade das moléculas é tão pequena e se movem em trajetórias aleatórias tal, que raramente se chocam. Além das camadas citadas, e em conjunto a si, existem regiões atmosféricas distribuídas segundo a ionização a Ionosfera, nestas ocorrem diversos fenômenos físicos e químicos que interferem em todo o Planeta. Acima da ionosfera onde a atmosfera está na divisa com o espaço exterior está a Exosfera.

(c)py5aal  É importante salientar que existem outras regiões que envolvem o planeta e que interagem com sua dinâmica, dentre estes a Magnetosfera é a região definida pela interação do plasma estelar (Sol) magnetizado com a atmosfera magnetizada, em que os processos eletrodinâmicos são basicamente comandados pelo campo magnético intrínseco do planeta e sua interação com a estrela. Sua morfologia, em uma visão simples, pode ser vista como uma bolha comprimida na parte frontal ao fluxo estelar incidente no astro e distendida no sentido do afastamento desse fluxo. A magnetosfera terrestre apresenta a parte frontal a aproximadamente 10 raios terrestres, uma espessura de 30-50 raios terrestres e uma cauda que se alonga a mais de 100 raios terrestres. Mesmo um astro sem campo magnético pode apresentar uma magnetosfera induzida, que é consequência das correntes elétricas sustentadas pela ionosfera existente. Os cinturões de radiação ou Cinturões de Van Allen são regiões quase toroidais em torno do equador magnético, a distância de 2 a 6 raios terrestres, preenchidas de partículas energéticas mas de baixa densidade volumétrica. Há um cinturão externo, produzido por partículas do plasma solar e terrestre que se aproximam da Terra ao longo desse equador, e um cinturão interno, produzido pela incidência de partículas de mais alta energia dos raios cósmicos. Populando essas regiões, os prótons e os elétrons apresentam-se com distribuições características distintas.

TEMPERATURA, PRESSÃO DENSIDADE E MASSA

(c)py5aal  A temperatura média da atmosfera à superfície de terra é 14 °C. A Pressão atmosférica é o resultado direto do peso exercido pela atração gravitacional da Terra sobre a camada de ar que a envolve, variando conforme o momento climático, a hora, o local e a altitude. Cerca de 50% do total da massa atmosférica está até 5 km de altitude. A pressão atmosférica ao nível do mar, é aproximadamente 101.3 quilopascais. A densidade do ar ao nível do mar é aproximadamente 1.2 quilogramas por metro cúbico. Esta densidade diminui a maiores altitudes à mesma taxa da diminuição da pressão. A massa total da atmosfera é aproximadamente 5.1 × 1018, uma fração minúscula da massa total da terra.

EVOLUÇÃO E A AUTOREGULAÇÃO DA ATMOSFERA

(c)py5aal  Podemos compreender razoavelmente a história da atmosfera da Terra até há um bilhão anos. Regredindo no tempo, somente especulamos, pois, é uma área ainda em constante pesquisa. Atmosfera moderna ou, terceira atmosfera, esta denominação é para distinguir a composição química atual das duas composições anteriores. A primeira atmosfera, era principalmente hélio e hidrogênio. O calor provindo da crosta terrestre ainda em forma de plasma, e o sol a dissiparam. A aproximadamente 3.5 bilhões anos, a superfície do planeta tinha esfriado o suficiente para formar uma crosta endurecida, povoando-a com vulcões que liberaram vapor de água, dióxido de carbono, e amoníaco. Desta forma, surgiu a "segunda atmosfera", que era formada principalmente de dióxido de carbono e vapor de água, amônia, metano, óxido de enxofre. Nesta segunda atmosfera quase não havia oxigênio livre, era aproximadamente 100 vezes mais densa do que a atmosfera atual. Acredita-se que o efeito estufa, causado por altos níveis de dióxido de carbono, impediu a Terra de congelar. Durante os próximos bilhões anos, devido ao resfriamento, o vapor de água condensou para precipitar chuva e formar oceanos, que começaram a dissolver o dióxido de carbono. Seriam absorvidos 50% do dióxido de carbono nos oceanos.  Desta forma houve o favorecimento do surgimento de moléculas de cadeia longa de carbono. Ao passar do tempo e com a recombinação das cadeias de carbono se iniciou o processo de formação dos ácidos nucléicos primordiais, assim, acredita-se, iniciou um processo de fotossíntese que evoluiu para a vida, e começou a converter dióxido de carbono em oxigênio. 

