4. Balanço energético global (0-D)

Question 1

Qual é o tipo de radiação que a Terra recebe do Sol?

Answer 1

A Terra recebe energia do Sol, sob forma de radiação electromagnética.

Que percorre a distância Sol-Terra a uma velocidade de 2.9973x108 (m/s) (demora 8 minutos a chegar à Terra!)

Question 2

Como se divide, no espetro do comprimento de onda, a radiação recebida pela Terra?

Answer 2

• 9% é radiação ultravioleta
• 49% é radiação visível
• 42% é radiação infravermelha

Question 3

Entre que comprimentos de onda se localiza o espetro visível?

Answer 3

0.400 < λ < 0.700 µm

Question 4

Constante solar?

Answer 4

Energia solar média recebida no topo da atmosfera, por m2, numa direcção perpendicular aos raios solares, quando a Terra se encontra à distância média do Sol.

Question 5

Se o albedo planetário terrestre é de 0.30, qual é a quantidade (em%) de energia que a Terra absorve e reflete?

Answer 5

A Terra reflete 30% da energia solar incidente, ou seja, absorve 70% da energia incidente.

Question 6

Em que zonas é que o albedo terrestre é mais elevado?

Answer 6

Em zonas onde há mais reflexão da radiação incidente, ou seja, na Gronelândia e na Antártida, uma vez que o albedo do gelo é cerca de 20-70%.

Question 7

Temperatura efectiva da Terra?

Answer 7

A Terra emite energia radiativa como um corpo a T = Te = 255 K

Question 8

O que acontece à medida que a Terra recebe energia do Sol?

A que comprimentos de onda acontece?

Answer 8

A Terra vai libertando energia à mesma taxa que o Sol a emite.

A energia libertada pela Terra tem λ > 0.700 µm, ou seja, no espetro do infravermelho.

A energia vinda do Sol tem 0.400 < λ < 0.700 µm, ou seja, no espetro visível.

Question 9

Porque é que a Terra tem um balanço positivo entre a energia que recebe do Sol e aquela que emite?

Answer 9

• Devido à radiação absorvida pela atmosfera, mais propriamente o vapor de àgua.
• Aos ventos que transportam energia na vertical e horizontal.

Question 10

Lei de Wien?

Answer 10

O comprimento de onda de máxima emissão de energia diminui com a temperatura.

É usada para determinar a temperatura dos corpos medindo o seu λm, ou seja, o comprimento de onda correspondente à intensidade máxima.

Question 11

O comprimento de onda correspondente à máxima intensidade é?

Answer 11

O espectro solar mostra que o comprimento de onda correspondente à máxima intensidade é:

λm = 0.6 µm, ou seja, no amarelo ou laranja.

Question 12

A atmosfera é praticamente transparente à radiação visível (solar)?

Answer 12

Sim.

Question 13

A atmosfera é muito opaca à radiação ultravioleta (ozono)?

Answer 13

Sim.

Question 14

A opacidade da atmosfera no infravermelho (solar e terrestre) é variável?

Answer 14

Sim.

Question 15

Porque é que a absorção terrestre é dominada por moléculas triatómicas? Como por exemplo?

Answer 15

O ozono (O3) absorve a maioria da radiação ultravioleta que chega à atmosfera.

O vapor de água e o dióxido de carbono, entre outros, absorvem a maioria da radiação infravermelha que chega à atmosfera. Uma vez que, estas moléculas têm modos rotacionais e de vibração que são facilmente excitados pelos comprimentos de onda presentes no infravermelho.

Question 16

Gases com efeito de estufa?

Answer 16

Estes gases têm concentrações pequenas mas importantes do ponto de vista radiativo (radiação terrestre). São designados gases com efeito de estufa.

Question 17

Qual é a principal razão para que a radiação atmosférica seja tão sensível às alterações induzidas pelo Homem?

Answer 17

Deve-se ao facto de haverem partículas da atmosfera que absorvem diferentes tipos de radiações, com vários comprimentos de onda.

Question 18

Qual é a principal razão para que a radiação atmosférica seja tão sensível às alterações induzidas pelo Homem?

Answer 18

Deve-se ao facto de haverem partículas da atmosfera que absorvem diferentes tipos de radiações, com vários comprimentos de onda.

Question 19

Difusão de radiação?

Answer 19

Alteração da direção de propagação da radiação (pelas moléculas de ar e aerossóis).

Question 20

Como é difundida a luz quando entra em contacto com as moléculas da atmosfera?

Answer 20

Para as moléculas, a difusão é proporcional a λ-4.

Luz azul é difundida 4 vezes mais do que luz vermelha.

Assim, o céu é azul e a luz que vem diretamente do Sol é amarelada (o azul foi quase todo retirado, por difusão).

Question 21

Interação da radiação eletromagnética com as núvens?

Answer 21

Nuvens, porque são, em geral maiores do que os aerossóis (1 a 20 μm) difratam (difração = difusão com ângulos pequenos) e refletem a radiação.

Nuvens refletem mais do que absorvem (por isso são brancas).

Question 22

Como é que o vapor de água contribui para o Efeito de Estufa?

Answer 22

A Atmosfera é muito opaca à radiação (infravermelha) emitida pela superfície (mas quase transparente à radiação solar). Ou seja, a radiação solar tem mais facilidade em entrar.

O vapor de água é o principal responsável.

