Acima: Características da Atmosfera. (Fonte: Wikipédia)
INTRODUÇÃO
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Se pode conceituar que as atmosferas são nuvens de gás ligadas e engolfando um ponto focal astronômico de massa suficientemente dominante, um núcleo planetário pode se desenvolver de nuvens moleculares interestelares ou discos protoplanetários em objetos astronômicos rochosos com atmosferas variadamente espessas, gigantes gasosos ou fusores. A composição em camadas da atmosfera minimiza os efeitos nocivos da luz solar, radiação ultravioleta, vento solar e raios cósmicos e, portanto, protege os organismos de danos genéticos. A composição atual da atmosfera da Terra é o produto de bilhões de anos de modificação bioquímica da paleoatmosfera por organismos vivos.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A atmosfera da Terra é composta por uma camada de mistura de gases que envolve a superfície planetária da Terra ( terras e oceanos ), conhecida como ar, com quantidades variáveis de aerossóis e partículas suspensas, que criam características climáticas como nuvens e neblinas, todas retidas pela gravidade da Terra. A atmosfera serve como um tampão protetor entre a superfície da Terra e o espaço sideral, protege a superfície da maioria dos meteoroides e da radiação solar ultravioleta, mantém-na aquecida e reduz a variação diurna da temperatura, temperaturas extremas entre o dia e a noite, por meio da retenção de calor através de efeito estufa que redistribui o calor e a umidade entre diferentes regiões por meio de correntes de ar e fornece as condições químicas e climáticas que permitem que a vida exista e evolua na Terra.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A composição e a espessura é originalmente determinada pela química e temperatura, por fração molar, o ar seco contém 78,08% de Nitrogênio, 20,95% de Oxigênio , 0,93% de Argônio , 0,04% de dióxido de carbono e pequenas quantidades de outros gases traço, além de uma quantidade variável de vapor de água, em média cerca de 1% ao nível do mar e 0,4% em toda a atmosfera. A composição do ar, a temperatura e a pressão atmosférica variam com a altitude. Dentro da atmosfera, o ar adequado para uso na fotossíntese por plantas terrestres e na respiração de animais terrestres é encontrado até 12 quilômetros do solo.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A atmosfera primitiva da Terra consistia em gases acrescidos da nebulosa solar, mas mudou significativamente ao longo do tempo, afetada por muitos fatores como vulcanismo, eventos de impacto, intemperismo e a evolução da vida, particularmente os fotoautotróficos. Recentemente, a atividade humana também contribui para mudanças físico-químicas, como mudanças climáticas, por meio do desmatamento, combustíveis fósseis, redução da camada de ozônio e deposição ácida .
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A atmosfera tem uma massa de cerca de 5,15 × 10¹⁸ kg, três quartos dos quais estão a cerca de 11 km da superfície. A atmosfera se torna menos densa com o aumento da altitude, sem uma fronteira definida com o espaço, mas a linha de Kármán, a 100 km ou 1,57% do raio da Terra, é frequentemente usada como a fronteira entre a atmosfera e o espaço sideral, porém, os efeitos atmosféricos tornam-se perceptíveis durante a reentrada de uma nave espacial a uma altitude de cerca de 120 km. Várias camadas podem ser distinguidas na atmosfera com base em características como temperatura e composição, nomeadamente a troposfera, a estratosfera, a mesosfera , a termosfera em que consta a ionosfera e a exosfera.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL O estudo da atmosfera da Terra e seus processos é chamado de ciência atmosférica ou Aerologia, e inclui vários subcampos, como climatologia e física atmosférica. Os primeiros pioneiros no campo incluem Léon Teisserenc de Bort e Richard Assmann, e o estudo da atmosfera histórica é chamado de paleoclimatologia .
