- Características da estratosfera
- Localização
- Estrutura
- Composição química
- Temperatura
- Formação de ozônio
- Recursos
- Destruição da camada de ozônio
- Compostos CFC
- Óxidos de nitrogênio
- Afinamento e buracos na camada de ozônio
- Acordos internacionais de restrição ao uso de CFCs
- Por que os aviões não voam na estratosfera?
- Aeronave que
- Por que a pressurização da cabine é necessária?
- Voos na estratosfera, aviões supersônicos
- Desvantagens da aeronave supersônica desenvolvida até o momento
- Referências
A estratosfera é uma das camadas da atmosfera terrestre, 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 gasoso que envolve o planeta. De acordo com a composição química e a variação da temperatura, é dividido em 5 camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.
Figura 1. Estratosfera vista do espaço. Fonte: Agência Espacial Galega NOSA
A troposfera se estende desde a superfície da Terra até 10 km de altura. A próxima camada, a estratosfera, varia 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 desta camada varia com a latitude ou distância da linha equatorial da Terra.
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 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 na parte inferior e as camadas quentes no topo.
Além disso, a estratosfera possui uma camada onde existe uma alta concentração de ozônio, chamada de camada de ozônio ou ozonosfera, que está entre 30 a 60 km acima da superfície da Terra.
Composição química
O composto químico mais importante da estratosfera é o ozônio. 85 a 90% do ozônio total 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 o oxigênio sofre. Muitos dos gases da estratosfera vêm da 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 clorofluorocarbonos. Algumas dessas substâncias vêm de erupções vulcânicas. A concentração de vapor d'água (H 2 O no estado gasoso) na estratosfera é muito baixa.
Na estratosfera, a mistura vertical de gases é muito lenta e praticamente nula, devido à ausência de turbulência. Por esse motivo, os produtos químicos e outros materiais que entram nessa camada permanecem nela por muito tempo.
Temperatura
A temperatura na estratosfera exibe um comportamento inverso ao da troposfera. Nesta camada, a temperatura aumenta com a altitude.
Esse aumento de temperatura se deve à ocorrência de reações químicas que liberam calor, onde intervém o ozônio (O 3). Existem quantidades consideráveis de ozônio na estratosfera, que absorve a radiação ultravioleta de alta energia do sol.
A estratosfera é uma camada estável, sem turbulência para a mistura dos gases. O ar é frio e denso na parte inferior e na parte superior 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 o ozônio (O 3):
O + O 2 → O 3 + Calor
Neste processo, o calor é liberado (reação exotérmica). Esta reação química é a fonte de calor na estratosfera e causa suas altas temperaturas nas camadas superiores.
Recursos
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 alcance a superfície da Terra.
O ozônio absorve a luz ultravioleta e se decompõe em oxigênio atômico (O) e oxigênio molecular (O 2), conforme 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.
Dessa forma, a camada de ozônio funciona como um escudo protetor da radiação ultravioleta, que é a causa de mutações genéticas, câncer de pele, destruição de plantações e plantas em geral.
Destruição da camada de ozônio
Compostos CFC
Desde a década de 1970, os pesquisadores expressaram grande preocupação com os efeitos prejudiciais dos clorofluorcarbonos (CFCs) na camada de ozônio.
Em 1930, foi introduzido o uso de compostos de clorofluorocarbono comercialmente chamados de freons. Entre eles estão 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). Esses compostos são facilmente compressíveis, relativamente não reativos e não inflamáveis.
Eles passaram a ser usados como refrigerantes em condicionadores de ar e geladeiras, substituindo a amônia (NH 3) e o dióxido de enxofre líquido (SO 2) (altamente tóxico).
Posteriormente, os CFCs têm sido usados em grandes quantidades na fabricação de artigos plásticos descartáveis, como propelentes para produtos comerciais na forma de aerossóis em latas e como solventes de limpeza para cartões de dispositivos eletrônicos.
O uso generalizado em grandes quantidades de CFCs criou um sério problema ambiental, uma vez que aqueles usados em indústrias e usos de refrigerantes são descarregados na atmosfera.
Na atmosfera, esses compostos se difundem lentamente na estratosfera; nesta camada eles sofrem decomposição devido ao efeito da 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 para destruir o ozônio. A presença desses óxidos de nitrogênio na estratosfera se deve aos gases emitidos pelos motores das aeronaves supersônicas, às emissões de atividades humanas na Terra e à atividade vulcânica.
Afinamento e buracos na camada de ozônio
Na década de 1980, foi descoberto que um buraco se formou na camada de ozônio 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 em toda a estratosfera, a camada protetora de ozônio se afinou, ou seja, sua largura diminuiu porque a quantidade de ozônio diminuiu consideravelmente.
A perda de ozônio na estratosfera tem graves consequências 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 propelentes em aerossóis comerciais. 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 eliminação total até o ano 2000.
Vários países deixaram de cumprir o Protocolo de Montreal, pois 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, 4 forças básicas atuam: sustentação, peso do avião, arrasto e empuxo.
A sustentação é uma força que sustenta o avião e o empurra para cima; quanto maior for a densidade do ar, maior será a sustentação. 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 desacelera ou impede que a aeronave avance. Essa força de resistência atua na direção oposta à trajetória do avião.
O empuxo é a força que move o avião para a frente. Como podemos ver, o impulso e a sustentação favorecem o vôo; o peso e a resistência atuam em desvantagem no vôo do avião.
Aeronave que
Aeronaves comerciais e civis em curtas distâncias voam aproximadamente 10.000 metros acima do nível do mar, ou seja, no limite superior da troposfera.
Todas as aeronaves requerem pressurização da cabine, que consiste em bombear ar comprimido para dentro da cabine da aeronave.
Por que a pressurização da cabine é necessária?
Conforme a aeronave sobe para altitudes mais elevadas, a pressão atmosférica externa diminui e o teor de oxigênio também diminui.
Se o ar pressurizado não fosse fornecido à cabine, os passageiros sofreriam de hipóxia (ou enjôo da montanha), com sintomas como fadiga, tontura, dor de cabeça e perda de consciência por falta de oxigênio.
Se ocorrer uma falha no fornecimento de ar comprimido para a cabine ou descompressão, ocorrerá uma emergência em que a aeronave deverá descer imediatamente e todos os seus ocupantes deverão usar máscaras de oxigênio.
Voos na estratosfera, aviões supersônicos
Em altitudes superiores a 10.000 metros, na estratosfera, a densidade da camada gasosa é menor e, portanto, a força de sustentação que favorece o vôo também é menor.
Por outro lado, nessas altitudes o teor de oxigênio (O 2) no ar é menor, e isso é necessário tanto para a combustão do óleo diesel que faz o motor da aeronave funcionar, quanto para a 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, chegando a mais de 1.225 km / hora ao nível do mar.
Figura 2. Aeronave comercial supersônica Concorde. Fonte: Eduard Marmet
Desvantagens da aeronave supersônica desenvolvida até o momento
Os voos supersônicos produzem os chamados estrondos sônicos, que são ruídos muito altos semelhantes a trovões. Esses ruídos afetam negativamente os animais e os humanos.
Além disso, essas aeronaves supersônicas precisam usar mais combustível e, portanto, produzir mais poluentes atmosféricos do que as aeronaves que voam em altitudes mais baixas.
Aeronaves supersônicas requerem motores muito mais potentes e materiais especiais caros para fabricar. Os voos comerciais eram tão caros economicamente que sua implementação não foi lucrativa.
Referências
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