(c)py5aal  Ao passar do tempo, o carbono em excesso foi fixado em combustíveis fósseis, pedras sedimentares (notavelmente pedra calcária), e conchas animais. Estando o oxigênio livre na atmosfera reagindo com o amoníaco, foi liberado nitrogênio, simultaneamente as bactérias também iniciaram a conversão do amoníaco em nitrogênio. Assim, aumentando a população vegetal, os níveis de oxigênio cresceram significativamente (enquanto níveis de dióxido de carbono diminuíram). No princípio o oxigênio combinou com vários elementos (como ferro), mas eventualmente acumulou na atmosfera resultando em extinções em massa e evolução. Com o aparecimento de uma camada de ozônio(O3), (a Ozonosfera), as formas de vida no planeta foram melhor protegidas da radiação ultravioleta. Esta atmosfera de oxigênio-nitrogênio é a terceira atmosfera Esta última, tem uma estrutura complexa que age como reguladora da temperatura e umidade da superfície. A Terra tem um sistema de compensações de temperatura, pressão e umidade, que mantém um equilíbrio dinâmico natural, em todas as suas regiões. As camadas superiores do planeta refletem em torno de quarenta por cento da radiação solar. Destes, aproximadamente 17% são absorvidos pelas camadas inferiores sendo que o ozônio interage e absorve os raios ultraviloeta, o dióxido de carbono e o vapor d'água absorvem os raios infravermelhos. Restam 43% da energia, esta alcança a superfície do planeta. Que por sua vez reflete dez por cento das radiações solares de volta. Além dos efeitos descritos, existe ainda a influência do vapor d'água e sua concentração variável. Estes, juntamente com a inclinação dos raios solares em função da latitude, agem de forma decisiva na penetrância da energia solar, que por sua vez tem aproximadamente 33% da energia absorvida por toda a superfície atingida durante o dia, sendo uma parte muito pequena desta re-irradiada durante a noite. 

(c)py5aal  Além de todos os efeitos relatados anteriormente, existe ainda a influência e interação dos oceanos com a atmosfera em sua auto regulação. Estes mantém um equilíbrio dinâmico entre os fenômenos climáticos das diferentes regiões da Terra. Todos os mecanismos relatados acima atuando em conjunto, geram uma transição suave de temperaturas em todo o planeta. Excessão à regra ocorre, onde são menores a quantidade de água, vapor desta e a espessura da troposfera, como nos desertos e cordilheiras de grande altitude. Na baixa atmosfera, o ar se desloca tanto no sentido horizontal gerando os ventos, quanto no vertical, alterando a pressão. Pois, por diferenças de temperatura, a massa aérea aquecida sobe, e ao esfriar-se, desce e novamente, gerando assim um sistema oscilatório de variação de pressão atmosférica. Uma das maiores determinantes na distribuição do calor e umidade na atmosfera é a circulação do ar, pois esta ativa a evaporação média, dispersa as massas de ar quente ou frio conforme a região e o momento. Por conseqüência caracteriza os tipos climáticos. À esta circulação de ar, quando na horizontal, chama-se vento, que é definido como o movimento do ar paralelo à superfície da Terra.


Acima:Durante a reentrada, a atmosfera adquire uma coloração conforme a figura acima. (Fonte: NASA)


IONOSFERA

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IONOSFERA  PÁGINA  PRINCIPAL

          A ionosfera se localiza entre cinquenta e quatrocentos quilômetros de altitude ( Estas coordenadas são para efeito de estudo), é composta de íons, plasma ionosférico, e, devido à sua composição, reflete ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz em condições normais. A reflexão ionosférica, espalhamento e canalização tem ocorrido até freqüências acima de 50 Mhz, mas estatisticamente o tempo de ''propagação aberta'' nas bandas altas se torna muito susceptível à variações ambientais. Na prática, sua utilização se dá no máximo até 30 MHz.  O maior agente de ionização da ionosfera, é o Sol, cuja radiação nas bandas de raio X, e luz ultravioleta, insere grande quantidade de elétrons livres em seu meio. Os meteoritos e raios cósmicos também são responsáveis pela presença secundária de íons na região. Na ionosfera a densidade de elétrons livres é variável de acordo com a hora do dia, estação do ano, e variações da composição da quimiosfera.  Nas zonas mais baixas da atmosfera, os elétrons livres e íons desaparecem. Isto ocorre devido à maior densidade de partículas mais pesadas, portanto, a recombinação prevalecerá sobre a ionização. 