BREVE HISTÓRICO
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Os primeiros estudos científicos sobre a composição atmosférica começaram no século XVIII, quando químicos como Joseph Priestley, Antoine Lavoisier e Henry Cavendish fizeram as primeiras medições da sua composição. No final do século XIX e início do século XX, o interesse mudou para constituintes vestigiais com concentrações muito pequenas. Uma descoberta particularmente importante para a química atmosférica foi o ozônio por Christian Friedrich Schönbein em 1840. No século XX, a ciência atmosférica passou do estudo da composição do ar para uma consideração de como as concentrações de gases traço na atmosfera mudaram ao longo do tempo e os processos químicos que criam e destroem compostos no ar. Dois exemplos particularmente importantes disso foram a explicação de Sydney Chapman e Gordon Dobson de como a camada de ozônio é criada e mantida, e a explicação do smog fotoquímico por Arie Jan Haagen-Smit. Estudos posteriores sobre questões do ozônio levaram ao Prêmio Nobel de Química de 1995, compartilhado entre Paul Crutzen , Mario Molina e Frank Sherwood Rowland. No século 21, o foco está mudando novamente, a química atmosférica é cada vez mais estudada como uma parte do sistema da Terra. Em vez de se concentrar na química isoladamente, o foco agora é vê-la como uma parte de um único sistema com o resto da atmosfera, biosfera e geosfera. Um impulsionador especialmente importante para isso são as ligações entre a química e o clima, como os efeitos da mudança climática na recuperação do buraco de ozônio e vice-versa, mas também a interação da composição da atmosfera com os oceanos e ecossistemas terrestres.
DESCRIÇÃO
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#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 como sendo 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. 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.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL 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. É composta de nitrogênio (78%), oxigênio (21%), argônio (0,9%), dióxido de carbono (0,04%) e outros gases. A maioria dos organismos usa oxigênio para a respiração e bactérias realizam a fixação de nitrogênio que produz amônia que é usada para fazer nucleotídeos e aminoácidos. Plantas, algas e cianobactérias usam dióxido de carbono para a fotossíntese, a composição em camadas da atmosfera minimiza os efeitos nocivos da radiação solar ultravioleta dentre outros comprimentos de onda, além do vento solar e raios cósmicos. A composição atual da atmosfera da Terra é o produto de bilhões de anos de modificação bioquímica da paleoatmosfera por organismos vivos.
CARACTERÍSTICAS DA ATMOSFERA DA TERRA
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A atmosfera da Terra é composta por gases que envolvem a superfície, com quantidades variáveis de aerossóis e partículas suspensas. Sua composição de disposioção cria características climáticas como nuvens, neblinas, etc retidas pela gravidade da Terra. A atmosfera serve como um escudo protetor entre a superfície da Terra e o espaço sideral, protege a superfície da maioria dos meteoroides e da radiação solar, mantém-na aquecida e reduz a variação diurna das temperaturas extremas entre o dia e a noite e, por meio da retenção de calor através do efeito estufa, redistribui o calor e a umidade entre diferentes regiões pelas correntes de ar. Também fornece as condições químicas e climáticas que permitem que a vida exista e evolua na Terra.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Resumidamente, a atmosfera da Terra é composta de camadas com diferentes propriedades, como composição gasosa específica, temperatura e pressão. A troposfera é a camada mais baixa da atmosfera. Ela se estende da superfície planetária até o fundo da estratosfera, ela contém 75–80% da massa da atmosfera, e é a camada atmosférica onde ocorre o clima. Sua altura varia entre 17 km no equador e 7,0 km nos polos. A estratosfera se estende do topo da troposfera até o fundo da mesosfera, contém a camada de ozônio, a uma altitude entre 15 km e 35 km. É a camada atmosférica que absorve a maior parte da radiação ultravioleta que a Terra recebe do Sol. A mesosfera varia de 50 km a 85 km, onde a maioria dos meteoros são incinerados antes de atingir a superfície. A termosfera se estende de uma altitude de 85 km até a base da exosfera a 690 km e contém a ionosfera , onde a radiação solar ioniza a atmosfera. A densidade da ionosfera é maior em curtas distâncias da superfície planetária durante o dia e diminui à medida que a ionosfera sobe à noite, permitindo assim que uma maior gama de radiofrequências viaje por maiores distâncias. A exosfera começa entre 690 e 1.000 km da superfície e se estende até aproximadamente 10.000 km, onde interage com a magnetosfera da Terra.
