Troposfera: a camada mais baixa da atmosfera

A camada mais baixa da atmosfera na qual os organismos vivos operam é chamada de troposfera. É a região de fortes movimentos de ar e formações de nuvens. Foi uma mistura de vários gases que permaneceu razoavelmente em abundância. No entanto, vapor de água e poeira ocorreram na troposfera em concentrações extremamente variáveis.

O ar na troposfera, o ar que respiramos, consiste em um volume de cerca de 78% de nitrogênio (N ₂ ), 21% de oxigênio (O ₂ ), 1% de argônio (Ar) e 0, 03% de dióxido de carbono (CO ₂ ). Também estão presentes vestígios de outros gases, muitos dos quais são inertes. Os detalhes de todos estes gases são apresentados abaixo na tabela 1.2.

Tabela 1.2. Detalhes de diferentes gases na atmosfera do mundo:

A camada de maior interesse no controle da poluição é essa camada de troposfera, já que essa é a camada na qual a maioria dos seres vivos existe. Uma das mudanças mais recentes na troposfera envolve o fenômeno das chuvas ácidas. A precipitação ácida ou a deposição ácida ocorrem quando as emissões gasosas de óxidos de enxofre (SO _x ) e óxidos de nitrogênio (NO _x ) interagem com o vapor de água e a luz do sol e são convertidas quimicamente em compostos ácidos fortes como ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ) e ácido nítrico (HNO ₃ ).

Estes compostos, juntamente com outros produtos químicos orgânicos e inorgânicos, são depositados na terra como aerossóis e partículas (deposição seca) ou são transportados para a terra por gotas de chuva, flocos de neve, nevoeiro ou orvalho (deposição húmida).

Estratosfera:

A estratosfera é a massa de ar que se estende do nível mais alto da troposfera até o nível mais alto da estratosfera, cerca de 50 km acima da superfície da Terra. O ozônio presente forma uma camada de ozônio chamada ozonosfera. É formado a partir de oxigênio através de uma reação fotoquímica, onde a molécula de oxigênio se divide para formar oxigênio.

O ₂ + (h = radiação) = 2O

O oxigênio atômico combina-se com o oxigênio molecular e o ozônio forma-se.

O ₃ + O = O ₃

Ele forma um guarda-chuva chamado de guarda-chuva de ozônio que absorve a radiação ultravioleta do sol. Além disso, serve como um cobertor na redução da taxa de resfriamento da terra. Portanto, um equilíbrio entre o ozônio e o resto do ar é um fator significativo do meio ambiente.

Mesosfera:

Acima da estratosfera é a mesosfera em que há temperatura fria e baixa pressão atmosférica. A temperatura cai atingindo um mínimo de -95 ° C a 80-90 kms acima da superfície da Terra. A zona é chamada de menopausa.

Termosfera:

Acima da mesosfera está a termosfera que se estende até 500 km acima da superfície da Terra. É caracterizada por um aumento na temperatura da mesosfera. A zona superior à termosfera, onde ocorre a ionização das moléculas de oxigênio, é chamada ionosfera.

Exosfera

A atmosfera acima da ionosfera é chamada de exosfera do espaço exterior, que toma a atmosfera, exceto a do hidrogênio e do hélio, e se estende até 32.190 km da superfície da Terra. Tem temperatura muito alta devido às radiações do sol.

Propriedades Elementares da Atmosfera:

Os problemas de poluição surgem da confluência de contaminantes atmosféricos, condições meteorológicas adversas e, às vezes, certas condições topográficas. Devido à estreita relação que existe entre a poluição do ar e certas condições atmosféricas, é necessário ter alguma compreensão da meteorologia.

A fonte de todo fenômeno meteorológico é um ordenamento básico, mas variável, das propriedades elementares da atmosfera - calor, pressão, vento e umidade. Todas as condições meteorológicas, incluindo sistema de pressão, velocidade e direção do vento, umidade, temperatura e precipitação, resultam, em última análise, de relações variáveis ​​de calor, pressão, vento e umidade.