(c)py5aal  A densidade dos gases nas zonas mais altas é muito baixa. A quantidade de radiação, ou seja, a energia vinda do espaço é muito grande até determinada altitude, contudo, não existem gases, átomos, ou moléculas livres suficientemente para serem ionizadas. Só haverá ionização à medida em que mergulhamos na atmosfera, até uma certa profundidade limítrofe. A luminescência atmosférica, vista do espaço, adquire as mais diversas tonalidades e cores, à medida em que fazemos o mergulho para dentro da atmosfera, dependendo da hora, temperatura, etc, adquire uma coloração que varia do verde-violeta ao vermelho alaranjado. A canalização, espalhamento e reflexão através da ionosfera, são fenômenos concomitantes, porém algumas vezes concorrem entre si, outras vezes se somam. A reflexão ionosférica é explorada por sistemas de radiodifusão com as antenas de transmissão em ângulo baixo. As propriedades operacionais das ionossondas (sistemas compostos de transmissores, receptores e antenas direcionais apontadas diretamente para a ionosfera) propiciam um conhecimento do comportamento da região. O princípio da reflexão ionosférica em ângulos altos é utilizado há muitos anos para pesquisas, porém pouco utilizado nas comunicações. O efeito ocasionado por inúmeras camadas sucessivas de ionização leva à reflexão das ondas de rádio. Este efeito ocorre sobre uma faixa de alturas estreita e em baixas freqüências, onde, ou os raios refratam, ou refletem. No caso da refração a distância atingida por estes é apreciável, chegando a milhares de quilômetros. No caso da reflexão direta, esta não ultrapassa a algumas centenas de quilômetros. O espalhamento fraco e incoerente de energia ocorre devido às flutuações térmicas e aleatórias da densidade eletrônica no plasma ionosférico. Este espalhamento tem sua eficiência aumentada pelas irregularidades ionosféricas e pelo aumento da densidade iônica. A Máxima Freqüência Utilizável, é a maior freqüência possível onde pode ocorrer o fenômeno da reflexão ionosférica. Estas irregularidades dão origem a sinais de espalhamento direto e sinais de retroespalhamento (reflexão). No caso da reflexão direta, não há canalização, já no caso do espalhamento, ocorre a refração e a canalização ou dutificação dos sinais. A canalização de sinais a grande distâncias ocorre em altura de ionização reduzida, porém não é regra. A probabilidade desta é nas camadas E e F, em alguns casos com ecos percorrendo toda a circunferência da Terra. Pode ocorrer a canalização, onde o sinal refrata e reflete ao mesmo tempo dentro de regiões irregulares do campo alinhado acima da região F também, porém sem íons livres isto não acontece. 

