29 de jan de 2015

Nosso planeta em movimento: Além da atmosfera da Terra

O que existe além da atmosfera do nosso planeta? Chamamos de exosfera à região que começa no topo da termosfera e continua até se mesclar com os gases que formam o espaço interplanetário. Nessa região os gases hidrogênio e hélio são os principais componentes e estão presentes somente em densidades extremamente baixas. 

A exosfera é a camada mais externa da atmosfera da Terra. Ela vai de aproximadamente 640 km de altitude até cerca de 1280 km. A camada mais inferior da exosfera é chamada de "nível crítico de escape" e nela a pressão atmosférica é muito baixa, uma vez que os átomos do gás estão muito amplamente espaçados. Nesta região a temperatura também é muito baixa.

Outras regiões atmosféricas 

A atmosfera possui algumas regiões com propriedades físicas características e que recebem denominações especiais. Nessas classificações não está sendo levado em conta a temperatura. 

Vejamos quais são essas regiões: 
  • Ionosfera: 
A ionosfera é uma das camadas mais altas da atmosfera da Terra. Ela inclui a mesosfera e a termosfera, começando a cerca de 70-80 km de altitude e continuando por centenas de quilômetros, até cerca de 550 a 640 km. A ionosfera está localizada entre a mesosfera e a exosfera e é parte da termosfera. 

A ionosfera, como o nome sugere, é a região da nossa atmosfera que é formada principalmente por íons. Ela contém muitos íons e elétrons livres (plasma). Os íons são criados quando a luz do Sol atinge os átomos e arranca alguns elétrons. 

O fenômeno das auroras ocorre na ionosfera. 
  • Exosfera: 
É a região que está acima da ionosfera. Como já vimos anteriormente essa é a região onde a atmosfera se torna muito rarefeita e se mescla com os gases do espaço interplanetário. 
  • Magnetosfera
É a região onde o campo magnético da Terra interage com as partículas de altas energias provenientes do Sol. A esse fluxo de partículas energéticas do Sol damos o nome de vento solar. A magnetosfera da Terra se estende por dezenas de milhares de quilômetros. Como podemos ver na imagem abaixo, a magnetosfera da Terra forma uma longa cauda na direção oposta à do Sol.


  • Camada de ozônio: 
Com aproximadamente 10 a 50 quilômetros de altura essa é a região onde o ozônio estratosférico é encontrado. Essa região também é chamada de ozonosfera. Note, entretanto, que mesmo dentro da região chamada "camada de ozônio" o ozônio é encontrado em pequena quantidade por volume. Ele não é o principal constituinte da camada. Essa região possui esse nome porque é ai que o ozônio atmosférico se concentra. 
  • Cinturões de radiação Van Allen: 
Existem duas intensas zonas de radiação circundando o nosso planeta. Essas são as regiões da nossa atmosfera onde as partículas de altas energias provenientes do Sol permanecem mais concentradas. Esses cinturões, chamados de "cinturões de radiação Van Allen", foram descobertos pelo primeiro satélite artificial norte-americano, o Explorer I, lançado no dia 31 de janeiro de 1958 da base de Cabo Canaveral, Flórida, Estados Unidos. Os cinturões receberam esse nome em homenagem ao astrofísico norte-americano James A. Van Allen, especialista em física da magnetosfera terrestre. Van Allen e vários outros cientistas norte-americanos propuseram o lançamento de satélites artificiais científicos como parte do programa de pesquisa a ser desenvolvido durante o International Geophysical Year (Ano Geofísico Internacional) que ocorreu em 1957-1958. Ele foi um dos proponentes das pesquisas realizadas pelo satélite artificial Explorer I que resultaram na descoberta dos cinturões de radiação que envolvem a Terra. 

Os cinturões de radiação Van Allen são duas regiões de intensa radiação, em forma de rosquinha, que envolvem o nosso planeta. Eles contêm elétrons e íons de altas energias que estão aprisionados nessas regiões pelo campo magnético da Terra.


Essas duas regiões que formam os "cinturões de radiação Van Allen" são conhecidas como cinturões de radiação interno e externo. A região interna está localizada a cerca de 3000 quilômetros acima da superfície terrestre e tem uma espessura de cerca de 5000 quilômetros. A região externa está localizada entre 15000 e 20000 quilômetros acima da superfície do nosso planeta e tem uma espessura entre 6000 e 10000 quilômetros. 

As partículas aprisionadas nos cinturões se distribuem de modo que o cinturão interno consiste principalmente de prótons enquanto o cinturão externo é formado principalmente por elétrons. Dentro deles estão partículas de altas energias capazes de penetrar até 1 milímetro em uma blindagem de chumbo.

Devido aos problemas que essa radiação traz à saúde dos astronautas, os voos espaciais tripulados, tais como os realizados pelos Space Shuttle norte-americanos, permanecem bem abaixo dos cinturões de radiação Van Allen. Hoje sabemos que voos tripulados seguros podem ser realizados a altitudes abaixo de 400 quilômetros. 

A massa, densidade e pressão atmosféricas 

A massa total da atmosfera terrestre é cerca de 5,1 x 1018 kg ou seja, cerca de 0,9 ppm da massa total da Terra que é de 5,99 x 1024 kg. 

A densidade do ar ao nível do mar é aproximadamente 1,2 kg/m3. Essa densidade é variável, diminuindo à medida que vamos para altitudes maiores. 

Por definição pressão é uma medida de força sobre superfície. A pressão atmosférica é o resultado da força exercida por uma coluna da massa de ar que envolve o nosso planeta sobre uma determinada área de sua superfície. 

Como a quantidade de massa de ar sobre uma determinada região da Terra varia com a sua localização e com o instante de tempo em que é medida, vemos que as medidas de pressão atmosférica também variam com esses parâmetros.

Para termos uma noção melhor do que isso significa fique sabendo que cerca de 50% da massa total da atmosfera está localizada nos 5 quilômetros mais baixos da nossa atmosfera. Três quartos da massa da atmosfera da Terra está dentro de uma altura de 11 quilômetros medida a partir da superfície do planeta. 

Por esse motivo a pressão atmosférica cai quase 50% a uma altura de apenas 5 quilômetros. 

A pressão atmosférica média, medida ao nível do mar, é aproximadamente 101,3 quilopascal ou 1 atmosfera (1 atm).


À medida que você atinge altitudes cada vez maiores a pressão atmosférica vai diminuindo. Não é preciso ir a altitudes extremamente altas para sentir isto. Por exemplo, se você subir uma montanha com uma altitude de 3000 metros ao chegar ao seu topo a pressão do ar é de 0,6805 atmosferas e haverá bem menos oxigênio para respirar. 

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