QUÍMICA ATMOSFÉRICA
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL De uma forma mais detalhada, por fração molar ou seja, por quantidade de moléculas, o ar atmosférico seco contém 78,08% de nitrogênio, 20,95% de oxigênio, 0,93% de argônio, 0,04% de dióxido de carbono e pequenas quantidades de outros gases além de uma quantidade variável de vapor de água, em média cerca de 1% ao nível do mar e 0,4% em toda a atmosfera. A composição do ar, a temperatura e a pressão atmosférica variam com a altitude. O ar adequado para a fotossíntes e na respiração de animais terrestres é encontrado até 12 quilômetros de altitude. A altitude máxima que um ser humano pode respirar é de cerca de 6 mil metros, sem suplementação de oxigênio. A partir de 8 mil metros de altitude, respirar se torna praticamente impossível, mesmo com oxigênio extra. O ar contém menos oxigênio à medida que a altitude aumenta. A doença da altitude ocorre quando se está com menos oxigênio no organismo. Este pode se adaptar a altitudes mais elevadas, aumentando a respiração e produzindo mais eritrócitos para transportar oxigênio aos tecidos. A maioria das pessoas pode se adaptar a altitudes de até 3.000 metros em poucos dias.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A atmosfera primitiva da Terra consistia em gases acrescidos da nebulosa solar, mas a atmosfera mudou significativamente ao longo do tempo, afetada por muitos fatores como vulcanismo, eventos de impacto, intemperismo e a evolução da vida, particularmente os fotoautotróficos. Recentemente, a atividade humana também contribui para mudanças atmosféricas e climáticas, principalmente por meio do desmatamento e aquecimento global relacionado a combustíveis fósseis, redução da camada de ozônio e deposição ácida.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A atmosfera tem uma massa de cerca de 5,15 × 10¹⁸ kg, três quartos dos quais estão a cerca de 11 km da superfície, ela se torna menos densa com o aumento da altitude, sem uma fronteira definida com o espaço sideral. A linha de Kármán, a 100 km de altitude ou 1,57% do raio da Terra, é frequentemente usada como a fronteira entre a atmosfera e o espaço sideral. Os efeitos atmosféricos tornam-se perceptíveis durante a reentrada atmosférica das naves espaciais a uma altitude de cerca de 120 km. Várias camadas podem ser distinguidas na atmosfera com base em características como temperatura e composição, conforme já citado anteriormente. Essas camadas são a troposfera , a estratosfera , a mesosfera , a termosfera chamada também de ionosfera e a exosfera.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL O estudo da atmosfera da Terra e seus processos é chamado de aerologia, e inclui vários subcampos, como climatologia e física atmosférica e o estudo da atmosfera histórica é chamado de paleoclimatologia, os pioneiros no seu estudo foram Léon Teisserenc de Bort e Richard Assmann. A química atmosférica é um ramo da ciência que estuda a composição da atmosfera da Terra. É uma abordagem multidisciplinar de pesquisa e se baseia na química ambiental, física, meteorologia, modelagem computacional, oceanografia, geologia e vulcanologia, além de outras disciplinas.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A composição e a química da atmosfera da Terra são importantes por várias razões, mas principalmente por causa das interações entre a atmosfera e os organismos vivos. A composição da atmosfera da Terra muda como resultado de processos naturais, como emissões de vulcões, raios e bombardeios por partículas solares e alterada pela atividade humana. Algumas dessas mudanças são prejudiciais à vida no planeta, às plantações e aos ecossistemas. Exemplos de problemas que foram abordados pela química atmosférica incluem chuva ácida, destruição da camada de ozônio, poluição fotoquímica, gases de efeito estufa e aquecimento global. Os químicos atmosféricos buscam entender as causas desses problemas e, ao obter uma compreensão teórica deles, permitem que possíveis soluções sejam testadas e os efeitos das mudanças na política governamental sejam avaliados.