(c)py5aal  A reflexão ionosférica pode levar ao fenômeno da cintilação, isto ocorre devido à atuação dos sinais perante as irregularidades ionosféricas que atual como uma tela de fase variável nos sinais transionosféricos de fontes. Esta tela eletrônica dá origem à efeitos de difração com cintilação de amplitude, ângulo de chegada e fase. Portanto, num meio variável onde ocorrem densidades variáveis, ocorre o fenômeno da reflexão, refração e difração dos sinais de radiofreqüência que pode ser simultâneo ou não. A camada D é a mais próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km, é a que absorve a maior quantidade de energia eletromagnética, seu comportamento é diurno, aparece no momento em que as moléculas começam a adquirir energia solar. Esta camada permanece por alguns instantes no início da noite. Ionicamente é a menos energética. É a responsável pela absorção das ondas de rádio durante o dia.  Acima da camada D, existe a camada E, esta se localiza embaixo das camadas F1 e F2, sua altitude média é entre os 80 e os 100-140 km. Semelhante à camada D, durante o dia se forma e se mantém, durante a noite se dissipa. Em algumas ocasiões, dependendo das condições de vento solar e energia absorvida durante o dia, a camada E pode permanecer esporadicamente à noite, quando isto ocorre é chamada de camada E Esporádica. Esta camada tem a particularidade de ficar mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si. A camada F1 está acima da camada E e abaixo da camada F2 ~100-140 até ~200 Km. Existe durante os horários diurnos, acompanhando o comportamento da camada E, podendo esporadicamente estar presente à noite. Serve de refletora em determinadas freqüências, esta reflexão varia conforme a espessura que adquire ao receber energia solar. Normalmente a radiofreqüência incidente que atravessa a camada E, atravessa a F1, porém muitas vezes refrata. Ao fazê-lo altera seu ângulo de incidência sobre a camada F2, refletindo nesta. A camada F2 é a mais alta das camadas ionosfericas, está entre os 200 e 400km de altitude. Acima da F1, E, e D respectivamente. É o principal meio de reflexão ionosférico utilizado para as comunicações em altas freqüências à longa distância.  A sua altitude varia conforme a hora do dia, época do ano, condições de vento e ciclo solares. A propagação e reflexão obedecem a estas variáveis. Seu aparecimento ocorre ao nascer do Sol, quando a camada F se desmembra em F1 e F2. A reflexão nesta camada pode gerar o aparecimento do fenômeno raro da dutificação da radiofreqüência, ocasionando contatos à dezenas de milhares de quilômetros e ecos ionosféricos.

CLIMA E VENTOS

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(c)py5aal  O clima da Terra está mudando, principalmente nos últimos anos são percebidas alterações drásticas na temperatura média do planeta com aumento de 0,8º C em comparação com níveis anteriores à Revolução Industrial. É possível considerar que a mudança climática já tenha alcançado pessoas e ecossistemas com amplos efeitos. Uma crescente preocupação ocorre entre cientistas espaciais, ambientalistas, governos e a população mais informada. Devido aquecimento global, a humanidade enfrentará alterações ambientais extremas. O vento é o fluxo de gases em grande escala no espaço sideral,  é o movimento de gases e partículas carregadas emitidas pelo Sol, enquanto que o vento planetário é a desgaseificação de elementos químicos leves a partir da atmosfera de um planeta em direção ao espaço. No caso do vento solar, a emissão contínua de partículas carregadas provenientes da coroa solar ao chegar à Terra pode ionizar e carregar a alta atmosfera. Essas partículas podem ser elétrons e prótons além de sub-partículas, neutrinos, por exemplo. Próximo da Terra a velocidade das partículas é em torno de 400 km/s no equador a 800 km/s nos pólos, sua densidade gira em torno de 10 partículas por centímetro cúbico. As variações na coroa solar devida rotação do Sol e sua atividade magnética tornam o vento solar variável e instável, exercendo influência nos gases ao redor da estrela e planetas próximos a ela. As caudas cometárias, por exemplo, tem sua orientação conduzida pela sua direção que também influi nos campos magnéticos planetários, pois defletem as partículas, impedindo-as de chegar às superfícies dos planetas. A deflexão das partículas do vento solar varia conforme o campo magnético do planeta: quanto maior a intensidade magnética, tanto maior o desvio.

