Estratosfera -Stratosphere
A estratosfera ( / s t r æ t ə ˌ s f ɪər , -t oʊ - / ) é a segunda camada da atmosfera da Terra , localizada acima da troposfera e abaixo da mesosfera . A estratosfera é uma camada atmosférica composta por camadas de temperatura estratificadas , com as camadas quentes de ar no alto do céu e as camadas frias de ar no céu baixo, próximas à superfície planetária da Terra. O aumento da temperatura com a altitude é resultado da absorção da radiação ultravioleta (UV) do Sol pela camada de ozônio . A inversão de temperatura contrasta com a troposfera, próxima à superfície da Terra, onde a temperatura diminui com a altitude.
Entre a troposfera e a estratosfera está a fronteira da tropopausa que demarca o início da inversão de temperatura . Perto do equador, a borda inferior da estratosfera é tão alta quanto 20 km (66.000 pés; 12 mi), em latitudes médias de cerca de 10 km (33.000 pés; 6,2 mi), e nos pólos cerca de 7 km (23.000 pés; 4,3 mi). ). As temperaturas variam de uma média de -51 ° C (-60 ° F; 220 K) perto da tropopausa a uma média de -15 ° C (5,0 ° F; 260 K) perto da mesosfera. As temperaturas estratosféricas também variam dentro da estratosfera à medida que as estações mudam, atingindo temperaturas particularmente baixas na noite polar (inverno). Os ventos na estratosfera podem exceder em muito os da troposfera, chegando perto de 60 m/s (220 km/h; 130 mph) no vórtice polar sul .
Camada de ozônio
O mecanismo que descreve a formação da camada de ozônio foi descrito pelo matemático britânico Sydney Chapman em 1930. O oxigênio molecular absorve a luz solar de alta energia na região UV-C , em comprimentos de onda inferiores a cerca de 240 nm. Os radicais produzidos a partir das moléculas de oxigênio divididas homoliticamente combinam-se com o oxigênio molecular para formar ozônio. O ozônio, por sua vez, é fotolisado muito mais rapidamente que o oxigênio molecular, pois possui uma absorção mais forte que ocorre em comprimentos de onda maiores, onde a emissão solar é mais intensa. A fotólise do ozônio (O 3 ) produz O e O 2 . O produto do átomo de oxigênio combina-se com o oxigênio molecular atmosférico para reformar O 3 , liberando calor. A rápida fotólise e a reforma do ozônio aquecem a estratosfera, resultando em uma inversão de temperatura. Este aumento de temperatura com a altitude é característico da estratosfera; sua resistência à mistura vertical significa que é estratificado. Dentro da estratosfera as temperaturas aumentam com a altitude (ver inversão de temperatura ) ; o topo da estratosfera tem uma temperatura de cerca de 270 K (-3 °C ou 26,6 °F ).
Essa estratificação vertical , com camadas mais quentes acima e camadas mais frias abaixo, torna a estratosfera dinamicamente estável: não há convecção regular e turbulência associada nesta parte da atmosfera. No entanto, processos de convecção excepcionalmente energéticos, como colunas de erupções vulcânicas e topos excessivos em tempestades de supercélulas severas , podem levar a convecção para a estratosfera em uma base muito local e temporária. No geral, a atenuação do UV solar em comprimentos de onda que danificam o DNA pela camada de ozônio permite que a vida exista na superfície do planeta fora do oceano. Todo o ar que entra na estratosfera deve passar pela tropopausa , a temperatura mínima que divide a troposfera e a estratosfera. O ar ascendente é literalmente liofilizado; a estratosfera é um lugar muito seco. O topo da estratosfera é chamado de estratopausa , acima da qual a temperatura diminui com a altura.
Formação
Sydney Chapman deu uma descrição correta da fonte de ozônio estratosférico e sua capacidade de gerar calor dentro da estratosfera; ele também escreveu que o ozônio pode ser destruído pela reação com o oxigênio atômico, produzindo duas moléculas de oxigênio molecular. Agora sabemos que existem mecanismos adicionais de perda de ozônio e que esses mecanismos são catalíticos, o que significa que uma pequena quantidade do catalisador pode destruir um grande número de moléculas de ozônio. O primeiro é devido à reação dos radicais hidroxila (•OH) com o ozônio. •OH é formado pela reação de átomos de oxigênio eletricamente excitados produzidos pela fotólise do ozônio, com vapor de água. Enquanto a estratosfera está seca, vapor de água adicional é produzido in situ pela oxidação fotoquímica do metano (CH 4 ). O radical HO 2 produzido pela reação de OH com O 3 é reciclado a OH por reação com átomos de oxigênio ou ozônio. Além disso, eventos de prótons solares podem afetar significativamente os níveis de ozônio via radiólise com a subsequente formação de OH. O óxido nitroso (N 2 O) é produzido por atividade biológica na superfície e é oxidado a NO na estratosfera; os chamados ciclos de radicais NO x também destroem o ozônio estratosférico. Finalmente, moléculas de clorofluorcarbono são fotolisadas na estratosfera liberando átomos de cloro que reagem com ozônio dando ClO e O 2 . Os átomos de cloro são reciclados quando ClO reage com O na estratosfera superior, ou quando ClO reage consigo mesmo na química do buraco de ozônio antártico.
Paul J. Crutzen, Mario J. Molina e F. Sherwood Rowland receberam o Prêmio Nobel de Química em 1995 por seu trabalho descrevendo a formação e decomposição do ozônio estratosférico.