A interação desses quatro elementos pode ser observada em vários níveis de escala. Essas escalas de movimento estão relacionadas ao movimento de massa do ar, que pode ser global, continental, regional ou local no escopo. De acordo com sua faixa geográfica de influência, a escala de movimento pode ser designada como escala macro, mesoescala ou microescala.

Escala macro:

O movimento atmosférico nesta escala envolve os padrões planetários de circulação, o grande movimento das correntes de ar sobre o hemisfério. Esses fenômenos ocorrem em escalas de milhares de quilômetros e são exemplificados pelas áreas de alta e baixa pressão semi-permanentes sobre oceanos e continentes.

O movimento do ar na escala global não é simplesmente na direção longitudinal do equador para os pólos ou vice-versa, porque o efeito duplo do diferencial de calor entre os pólos e o equador e da rotação da terra ao longo de seus eixos estabelece um padrão mais complicado de circulação de ar . É sob essa dupla influência da conversão térmica e da força do corol (efeito da rotação da Terra na velocidade e direção do vento) que se formam áreas de alta e baixa pressão, frentes frias ou quentes, furacões e tempestades de inverno.

Um dos elementos primários que influenciam o movimento da massa de ar nessa escala é a distribuição das massas de terra e água sobre as superfícies da Terra. A grande variação entre as capacidades condutivas das massas terrestres e oceânicas é responsável pelo desenvolvimento de muitos dos nossos sistemas climáticos.

Mesoescala:

O padrão de circulação se desenvolve sobre unidades geográficas regionais, principalmente devido à influência da topografia regional ou local. Esses fenômenos ocorrem em escalas de centenas de quilômetros. Movimento aéreo das superfícies terrestres - a localização de cadeias montanhosas, de corpos oceânicos, de florestamento e de desenvolvimento urbano.

Microescala:

Fenômeno de microescala ocorre em áreas de menos de 10 quilômetros. Ocorre dentro da camada de fricção, a camada da atmosfera ao nível do solo, onde os efeitos do estresse de atrito e as mudanças térmicas podem fazer com que os ventos se desviem de um padrão padrão.

O estresse friccional encontrado à medida que o ar se move sobre e ao redor de características físicas irregulares, como prédios, árvores, arbustos ou rochas, causa turbulência mecânica que influencia o padrão de movimento do ar. Calor radiante de trechos de asfalto e concreto urbanos, areias do deserto ou outras superfícies semelhantes causam turbulência térmica que também influencia os padrões de movimento do ar.

Os padrões de circulação em macroescala têm pouca influência direta na qualidade do ar na maioria dos casos. É o movimento do ar em níveis de mesoescala e escala micro que é de vital importância para os responsáveis ​​pelo controle da poluição do ar.

Calor:

O calor é uma variável crítica da atmosfera. É um importante catalisador das condições climáticas. A energia térmica na atmosfera vem do Sol como radiação de ondas curtas (cerca de 0, 5 µm), principalmente sob a forma de luz visível. A terra emite ondas muito mais longas (média de 10 µm) do que recebe, principalmente na forma de radiação de calor não visível.

Alguns dos raios do Sol são espalhados por moléculas de ar intermediárias. É esta dispersão de raios de diferentes comprimentos de onda que dá um céu claro a sua cor azul profundo. A dispersão é mais intensa à medida que o Sol se aproxima do horizonte e é este fenómeno que produz o Sol vermelho e o pôr do sol.

A superfície da Terra é o principal absorvedor de energia solar. Assim, a troposfera é aquecida principalmente do solo e não do sol.

Quatro importantes maneiras pelas quais a transferência de calor ocorre na troposfera são através do efeito estufa, do ciclo de condensação - evaporação, condução e convecção.

Ciclo de Evaporação-Condensação:

A evaporação da água requer o uso de energia e esta energia é absorvida da atmosfera e armazenada no vapor de água. Após a condensação, esta energia térmica é liberada. Como a evaporação geralmente ocorre na superfície da Terra ou próxima dela, enquanto a condensação normalmente ocorre nas regiões superiores da troposfera, o processo de evaporação-condensação tende a mover o calor das regiões mais baixas para regiões mais altas.