(c)py5aal  No caso dos ventos atmosféricos, em muitas regiões, os ventos dominantes têm vários nomes locais devido aos seu impacto significativo no quotidiano, quando seu deslocamento é na vertical, denomina-se corrente de ar. Quando associado a baixas temperaturas tem um impacto negativo no gado, afetando as reservas alimentares e as estratégias de caça e defesa dos animais. As áreas de cisalhamento de vento provocadas pelos fenômenos meteorológicos podem provocar situações perigosas para a aviação e os ventos fortes podem destruir ou danificar árvores e estruturas. Aos movimentos verticais e horizontais de superfície, somam-se os jet streams, e os deslocamentos de massas de ar, que determinam as condições climáticas do planeta. Os ventos são capazes de transformar a superfície terrestre através de erosão e sedimentação eólica, dando origem a solos férteis para a agricultura. O vento é capaz de transportar ao longo de grandes distâncias a poeira dos grandes desertos e as sementes de várias plantas, o que é fundamental para a sobrevivência de algumas espécies e das populações de insetos. O vento também influencia a propagação de incêndios florestais. Quando associado a baixas temperaturas, o vento tem um impacto negativo no gado, afetando as reservas alimentares e as estratégias de caça e defesa dos animais. As áreas de cisalhamento de vento provocadas pelos fenômenos meteorológicos podem provocar situações perigosas para a aviação e os ventos fortes podem destruir ou danificar árvores e estruturas.  As descargas de gases têm ocasionado uma mudança drástica na estrutura físico-química não só da atmosfera baixa (Troposfera) , mas também na ionosfera terrestre. Vento é o fluxo de gases em grande escala. Na superfície da Terra, o vento consiste no movimento de ar em grande quantidade. No espaço sideral, o vento solar é o movimento de gases e partículas carregadas emitidas pelo Sol através do espaço, enquanto que o vento planetário é a desgaseificação de elementos químicos leves a partir da atmosfera de um planeta em direção ao espaço. Os ventos são geralmente classificados de acordo com a sua escala, rapidez, tipos de forças que os provocam, regiões em que ocorrem e com o seu efeito. Os ventos de maior intensidade observados no sistema solar ocorrem em Neptuno e Saturno. Os ventos têm várias características, entre as quais a sua velocidade, a densidade dos gases envolvidos e a sua energia eólica.

(c)py5aal  Em meteorologia, os ventos são muitas vezes classificados de acordo com a sua intensidade e direção em que se movimentam. Os ventos súbitos de curta duração e elevada velocidade são denominados rajadas. Os ventos fortes de duração intermédia (cerca de um minuto) são denominados borrascas ou lufadas. Os ventos de longa duração têm vários nomes de acordo com a sua intensidade média, como brisa, vento forte, ventania, tempestade ou furacão. O vento ocorre em diferentes escalas, desde grandes correntes de tempestade que duram dezenas de minutos, até brisas localizadas geradas pelo aquecimento da massa terrestre que duram algumas horas, até ventos globais que resultam das diferenças de absorção da energia solar entre as diferentes regiões climatéricas da Terra. As duas principais causas da circulação atmosférica de grande escala são as diferenças de temperatura entre o equador e os polos e a rotação do planeta, ou força de Coriolis. Nos trópicos, a circulação de depressões térmicas sobre o terreno e os grandes planaltos podem criar fenômenos de monção. Nas regiões costeiras, o ciclo entre a brisa marítima e terrestre pode criar ventos locais. Em áreas de relevo acentuado, os ventos podem ser dominados pelas brisas de montanha e de vale.

(c)py5aal  Ao longo da civilização humana, o vento inspirou a mitologia, influenciou eventos históricos e guerras, impulsionou meios de transporte e proporcionou uma fonte de energia para o trabalho mecânico, eletricidade e recreação. O vento impulsionou a era das Descobertas e as grandes viagens marítimas pelos oceanos. Os balões de ar quente utilizam o vento para deslocações curtas, enquanto as aeronaves tiram dele partido para reduzir o consumo de combustível. Em muitas regiões, os ventos dominantes têm vários nomes locais devido aos seu impacto significativo no quotidiano. O clima terrestre está sofrendo alterações profundas, estas estão causando a rápida retroação inclusive das geleiras. O desgelo nas regiões polares, é fenômeno ocasionado pelo aquecimento global. Este afeta todas as condições atmosféricas em todo o globo terrestre. 


Acima: Geleira derretendo em função do aquecimento global (Fonte: Angelo Leithold py5aal).

AURORAS POLARES 

WIKIPEDIA 21h22min de 15 de maio de 2005 Angeloleithold

(c)py5aal  A aurora polar é um fenômeno óptico composto de um brilho observado nos céus noturnos nas regiões polares, em decorrência do impacto de partículas de vento solar com a alta atmosfera da Terra, canalizadas pelo campo magnético terrestre em função de um efeito chamado reconexão. Em latitudes do hemisfério norte é conhecida como aurora boreal (nome batizado por Galileu Galilei em 1619, em referência à deusa romana do amanhecer, Aurora, e Bóreas, deus grego, representante dos ventos do norte). Ocorre normalmente nas épocas de setembro a outubro e de março a abril e dependem das condições climáticas do Sol. Em latitudes do hemisfério sul é conhecida como aurora austral, nome batizado por James Cook, uma referência direta ao fato de estar ao Sul. O fenômeno não é exclusivo somente à Terra, sendo também observável em outros planetas do sistema solar como Júpiter, Saturno, Marte e Vênus. Da mesma maneira, o fenômeno não é exclusivo da natureza, sendo também reproduzível artificialmente através de explosões nucleares ou em laboratório.

