Atmosfera da Terra





A atmosfera da Terra é a camada de gases , comumente conhecida como ar , que envolve o planeta Terra e é retida pela gravidade da Terra . A atmosfera da Terra protege a vida na Terra criando pressão que permite a existência de água líquida na superfície da Terra , absorvendo radiação solar ultravioleta , aquecendo a superfície através da retenção de calor ( efeito estufa ) e reduzindo os extremos de temperatura entre dia e noite (a temperatura diurna). variação ).

Em volume, o ar seco contém 78,09% de nitrogênio , 20,95% de oxigênio ,  0,93% de argônio , 0,04% de dióxido de carbono e pequenas quantidades de outros gases. O ar também contém uma quantidade variável de vapor de água , em média, cerca de 1% ao nível do mar e 0,4% em toda a atmosfera. O conteúdo de ar e a pressão atmosférica variam em diferentes camadas, e o ar adequado para uso na fotossíntese por plantas terrestres e respiração de animais terrestres é encontrado apenas na troposfera da Terra e em atmosferas artificiais .

A atmosfera tem uma massa de cerca de 5,15 × 10 18  kg, três quartos dos quais estão dentro de cerca de 11 km (6,8 mi; 36.000 pés) da superfície. A atmosfera se torna mais fina e mais fina com o aumento da altitude, sem limites definidos entre a atmosfera e o espaço exterior . A linha de Kármán , a 100 km (62 mi), ou 1,57% do raio da Terra, é frequentemente usada como a fronteira entre a atmosfera e o espaço exterior. Os efeitos atmosféricos tornam-se perceptíveis durante a reentrada atmosférica de naves espaciais a uma altitude de cerca de 120 km (75 mi). Várias camadas podem ser distinguidas na atmosfera, com base em características como temperatura e composição.

O estudo da atmosfera da Terra e seus processos é chamado de ciência atmosférica (aerologia). Os primeiros pioneiros no campo incluem Léon Teisserenc de Bort e Richard Assmann

Composição

Os três principais constituintes da atmosfera da Terra são nitrogênio , oxigênio e argônio . O vapor de água é responsável por aproximadamente 0,25% da atmosfera em massa. A concentração de vapor d'água (um gás de efeito estufa) varia significativamente de cerca de 10 ppm por volume nas partes mais frias da atmosfera até 5% em volume em massas de ar quentes e úmidas, e as concentrações de outros gases atmosféricos são tipicamente citadas em termos de ar seco (sem vapor de água). Os gases remanescentes são freqüentemente referidos como gases traços,  entre os quais os gases de
efeito estufa , principalmente dióxido de carbono, metano, óxido nitroso e ozônio. O ar filtrado inclui quantidades vestigiais de muitos outroscompostos químicos . Muitas substâncias de origem natural podem estar presentes em pequenas quantidades localmente e sazonalmente variáveis ​​como aerossóis em uma amostra de ar não filtrada, incluindo poeira de composição mineral e orgânica, pólen e esporos , pulverização marítima e cinzas vulcânicas . Vários poluentes industriais também podem estar presentes como gases ou aerossóis, tais como cloro (elementar ou em compostos), compostos de flúor e vapor elementar de mercúrio . Compostos de enxofre, como sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre (SO 2) podem ser derivados de fontes naturais ou da poluição atmosférica industrial.

Principais constituintes do ar seco, por volume 
Gás Volume (A)
Nome Fórmula em ppmv (B) em %
Azoto N 2 780.840 78,084
Oxigênio O 2 209.460 20,946
Argônio Ar 9,340 0,9340
Dióxido de carbono CO 2 400 0,04
Néon Ne 18,18 0,001818
Hélio Ele 5,24 0,000524
Metano CH 4 1,79 0,000179
Não incluído na atmosfera seca acima:
Vapor de água (C) H 2 O 10–50.000 (D) 0,001% –5% (D)
notas:
(A) fracção de volume é igual à fracção de moles de gás ideal, apenas,
    também ver volume (termodinâmica)
(B) ppmv: partes por milhão em volume
(C) O vapor de água é de cerca de 0,25% , em massa, sobre atmosfera total
(D) O vapor de água varia fortemente localmente

A concentração relativa de gases permanece constante até cerca de 10.000 m (33.000 pés).