Condução:

A transferência de calor da terra para a atmosfera também é realizada através do processo de condução, transferência de calor pelo contato físico direto do ar e da terra. Conforme o ar se move para baixo, ele entra em contato com o solo mais quente e retira calor da terra para a atmosfera.

Convecção:

É um processo iniciado pelo aumento do ar quente e sugação de ar frio e é uma força importante na transferência de calor da terra para a troposfera. A convecção é um fator primário no movimento de massas de ar na macroescala.

Pressão:

A pressão é uma variável importante no fenômeno meteorológico. Como o ar tem peso, toda a atmosfera pressiona a terra abaixo dela. Esta pressão é comumente medida com um barômetro de mercúrio. Nos mapas meteorológicos, a distribuição de pressão em toda a atmosfera é representada por linhas isobáricas que conectam pontos de igual pressão atmosférica. Essas linhas delineiam células de alta e baixa pressão que influenciam o desenvolvimento dos principais sistemas climáticos.

Padrões de pressão sobre a Terra estão em fluxo constante à medida que a pressão do ar sobe nas mesmas regiões e cai em outras. A localização dos continentes, as diferenças na rugosidade e radiação da superfície, a energia eólica e os padrões globais de circulação combinam-se para forçar o desenvolvimento de sistemas ou células de alta e baixa pressão. A circulação ou movimento desses sistemas de alta e baixa pressão é responsável por muitas mudanças climáticas.

Vento:

O vento é simplesmente ar em movimento. Na escala macro, o movimento tem origem na distribuição desigual da temperatura atmosférica e pressão sobre a superfície da Terra e é significativamente influenciado pela rotação da Terra. A direção do fluxo do vento é de alto a baixo, mas a força do coriolis (ou seja, o efeito da rotação da Terra na velocidade e direção do vento) tende a desviar as correntes de ar desses padrões esperados.

Em mesoescala e microescala, características topográficas influenciam criticamente o fluxo do vento. As variações de superfície têm um efeito óbvio na velocidade e direção do movimento do ar. Além disso, brisas marítimas e terrestres, ventos nas montanhas, nevoeiro costeiro, sistemas de precipitação em barlavento, ilhas de calor urbano são exemplos da influência da topografia regional e local nas condições atmosféricas.

A variação da capacidade condutora da terra e da água é responsável por outro efeito da topografia na direção do vento. Como a terra se aquece e esfria mais rapidamente do que os corpos vizinhos de água, os ventos costeiros caem em um padrão de brisa do mar durante o dia e brisas noturnas.

A velocidade do vento é geralmente medida por um anemômetro, um instrumento que normalmente consiste em três ou quatro capas hemisféricas dispostas em torno de um eixo vertical. Quanto mais rápida a taxa de rotação das capas, maior a velocidade do vento.

Umidade:

A evaporação à condensação à precipitação é um ciclo de repetição constante em nosso ambiente. A umidade é primeiramente transferida das superfícies da Terra para a atmosfera. O vapor de água então se condensa e forma nuvens.

O ciclo se completa quando o vapor condensado é devolvido à superfície da Terra em alguma forma de precipitação, chuva, granizo, neve ou granizo. Topografia desempenha um papel importante na distribuição de umidade. As montanhas tendem a forçar o aumento do ar carregado de umidade, resultando em uma precipitação mais forte no lado de barlavento de uma faixa.

Humidade relativa:

A quantidade de vapor de água presente na atmosfera é medida em termos de umidade. Quanto maior a temperatura do ar, mais vapor de água ele pode reter antes de ficar saturado. No nível do solo, um aumento de temperatura de 11, 1 ° C praticamente dobra a capacidade de umidade da atmosfera.

A umidade relativa é medida por um instrumento chamado psicrômetro. O termômetro de bulbo seco de um psicrômetro indica a temperatura do ar, enquanto o termômetro de bulbo úmido mede a quantidade de resfriamento que ocorre quando a umidade no bulbo evapora. Com a diferença nas duas leituras e a temperatura do bulbo seco, pode-se obter leituras de umidade relativa das mesas do psicrômetro.