 
Acima: As Auroras são um fenômeno na alta atmosfera, geradas por fenômenos ionosféricos.
Fonte Angelo Leithold py5aal
 

(c)py5aal  As auroras (Boreal e austral) têm sofrido mudanças de comportamento significativas tanto no Hemisfério Norte, quanto no Hemisfério Sul, acredita-se que isto ocorre devidas alterações da composição iônica na alta-atmosfera. A Aeroluminescência que ocorre em ocasiões de extrema ionização atmosférica, tem sofrido mudanças de comportamento, tudo indica que o fenômeno está sendo interferido pela descarga de milhões de toneladas de Carbono na atmosfera. 

DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

(c) py5aal As descargas atmosféricas são moduladas em quantidade e intensidade pela atividade solar. A partir de maio de 2009 foi realizado pelo autor uma pesquisa com a finalidade de estudar os fenômenos atmosféricos e a influência da atividade solar. Esta pesquisa consistiu no estudo da relação entre a quantidade de descargas atmosféricas na região em que a Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS) está mais próxima da superfície, comparada a outras regiões fora do ”mergulho” do cinturão interno de Van Allen.” É sabido que a radiação ambiental é fortemente influída pela dinâmica da região.
(c) py5aal A radiação pode ser definida como a propagação da energia por meio de partículas ou ondas e pode ser identificada da seguinte forma:

- Pelo elemento condutor de energia:
· Radiação corpuscular - partículas (prótons, nêutrons, etc.); 
· Radiação eletromagnética – fótons;
· Radiação gravitacional - grávitons.


- Pela fonte de radiação:
· Radiação de Cerenkov - causada por partículas com a velocidade superior a da luz no meio;
· Radiação solar - causada pelo Sol;
· Radioatividade - núcleos instáveis.
- Pelos seus efeitos:
· Radiação ionizante - capaz de ionizar moléculas; e

· Radiação não ionizante - incapaz de ionizar moléculas.As tempestades com raios (Embaixo) têm se tornado mais violentas, os índices de eletricidade atmosférica têm aumentado e as descargas causado mais perdas e danos.



(c)py5aal  Radares do “Grupo de Eletricidade Atmosférica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)”, cobrem todo o Brasil. Na pesquisa efetuada pelo autor, os estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, Mato Grosso do Sul, São Paulo, Rio de Janeiro, Espírito Santo, Goiás, Tocantins, Maranhão, parte do Pará e Mato Grosso do Sul foram o principal foco para obtenção de dados e comparações dos tais com outros trabalhos. Na figura acima cada losango branco representa uma estação de sensoriamento de descargas atmosféricas. O monitoramento sistemático das descargas atmosféricas ealizado por quatro anos resultou na conclusão de que a atividade solar poderia influir de forma importante na eletrificação atmosférica. No decorrer da pesquisa, foram executadas diversas leituras e feitas comparações entre os índices de Raios X e relâmpagos, com o objetivo de confirmar a teoria levantada com evidências instrumentais. A princípio as leituras foram coincidentes, mas os dados e leituras divergiram com o passar do tempo. Assim, conclusões a respeito da eletricidade atmosférica e RX não puderam ser confirmadas sem estudo sistemático mais aprofundado. Embora os resultados finais não comprovaram definitivamente a influência direta, os mesmos mostraram fortes indícios da modulação da atividade elétrica pela atividade solar.

POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA

A poluição atmosférica refere-se a mudanças da atmosfera susceptíveis de causar impacto a nível ambiental ou de saúde dos seres vivos, através da contaminação por gases, partículas sólidas, líquidos em suspensão, material biológico ou energia. A adição dos contaminantes pode provocar danos diretamente na saúde humana ou no ecossistema, podendo estes danos serem causados diretamente pelos contaminantes, ou por elementos resultantes dos contaminantes. Para além de prejudicar a saúde, pode igualmente reduzir a visibilidade, diminuir a intensidade da luz ou provocar odores desagradáveis. Esta poluição causa ainda mais impactos no campo ambiental, tendo ação direta no aquecimento global, sendo responsável pela degradação de ecossistemas e potenciadora de chuvas ácidas.

Acima: Nascer do Sol no Pico do Paraná - 1976 (Fonte Ângelo Leithold)

A concentração dos contaminantes reduz-se à medida que estes são dispersos na atmosfera, o que depende de factores climatológicos, como a temperatura, a velocidade do vento, o movimento de sistemas de alta e baixa pressão e a interação destes com a topografia local, montanhas e vales por exemplo. A temperatura normalmente diminui com a altitude, mas quando uma camada de ar frio fica sob uma camada de ar quente produzindo uma inversão térmica, a dispersão ocorre muito lentamente e os contaminantes acumulam-se perto do solo. Para analisar a dispersão, recorre-se a modelos de dispersão atmosférica, que são modelos computorizados onde através de formas matemáticas complexas são simulados os comportamentos físico e químicos dos contaminantes, podendo caracterizar ou prever a acção dos mesmos no meio envolvente.
Ao longo dos tempos, a comunidade política e civil foi alertada para os efeitos adversos e assinados vários protocolos internacionais no sentido de resolver alguns dos problemas existentes, como o caso do protocolo de Montreal, que aboliu o uso dos CFCs, sendo considerado um dos protocolos de maior sucesso, ou ainda mais recente, o protocolo de Quioto.
(c)py5aal  Ao ser aumentada a quantidade de elementos pesados na atmosfera, sua densidade está lentamente se alterando, isto influi diretamente na física da atmosfera e nos fenômenos que nela ocorrem. O nascer e pôr do Sol no ar translúcido, está ficando mais e mais difícil de fotografar devidos à poluição atmosférica e materiais particulados.



Acima: Pôr do Sol em São Luis do Purunã - Paraná (Fonte: Ângelo Leithold 1986)

(c)py5aal  Fenômenos como o furacão Catarina no Sul do Brasil provavelmente serão, com o passar do tempo, comuns de ocorrer. Presume-se que as mudanças climáticas geradas pelo aquecimento global gerarão um aumento nas grandes tempestades tropicais, em número e intensidade.

Acima furacão Catarina (Fonte NASA - março de 2004)


PESQUISAS DA ALTA ATMOSFERA (IONOSFERA)

WIKIPEDIA 06h56min de 16 de julho de 2003‎ Angeloleithold

(c)py5aal  Para se fazer experiências e medições na pesquisa ionosférica, é necesário tecer algumas considerações sobre antenas, principalmente porque as utilizadas em ionossondas devem possuir características especiais. Para o projetista de antena, o "ganho de uma antena" é o logaritmo da relação da intensidade do padrão de radiação de uma antena na direção da radiação mais forte, para uma antena de referência. Se a antena de referência for isotrópica, o ganho é expresso em unidades de dBi (decibéis sobre o isotrópico). Por exemplo, uma antena dipolo tem um ganho de 2.14 dBi . Freqüentemente, a antena dipolo é usada como referência no lugar de um elemento isotrópico (uma vez que a referência  isotrópica perfeita é impossível de construir)  pois, o ganho da antena em questão é medido em dBd (decibéis sobre o dipolo). O ganho de antenas é fenômeno considerado “passivo” (Ao contrário de ganho de amplificadores, estes são dispositivos “ativos”), pois, não existe “amplificação” do sinal de recepção ou transmissão. Ou, a potência não é somada pela antena, mas a “energia irradiada” ou recebida, é redistribuída para prover o sinal mais irradiado em determinada direção que seria transmitido por uma antena isotrópica. Se uma antena tiver um ganho positivo em algumas direções, tem que ter um ganho negativo em outras direções devida lei de conservação de energia, pois, esta não é criada pela antena. O ganho que pode ser alcançado por uma Antena é então o intercâmbio entre a gama de direções que devem ser cobertas entre esta e o seu ganho. Por exemplo, uma antena parabólica instalada num satélite artificial tem um ganho muito grande, mas só em cima de uma gama muito pequena de direções, por isso deve ser apontada com precisão para o Planeta Terra. Para antenas parabólicas, o ganho é proporcional à abertura (área do refletor) e precisão de superfície da parábola, como também a freqüência de transmissão e recepção. Em geral, uma abertura maior provê um ganho mais alto. Também, em freqüências maiores, o ganho será maior quanto maior a antena, mas, inexatidões na superfície conduzem a uma degradação maior de ganho a freqüências mais altas. "Abertura", e "padrão de radiação” estão relacionados para ganhos em pequenas distâncias. A abertura é a forma do lóbulo na seção transversal na direção do sinal mais alto, e é lida bidimensionalmente. Às vezes, a abertura é expressa como o raio do círculo que aproxima da seção transversal ou o ângulo do cone. O padrão de radiação, é o padrão tridimensional do ganho, normalmente é considerado graficamente só as seções transversais entre si, ou seja, horizontais e verticais bidimensionais representadas no padrão de radiação em direção à frente de propagação de onda. Lóbulos laterais, em geral, detraem a qualidade da antena sempre que o sistema está sendo usado para determinar a direção de um sinal, (como em sistemas de radar) e reduz ganho no lóbulo principal de distribuição de potência.

