Estratosfera: características, funções, temperatura

A estratosfera é uma das camadas da atmosfera da Terra, localizada entre a troposfera e a mesosfera. A altitude do limite inferior da estratosfera varia, mas pode ser tomada como 10 km para as latitudes médias do planeta. Seu limite superior é de 50 km de altitude acima da superfície da Terra.

A atmosfera da Terra é o envelope de gás que circunda o planeta. De acordo com a composição química e a variação de temperatura, é dividido em 5 camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera .

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Figura 1. Estratosfera vista do espaço. Fonte: Espaço Gacial Axa NOSA [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

A troposfera se estende da superfície da Terra a 10 km de altura. A próxima camada, a estratosfera, vai de 10 km a 50 km acima da superfície da Terra.

A mesosfera varia de 50 km a 80 km de altura. A termosfera de 80 km a 500 km e, finalmente, a exosfera se estende de 500 km a 10.000 km de altura, sendo o limite com espaço interplanetário.

Características da estratosfera

Localização

A estratosfera está localizada entre a troposfera e a mesosfera. O limite inferior dessa camada varia com a latitude ou distância do equador terrestre.

Nos pólos do planeta, a estratosfera começa entre 6 e 10 km de altura acima da superfície da Terra. No equador, começa entre 16 e 20 km de altitude. O limite superior é de 50 km acima da superfície da Terra.

Estrutura

A estratosfera tem sua própria estrutura em camadas, que é definida pela temperatura: as camadas frias estão na parte inferior e as camadas quentes estão na parte superior.

Além disso, a estratosfera possui uma camada em que existe uma alta concentração de ozônio, chamada camada de ozônio ou ozonosfera, que fica entre 30 e 60 km acima da superfície da Terra.

Composição química

O composto químico mais importante na estratosfera é o ozônio. 85 a 90% do ozônio total presente na atmosfera da Terra está na estratosfera.

O ozônio é formado na estratosfera por meio de uma reação fotoquímica (reação química onde a luz intervém) pela qual o oxigênio sofre. Muitos dos gases na estratosfera entram na troposfera.

A estratosfera contém ozônio (O 3 ), nitrogênio (N 2 ), oxigênio (O 2 ), óxidos de nitrogênio, ácido nítrico (HNO 3 ), ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ), silicatos e compostos halogenados, como clorofluorcarbonetos. Algumas dessas substâncias provêm de erupções vulcânicas. A concentração de vapor de água (H 2 S gasoso) na estratosfera, é muito baixo.

Na estratosfera, a mistura de gases verticalmente é muito lenta e praticamente zero, devido à ausência de turbulência. Por esse motivo, os compostos químicos e outros materiais que entram nessa camada permanecem nela por um longo tempo.

Temperatura

A temperatura na estratosfera tem um comportamento inverso ao que tem na troposfera. Nesta camada, a temperatura aumenta com a altitude.

Esse aumento de temperatura é devido à ocorrência de reações químicas que liberam calor, onde o ozônio está envolvido (O 3 ). Existem quantidades consideráveis ​​de ozônio na estratosfera, que absorve a radiação ultravioleta de alta energia do sol.

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A estratosfera é uma camada estável, sem turbulência que mistura os gases. O ar é frio e denso na parte inferior e na parte mais alta é quente e leve.

Formação de ozônio

Na estratosfera, o oxigênio molecular (O 2 ) é dissociado pelo efeito da radiação ultravioleta (UV) do Sol:

O 2 + LUZ UV → O + O

Os átomos de oxigênio (O) são altamente reativos e reagem com as moléculas de oxigênio (O 2 ) para formar ozônio (O 3 ):

O + O 2 → O 3 + Calor

Nesse processo, o calor é liberado ( reação exotérmica ). Essa reação química é a fonte de calor na estratosfera e causa altas temperaturas nas camadas superiores.

Funções

A estratosfera cumpre uma função protetora de todas as formas de vida que existem no planeta Terra. A camada de ozônio impede que a radiação ultravioleta (UV) de alta energia atinja a superfície da Terra.

O ozônio absorve a luz ultravioleta e se decompõe em oxigênio atômico (O) e oxigênio molecular (O 2 ), conforme mostrado na seguinte reação química:

O 3 + LUZ UV → O + O 2

Na estratosfera, os processos de formação e destruição do ozônio estão em equilíbrio que mantém sua concentração constante.

Dessa forma, a camada de ozônio funciona como um escudo protetor contra a radiação UV, que é a causa de mutações genéticas, câncer de pele, destruição de culturas e plantas em geral.

Destruição da camada de ozônio

Compostos CFC

Desde a década de 1970, os pesquisadores manifestaram grande preocupação com os efeitos nocivos dos compostos de clorofluorocarbono (CFCs) na camada de ozônio.

Em 1930, foi introduzido o uso de compostos de clorofluorocarbono chamados freons comercialmente. Entre estes são CFCl 3 (Freon 11) CF 2 Cl 2 (Freon 12), C 2 F 3 Cl 3 (Freon 113) e C 2 F 4 Cl 2 (Freon 114). Estes compostos são facilmente compressíveis, relativamente pouco reativos e não inflamáveis.

Eles começaram a ser usados ​​como refrigerantes em condicionadores de ar e refrigeradores, substituindo amônia (NH 3 ) e dióxido de enxofre líquido (SO 2 ) (altamente tóxico).