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Observações da química atmosférica são essenciais para a compreensão da sua dinâmica, elas informam sobre mudanças na composição ao longo do tempo. Um exemplo importante disso é a Curva de Keeling, citada anteriormente, que é uma série de medições desde 1958, que mostram o aumento constante na concentração de dióxido de carbono. As observações são feitas no laboratório de Mauna Loa e em plataformas móveis como aeronaves, por exemplo, o Facility for Airborne Atmospheric Measurements do Reino Unido, além de navios e balões. A composição atmosférica, cada vez mais, é analisada por satélites com instrumentos importantes como GOME e MOPITT, dando uma imagem global da poluição do ar e da química. Observações de superfície têm a vantagem de fornecer registros de longo prazo em alta resolução de tempo, mas são limitadas no espaço vertical e horizontal. Alguns instrumentos baseados em superfície, por exemplo, LIDAR, podem fornecer perfis de concentração de compostos químicos e aerossóis, mas ainda são restritos na região horizontal que podem cobrir.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Muitas observações estão disponíveis on-line em Atmospheric Chemistry Observational Databases. Medições feitas em laboratório são essenciais para entender as fontes e sumidouros de poluentes e compostos naturais. Esses experimentos são realizados em ambientes controlados que permitem a avaliação individual de reações químicas específicas ou a avaliação das propriedades de um constituinte atmosférico particular. Os tipos de análise incluem tanto aqueles em reações de fase gasosa, quanto reações heterogêneas que são relevantes para a formação e crescimento de aerossóis. Também de grande importância é o estudo da fotoquímica atmosférica que quantifica como a taxa na qual as moléculas são divididas pela luz solar e quais são os produtos resultantes, além disso, dados termodinâmicos como os coeficientes da lei de Henry também podem ser obtidos.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Para sintetizar e testar a compreensão teórica da química atmosférica, modelos de computador (como modelos de transporte químico ) são usados. Modelos numéricos resolvem as equações diferenciais que regem as concentrações de produtos químicos na atmosfera. Uma compensação comum em modelos numéricos é entre o número de compostos químicos e reações químicas modelados versus a representação do transporte e mistura na atmosfera. Por exemplo, um modelo de caixa pode incluir centenas ou mesmo milhares de reações químicas, mas terá apenas uma representação muito grosseira da mistura na atmosfera. Em contraste, modelos 3D representam muitos dos processos físicos da atmosfera, mas devido a restrições nos recursos do computador terão muito menos reações químicas e compostos. Modelos podem ser usados para interpretar observações, testar a compreensão de reações químicas e prever concentrações futuras de compostos químicos na atmosfera. Esses modelos podem ser globais ou podem ser regionais. A compensação entre as duas abordagens é sua resolução, bem como a quantidade de detalhes que podem fornecer. Modelos globais geralmente têm resolução horizontal mais baixa e representam mecanismos químicos menos complexos, mas simulam uma área maior, enquanto modelos regionais não simulam o globo inteiro, mas focam em uma área com resolução mais alta e mais detalhes. Uma tendência atual importante é que os módulos de química atmosférica se tornem uma parte dos modelos do sistema terrestre nos quais as ligações entre clima, composição atmosférica e a biosfera podem ser estudadas. Esses tipos de modelos permitem o acoplamento de diferentes compartimentos da Terra, como a atmosfera, a biosfera e a hidrosfera.
REFERÊNCIAS
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PARA APROFUNDAR CLIQUE -> ATMOSFERA
fessor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.