(c)py5aal  Esquema de procedimentos para levantamento de ionogramas através da reflexão ionosférica utilizando ionossondas é utilizado no Brasil onde a pesquisa da ionosfera é principalmente executada pela Divisão de Aeronomia do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, INPE. Os estudos ionosféricos iniciaram em 1963, através da recepção de sinais de satélites. Em 1973, em Cachoeira Paulista,SP, a pesquisa através de ionosondas teve seu aprimoramento e alargamento dos dados coletados. Em 1975, em Fortaleza, Ceará foram instalados equipamentos de pesquisa, entre estes antenas transmissores e ionossondas de grande precisão. Em 1984, o Ministério da Aeronáutica brasileiro autorizou o Centro Tecnológico Aeroespacial (CTA) a efetuar experiências e sondagens com foguetes ionosféricos e equipamentos desenvolvidos pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). A Universidade Estadual do Maranhão e o INPE, firmaram um convênio tecnológico e construíram um observatório espacial em São Luis, Maranhão, este foi aquipado com uma digissonda, e um radar de espalhamento coerente (ESCO). A função destes instrumentos científicos é estudar o comportamento da ionosfera, os processos dinâmicos, eletrodinâmicos e químicos do plasma. Os dados recolhidos através de sensoriamento remoto utilizam foguetes, satélites, sistemas de modelagem e simulação dos processos ionosféricos e termosféricos.

(c)py5aal  A propagação de ondas eletromagnéticas no plasma ionosférico, se comporta analogamente como ondas sônicas dentro de fluídos de diferentes densidades. Ora refletindo, ora refratando, ora sem oferecer resistência alguma. Num plasma com n colisões por segundo de partículas, entre estas: íons; átomos; moléculas; elétrons; neutrinos; etc, o movimento termo-eletrônico tem características ora fluidas, ora sólidas, ora gasosas. O plasma ionosférico não é líquido, nem sólido, tampouco gasoso, seu comportamento é difícil de prever, por isso as previsões de condições de propagação de radiofreqüência são tão complexas.

INSOLAÇÃO

(c)py5aal  A ionosfera, dependendo da insolação, nas bandas de Raio-X e luz ultra-violeta, separa-se em camadas, isso ocorre devida absorção energética de seus componentes. No plasma ionosférico encontramos condutividade iônica e permessividade eletromagnética , isto é, em alguns momentos parece se comportar como um condutor elétrico ou placa metálica, em outros pode se comportar como um condutor sintonizado em determinadas freqüências podendo refletir ou refratar determinados comprimentos de onda praticamente sem perdas, absorver outros comprimentos de onda inutilizando totalmente a propagação destas.

Variação da densidade ionosférica.

Durante o dia o aumento da densidade ionosférica é significativo, conseqüentemente, a altitude da região diminui. À noite com a diminuição da densidade, a ionosfera aumenta sua altitude ficando mais tênue, propiciando um aumento da propagação de ondas de rádio para distâncias maiores.