Posteriormente, os CFCs têm sido utilizados em grandes quantidades na fabricação de itens plásticos descartáveis, como propulsores de produtos comerciais na forma de aerossóis enlatados e como solventes para a limpeza de cartões de dispositivos eletrônicos.

O uso generalizado e em larga escala de CFCs causou um sério problema ambiental, uma vez que os usados ​​nas indústrias e usos de refrigerantes são liberados na atmosfera.

Na atmosfera, esses compostos se difundem lentamente na estratosfera; Nesta camada, eles sofrem decomposição devido à radiação UV:

CFCl 3 → CFCl 2 + Cl

CF 2 Cl 2 CF 2 Cl + Cl

Os átomos de cloro reagem muito facilmente com o ozônio e o destroem:

Cl + O 3 → ClO + O 2

Um único átomo de cloro pode destruir mais de 100.000 moléculas de ozônio.

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Óxidos de nitrogênio

Os óxidos de nitrogênio NO e NO 2 reagem destruindo o ozônio. A presença desses óxidos de nitrogênio na estratosfera deve-se aos gases emitidos pelos motores das aeronaves supersônicas, às emissões das atividades humanas na Terra e às atividades vulcânicas.

Diluição e buracos na camada de ozônio

Na década de 1980, descobriu-se que um buraco havia se formado na camada de ozônio acima da área do Polo Sul. Nesta área, a quantidade de ozônio havia sido reduzida pela metade.

Também foi descoberto que, acima do Polo Norte e em toda a estratosfera, a camada protetora de ozônio se tornou mais fina, ou seja, reduziu sua largura porque a quantidade de ozônio diminuiu consideravelmente.

A perda de ozônio na estratosfera tem sérias conseqüências para a vida no planeta, e vários países aceitaram que uma redução drástica ou eliminação completa do uso de CFCs é necessária e urgente.

Acordos internacionais de restrição ao uso de CFCs

Em 1978, muitos países proibiram o uso de CFCs como propulsores de produtos comerciais na forma de aerossóis. Em 1987, a grande maioria dos países industrializados assinou o chamado Protocolo de Montreal, um acordo internacional em que foram estabelecidas metas para a redução gradual da fabricação de CFCs e sua eliminação total no ano 2000.

Vários países violaram o Protocolo de Montreal, porque essa redução e eliminação dos CFCs afetaria sua economia, colocando os interesses econômicos antes da preservação da vida no planeta Terra.

Por que os aviões não voam na estratosfera?

Durante o vôo de um avião, quatro forças básicas atuam: a sustentação, o peso do avião, a resistência e o impulso.

O elevador é uma força que segura o avião e o empurra; Quanto maior a densidade do ar, maior o elevador. Peso, por outro lado, é a força com a qual a gravidade da Terra atrai o avião para o centro da Terra.

A resistência é uma força que retarda ou impede o avanço do avião. Essa força de resistência atua na direção oposta à trajetória do plano.

O impulso é a força que move o avião para frente. Como podemos ver, empurre e levante o favor do voo; o peso e a resistência atuam a favor do voo do avião.

Aviões voando na troposfera

Aviões comerciais e civis a curtas distâncias voam aproximadamente 10.000 metros de altura, ou seja, no limite superior da troposfera.

Em todos os aviões, é necessário que haja pressurização da cabine, que consiste em bombear ar comprimido para dentro da cabine da aeronave.

Por que a pressurização da cabine é necessária?

À medida que o avião sobe a alturas maiores, a pressão atmosférica externa diminui e o conteúdo de oxigênio também diminui.

Se não fosse fornecido ar pressurizado à cabine, os passageiros sofreriam de hipóxia (ou doença das montanhas), com sintomas como fadiga, tontura, dor de cabeça e perda de consciência devido à falta de oxigênio.

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Se houver uma falha no fornecimento de ar comprimido para a cabine ou uma descompressão, haveria uma emergência em que a aeronave deve descer imediatamente e todos os ocupantes devem usar máscaras de oxigênio.

Voos da estratosfera, aviões supersônicos

Em alturas superiores a 10.000 metros, na estratosfera, a densidade da camada de gás é menor e, portanto, a sustentação que favorece o vôo também é menor.

Por outro lado, nessa grande altura, o conteúdo de oxigênio (O 2 ) no ar é menor, e isso é necessário tanto para a combustão do combustível diesel que faz o motor da aeronave funcionar, quanto para uma pressurização eficaz na cabine.

A alturas superiores a 10.000 metros acima da superfície da Terra, o avião deve atingir velocidades muito altas, chamadas supersônicas, atingindo 1.225 km / hora ao nível do mar.

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Figura 2. Avião comercial supersônico Concorde. Fonte: Eduard Marmet [CC BY-SA 3.0 GFDL 1.2]

Desvantagens de aeronaves supersônicas desenvolvidas até o presente

Os vôos supersônicos produzem as chamadas explosões sônicas, que são muito barulhentas, como trovões. Esses ruídos afetam negativamente animais e humanos.

Além disso, esses aviões supersônicos precisam usar mais combustível e, portanto, produzem mais poluentes do que os aviões que voam em alturas mais baixas.

Aeronaves supersônicas requerem motores muito mais potentes e materiais especiais caros para sua fabricação. Os vôos comerciais eram tão economicamente caros que sua implementação não foi lucrativa.

Referências

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