Voo de aeronave
Aviões comerciais normalmente navegam em altitudes de 9 a 12 km (30.000 a 39.000 pés), que estão nos alcances mais baixos da estratosfera em latitudes temperadas. Isso otimiza a eficiência de combustível , principalmente devido às baixas temperaturas encontradas perto da tropopausa e à baixa densidade do ar, reduzindo o arrasto parasita na fuselagem . Dito de outra forma, permite que o avião voe mais rápido, mantendo a sustentação igual ao peso do avião. (O consumo de combustível depende do arrasto, que está relacionado à sustentação pela razão sustentação-arrasto .) Também permite que o avião fique acima do clima turbulento da troposfera.
A aeronave Concorde cruzou a Mach 2 a cerca de 60.000 pés (18 km), e o SR-71 cruzou a Mach 3 a 85.000 pés (26 km), todos dentro da estratosfera.
Como a temperatura na tropopausa e na estratosfera inferior é amplamente constante com o aumento da altitude, ocorre muito pouca convecção e sua turbulência resultante. A maior parte da turbulência nesta altitude é causada por variações na corrente de jato e outros cisalhamentos de vento locais, embora áreas de atividade convectiva significativa ( trovoadas ) na troposfera abaixo possam produzir turbulência como resultado de overshoot convectivo .
Em 24 de outubro de 2014, Alan Eustace tornou-se o recordista por atingir o recorde de altitude para um balão tripulado a 135.890 pés (41.419 m). Eustace também quebrou os recordes mundiais de paraquedismo de velocidade vertical, alcançado com velocidade máxima de 1.321 km / h (822 mph) e distância total de queda livre de 123.414 pés (37.617 m) - com duração de quatro minutos e 27 segundos.
Circulação e mistura
A estratosfera é uma região de intensas interações entre processos radiativos, dinâmicos e químicos, em que a mistura horizontal de componentes gasosos ocorre muito mais rapidamente do que a mistura vertical. A circulação geral da estratosfera é denominada circulação de Brewer-Dobson , que é uma circulação unicelular, que se estende dos trópicos até os pólos, consistindo na ressurgência tropical do ar da troposfera tropical e na ressurgência extratropical do ar. . A circulação estratosférica é uma circulação predominantemente impulsionada por ondas em que a ressurgência tropical é induzida pela força da onda pelas ondas de Rossby que se propagam para oeste , em um fenômeno chamado bombeamento de ondas de Rossby.
Uma característica interessante da circulação estratosférica é a oscilação quase bienal (QBO) nas latitudes tropicais, que é impulsionada por ondas de gravidade que são geradas convectivamente na troposfera . O QBO induz uma circulação secundária que é importante para o transporte estratosférico global de traçadores, como ozônio ou vapor de água .
Outra característica de grande escala que influencia significativamente a circulação estratosférica é a quebra das ondas planetárias, resultando em intensa mistura quase horizontal nas latitudes médias. Essa quebra é muito mais pronunciada no hemisfério de inverno, onde essa região é chamada de zona de arrebentação. Essa quebra é causada devido a uma interação altamente não linear entre as ondas planetárias que se propagam verticalmente e a região isolada de vorticidade de alto potencial conhecida como vórtice polar . A quebra resultante causa uma mistura em grande escala de ar e outros gases residuais em toda a zona de surf de latitude média. A escala de tempo desta mistura rápida é muito menor do que as escalas de tempo muito mais lentas de ressurgência nos trópicos e ressurgência nos extratrópicos.
Durante os invernos do hemisfério norte, aquecimentos estratosféricos repentinos , causados pela absorção das ondas de Rossby na estratosfera, podem ser observados em aproximadamente metade dos invernos quando os ventos de leste se desenvolvem na estratosfera. Esses eventos geralmente precedem o clima incomum de inverno e podem até ser responsáveis pelos invernos frios europeus da década de 1960.
O aquecimento estratosférico do vórtice polar resulta em seu enfraquecimento. Quando o vórtice é forte, ele mantém as massas de ar frias e de alta pressão contidas no Ártico ; quando o vórtice enfraquece, as massas de ar se movem em direção ao equador e resultam em rápidas mudanças de clima nas latitudes médias.
Vida
Bactérias
A vida bacteriana sobrevive na estratosfera, tornando-se parte da biosfera . Em 2001, a poeira foi coletada a uma altura de 41 quilômetros em um experimento de balão de alta altitude e foi encontrado material bacteriano quando examinado posteriormente em laboratório.
Aves
Algumas espécies de aves foram relatadas para voar nos níveis superiores da troposfera. Em 29 de novembro de 1973, um abutre de Rüppell ( Gyps rueppelli ) foi ingerido em um motor a jato 11.278 m (37.000 pés) acima da Costa do Marfim , e gansos com cabeça de barra ( Anser indicus ) supostamente sobrevoam o cume do Monte Everest , que é 8.848 m (29.029 pés).
Descoberta
Em 1902, Léon Teisserenc de Bort da França e Richard Assmann da Alemanha, em publicações separadas, mas coordenadas e após anos de observações, publicaram a descoberta de uma camada isotérmica em cerca de 11-14 km, que é a base da estratosfera inferior. Isso foi baseado em perfis de temperatura de balões instrumentados principalmente não tripulados e alguns tripulados.
Veja também
- Le Grand Saut
- Lockheed U-2
- Superação superior
- Destruição do ozônio
- Paris Gun (projétil foi o primeiro objeto artificial a atingir a estratosfera)
- Projeto Perlan
- Projeto Excelsior , recorde mundial para o salto mais alto registrado
- Red Bull Stratos
- RQ-4 Global Hawk
- Teto de serviço
- Relâmpagos da alta atmosfera