Portanto, a superfície recebe radiação solar e radiação emitida pela atmosfera e, por isso, a sua temperatura será superior à que teria se só recebesse radiação solar.

Question 23

Porque é que a atmosfera emite para cima e para baixo?

Answer 23

A Atmosfera também emite radiação (infravermelha), para cima e para baixo.

Pode-se imaginar que, em média, a atmosfera emite radiativamente (Te = 255 K) a partir de uma determinada altitude.

A 5 km a temperatura da atmosfera é de ~255 K.

Portanto, a atmosfera emite para cima e para baixo.

Question 24

A Atmosfera é transparente à radiação solar?

Answer 24

Sim

Question 25

A Atmosfera é opaca à radiação infravermelha, que implicações tem isso?

Answer 25

Portanto, absorve toda a radiação emitida pela superfície.

Question 26

Quantas vezes superior é a temperatura da terra com atmosfera da temperatura da terra sem atmosfera?

Answer 26

A temperatura da superfície da Terra é 1.19 vezes superior à que teria se não houvesse atmosfera.

Ou seja, a Terra é mais quente por causa da atmosfera, mais especificamente, por causa do efeito de estufa da atmosfera.

Question 27

Qual é o problema do modelo simples do efeito de estufa?

Answer 27

Sobrestima a temperatura terrestre, porque não toma em conta certas particularidades como:

Nem toda a radiação solar incidente no topo da atmosfera chega à superfície. 20-25% é absorvida pela atmosfera (incluindo nuvens).

Vimos também que a atmosfera não absorve toda a radiação emitida pela superfície. Parte dela escapa para o espaço (janela atmosférica).

Question 28

O que acontece no modelo melhorado do efeito de estufa?

Answer 28

A Atmosfera só absorve uma fracção (ε) da radiação emitida pela superfície.

Ou seja, parte da energia é libertada, isto é, o planeta perde mais energia, logo, fica mais frio.

Question 29

Casos particulares do efeito de estufa melhorado?

Answer 29

Atmosfera transparente: ε tende para 0, ou seja, Ts = Te, logo, não há efeito de estufa.

Atmosfera opaca: ε tende para 1, ou seja, Ts = 2^1/4 Te, logo, o efeito de estufa é máximo.

Question 30

Lei de Kirchoff?

Answer 30

Energia emitida é igual à energia absorvida.

Question 31

A atmosfera é sempre mais fria do que a superfície?

Answer 31

Sim, (Ta < Ts)

A superfície absorve muita radiação solar, em comparação com a atmosfera e por isso aquece mais.

Não é considerada troca de energia entre a superfície e a atmosfera.

Question 32

Absorção de radiação solar pelo oceano?

Como afeta a actividade biológica do oceano?

Answer 32

O oceano tem uma superfície extensa e baixo albedo (reflexividade). Por isso absorve a maior parte da radiação solar incidente na superfície.

A actividade biológica primária (fitoplâncton) no oceano depende desta absorção. Esta produção vai alimentar a cadeia alimentar cujo topo é ocupado pelos peixes.

Question 33

De que depende o coeficiente de absorção do oceano?

Answer 33

O coeficiente de absorção do oceano depende do comprimento de onda da radiação.

A radiação solar chega à superfície e a várias profundidades.

Question 34

Como afeta a presença de minerais no oceano a penetração da radiação proveniente do sol?

Answer 34

Junto às costas, a presença de sedimentos minerais que vêm dos rios e processos de mistura associados às marés aumentam a perda de força da radiação solar pelo oceano.

A presença de pigmentos de clorofila e outros de origem biológica também absorvem radiação solar nas camadas superficiais. Por estes motivos, a radiação solar penetra no oceano a profundidades muito inferiores do que em água pura.

Question 35

Efeito de estufa como fenómeno de retroação?

Answer 35

O efeito de estufa da atmosfera aumenta a temperatura da superfície.

Imagine que esse aumento de temperatura incentiva o crescimento das florestas, ou aumenta o degelo de neve.

Então, o albedo (reflectividade) da superfície ir-se-ia alterar.

E a fracção de radiação solar e atmosférica absorvida pela superfície também se alteraria.

Que por sua vez iria alterar o efeito de estufa da atmosfera, como vimos atrás.

Question 36

Retroacção positiva?

Exemplo?

Answer 36

Se o efeito vai intensificar a causa.

Intensificação do efeito de estufa aumenta conteúdo máximo de vapor de água que ar consegue reter (ou pressão de vapor de saturação.

Vapor de água é gás de efeito de estufa, logo mais vapor de água, mais efeito de estufa, temperatura mais elevada.

Question 37

Retroacção negativa?

Exemplo?

Answer 37

Se o efeito vai enfraquecer a causa.

O efeito de estufa aumenta a temperatura do planeta.

Então o planeta vai passar a emitir mais energia radiativa para o espaço (Lei de Stefan-Boltzmann).

Se perde mais energia, a sua temperatura não aumenta tanto quanto aumentaria de não houvesse retroacção!

Question 38

Como é que se caracteriza o regime de escoamento da Heterosfera e da Homosfera, respetivamente?

Answer 38

Na Heterosfera é praticamente laminar, ao passo que na Homosfera é mais turbulento.

Question 39

O que representa o factor de escala H, numa atmosfera isotérmica?

Answer 39

O factor de escala, H, representa a espessura que a atmosfera teria se a sua densidade fosse constante (como num líquido), e a pressão à superfície fosse igual à pressão real à superfície.