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 a altitude de 50 km na superfície da Terra.
A atmosfera da Terra é o envelope gasoso que envolve o planeta. De acordo com a composição química e variação de temperatura, divide-se em 5 camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.
A troposfera se estende desde a superfície da Terra até 10 km de altura. A camada seguinte, 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 a 10.000 km de altura, sendo o limite com o 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 a distância até a linha terrestre equatorial.
Nos pólos do planeta, a estratosfera começa entre 6 e 10 km 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 são definidas pela temperatura: as camadas frias estão no fundo e as camadas quentes estão no topo.
Além disso, a estratosfera tem uma camada onde 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 ozono. 85 a 90% do total de ozônio presente na atmosfera da Terra é encontrado na estratosfera.
O ozônio é formado na estratosfera por meio de uma reação fotoquímica (reação química onde a luz intervém) que sofre oxigênio. Grande parte dos gases da estratosfera entra 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 os clorofluorcarbonos. Algumas dessas substâncias vêm de erupções vulcânicas. A concentração de vapor de água (H 2 O em estado gasoso) na estratosfera é muito baixa.
Na estratosfera, a mistura de gases na vertical é muito lenta e praticamente nula, devido à ausência de turbulência. Por esta razão, compostos químicos e outros materiais que entram nesta camada permanecem nela por um longo tempo.
Temperatura
A temperatura na estratosfera apresenta um comportamento inverso àquele da troposfera. Nesta camada a temperatura aumenta com a altitude.
Este aumento de temperatura é devido à ocorrência de reações químicas que liberam calor, onde o ozônio intervém (O 3 ). Na estratosfera, há quantidades consideráveis de ozônio, que absorve a radiação ultravioleta de alta energia do sol.
A estratosfera é uma camada estável, sem turbulência que mistura os gases. O ar é frio e denso na parte mais baixa 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:
O2 + LUZ UV → O + O
Os átomos de oxigênio (O) são altamente reativos e reagem com moléculas de oxigênio (O 2 ) para formar o ozônio (O 3 ):
O + O 2 → O 3 + Calor
Neste processo o calor é liberado (reação exotérmica). Essa reação química é a fonte de calor na estratosfera e provoca 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 ), como mostrado pela seguinte reação química:
O 3 + LUZ UV → O + O 2
Na estratosfera, os processos de formação e destruição do ozônio estão em um equilíbrio que mantém sua concentração constante.
Desta 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 cultivos e plantas em geral.
Destruição da camada de ozono
Compostos de CFC
Desde a década de 1970, os pesquisadores têm expressado grande preocupação sobre os efeitos nocivos dos compostos de clorofluorcarbono (CFC) na camada de ozônio.
Em 1930, foi introduzido o uso de compostos clorofluorcarbonos chamados comercialmente freons. Entre estes estão CFCl3 (Freon 11), CF2Cl2 (Freon 12), C2F3Cl3 (Freon 113) e C2F4Cl2 (Freon 114). Estes compostos são facilmente compressíveis, relativamente não reativos e não inflamáveis.
Eles começaram a ser usados como refrigerantes em condicionadores de ar e refrigeradores, substituindo a amônia (NH 3 ) e o dióxido de enxofre líquido (SO 2 ) (altamente tóxico).
Subsequentemente, os CFC foram utilizados em grandes quantidades no fabrico de artigos de plástico descartáveis, como propulsores para produtos comerciais na forma de latas de aerossol e como solventes para a limpeza de cartões de dispositivos electrónicos.
O uso generalizado e em larga escala de CFCs criou um sério problema ambiental, uma vez que aqueles usados em indústrias e usos de refrigerantes são lançados 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.
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 de aviões supersônicos, às emissões das atividades humanas na Terra e à atividade vulcânica.
Diluição e buracos na camada de ozono
Na década de 1980, descobriu-se que um orifício na camada de ozônio havia se formado acima da área do pólo sul. Nesta área, a quantidade de ozônio foi reduzida pela metade.
Também foi descoberto que acima do Pólo Norte e ao longo da estratosfera, a camada de ozônio diminuiu, isto é, 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 a completa eliminação do uso de CFCs é necessária e urgente.
Acordos internacionais para restringir o uso de CFCs
Em 1978, muitos países proibiram o uso de CFCs como propelentes para produtos comerciais na forma de aerossóis. Em 1987, a grande maioria dos países industrializados assinou o chamado Protocolo de Montreal, um acordo internacional no qual foram estabelecidas metas para a redução gradual da fabricação de CFC e sua total eliminação 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 há 4 forças básicas: o elevador, o peso do avião, a resistência e o empuxo.
O elevador é uma força que segura o avião e o empurra para cima; quanto maior a densidade do ar, maior o aumento. O peso, por outro lado, é a força com a qual a gravidade da Terra puxa o avião em direção ao 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 avião.
O empurrão é a força que move o avião para frente. Como vemos, o impulso e o elevador favorecem o vôo; o peso e o ato de resistência desfavorecendo o vôo do avião.
Aviões voando na troposfera
Os aviões comerciais e civis a curtas distâncias, voam aproximadamente a 10.000 metros de altura, isto é, no limite superior da troposfera.
Em todos os aviões é necessário que haja pressurização da cabine, que consiste no bombeamento de ar comprimido no cockpit da aeronave.
Por que a pressurização da cabine é necessária?
À medida que a aeronave sobe para altitudes mais altas, a pressão atmosférica externa diminui e o conteúdo de oxigênio também diminui.
Se o ar pressurizado não fosse fornecido para a cabine, os passageiros sofreriam de hipóxia (ou mal de montanha), com sintomas como fadiga, tontura, dor de cabeça e perda de consciência devido à falta de oxigênio.
Se ocorrer uma falha no suprimento de ar comprimido para a cabine ou uma descompressão, surgiria uma emergência em que o avião deve descer imediatamente e todos os ocupantes devem usar máscaras de oxigênio.
Voos na estratosfera, aviões supersônicos
Em alturas superiores a 10.000 metros, na estratosfera, a densidade da camada gasosa é menor e, portanto, a sustentação que favorece o vôo também é menor.
Por outro lado, nessas altas altitudes, o teor de oxigênio (O 2 ) no ar é menor, e isso é necessário tanto para a combustão do combustível diesel que faz o motor do avião funcionar quanto para uma pressurização efetiva na cabine.
Em altitudes superiores a 10.000 metros acima da superfície da Terra, o avião tem que ir a velocidades muito altas, chamadas supersônicas, atingindo mais de 1.225 km / hora ao nível do mar.
Desvantagens de aeronaves supersônicas desenvolvidas até o presente
Os vôos supersônicos produzem as chamadas explosões sônicas, que são ruídos muito altos, semelhantes ao trovão. Esses ruídos afetam negativamente os animais e os seres humanos.
Além disso, essas aeronaves supersônicas precisam usar mais combustível e, portanto, produzir mais poluentes do ar do que os aviões que voam em altitudes mais baixas.
Aeronaves supersônicas exigem motores muito mais potentes e materiais especiais caros para sua fabricação. Os voos comerciais eram tão economicamente caros que sua implementação não era rentável.