Estratificação

Em geral, a pressão e a densidade do ar diminuem com a altitude na atmosfera. No entanto, a temperatura tem um perfil mais complicado com a altitude e pode permanecer relativamente constante ou até aumentar com a altitude em algumas regiões (consulte a seção de temperatura , abaixo). Como o padrão geral do perfil de temperatura / altitude é constante e mensurável por meio de sondagens de balão instrumentadas , o comportamento da temperatura fornece uma métrica útil para distinguir camadas atmosféricas. Desta forma, a atmosfera da Terra pode ser dividida (chamada estratificação atmosférica) em cinco camadas principais. Excluindo a exosfera, a atmosfera tem quatro camadas primárias, que são a troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera.  Do mais alto ao mais baixo, as cinco camadas principais são:

Exosfera: 700 a 10.000 km (440 a 6.200 milhas)
Termosfera: 80 a 700 km (50 a 440 milhas)
Mesosfera: 50 a 80 km (31 a 50 milhas)
Estratosfera: 12 a 50 km (7 a 31 milhas)
Troposfera: 0 a 12 km (0 a 7 milhas)
Exosfera
Artigo principal: Exosfera
A exosfera é a camada mais externa da atmosfera da Terra (ou seja, o limite superior da atmosfera). Ela se estende da exobase , localizada no topo da termosfera, a uma altitude de cerca de 700 km acima do nível do mar, a cerca de 10.000 km (6.200 km; 33.000.000 pés), onde se funde com o vento solar .

Esta camada é composta principalmente por densidades extremamente baixas de hidrogênio, hélio e várias moléculas mais pesadas, incluindo nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono, mais próximas da exobase. Os átomos e moléculas estão tão distantes que podem percorrer centenas de quilômetros sem colidir uns com os outros. Assim, a exosfera não mais se comporta como um gás, e as partículas constantemente escapam para o espaço. Essas partículas de movimento livre seguem trajetórias balísticas e podem migrar para dentro e para fora da magnetosfera ou do vento solar.

A exosfera está localizada muito acima da Terra para que qualquer fenômeno meteorológico seja possível. Entretanto, a aurora boreal e a aurora australis às vezes ocorrem na parte inferior da exosfera, onde se sobrepõem à termosfera. A exosfera contém a maioria dos satélites em órbita da Terra.

Termosfera

A termosfera é a segunda camada mais alta da atmosfera da Terra. Ela se estende da mesopausa (que a separa da mesosfera) a uma altitude de cerca de 80 km (260 mi) até a termopausa a uma faixa de altitude de 500 a 1000 km (310 a 620 mi; 1.600.000 a 3.300.000 ft). ). A altura da termopausa varia consideravelmente devido a mudanças na atividade solar.  Como a termopause está no limite inferior da exosfera, também é chamada de exobase . A parte inferior da termosfera, de 80 a 550 quilômetros (50 a 342 mi) acima da superfície da Terra, contém a ionosfera .

A temperatura da termosfera aumenta gradualmente com a altura. Ao contrário da estratosfera abaixo dela, onde uma inversão de temperatura é devida à absorção de radiação pelo ozônio, a inversão na termosfera ocorre devido à densidade extremamente baixa de suas moléculas. A temperatura dessa camada pode subir até 1.500 ° C (2700 ° F), embora as moléculas de gás estejam tão distantes que sua temperatura no sentido usual não é muito significativa. O ar é tão rarefeito que uma molécula individual (de oxigênio , por exemplo) percorre uma média de 1 km (0,62 milhas; 3300 pés) entre colisões com outras moléculas. Embora a termosfera tenha uma alta proporção de moléculas com alta energia, ela não se sentiria quente para um humano em contato direto, porque sua densidade é muito baixa para conduzir uma quantidade significativa de energia para a pele.

Esta camada é completamente sem nuvens e sem vapor de água. No entanto, fenómenos não hidrometeorológicos, como a aurora boreal e a aurora australis, são ocasionalmente observados na termosfera. A Estação Espacial Internacional orbita nesta camada, entre 350 e 420 km (220 e 260 mi).

Mesosfera

A mesosfera é a terceira camada mais alta da atmosfera da Terra, ocupando a região acima da estratosfera e abaixo da termosfera. Estende-se desde a estratopausa a uma altitude de cerca de 50 km (160 mi), até a mesopausa a 80–85 km (50–53 mi; 260.000–280.000 pés) acima do nível do mar.

As temperaturas caem com o aumento da altitude para a mesopausa que marca o topo dessa camada intermediária da atmosfera. É o lugar mais frio da Terra e tem uma temperatura média em torno de -85  ° C (-120  ° F ; 190  K ).

Logo abaixo da mesopausa, o ar é tão frio que mesmo o muito escasso vapor de água a essa altitude pode ser sublimado em nuvens noctilucentes polar mesosféricas . Estas são as nuvens mais altas da atmosfera e podem ser visíveis a olho nu se a luz do sol refletir sobre elas cerca de uma hora ou duas após o pôr do sol ou um período similar de tempo antes do nascer do sol. Eles são mais facilmente visíveis quando o Sol está em torno de 4 a 16 graus abaixo do horizonte. Descargas induzidas por raios conhecidas como eventos luminosos transitórios (TLEs) ocasionalmente se formam na mesosfera acima das nuvens troveféricas . A mesosfera é também a camada onde a maioria dos meteorosqueimar na entrada atmosférica. É muito alto acima da Terra para ser acessível a aeronaves e balões movidos a jato, e muito baixo para permitir espaçonaves orbitais. A mesosfera é acessada principalmente por foguetes e foguetes.

Estratosfera

A estratosfera é a segunda camada mais baixa da atmosfera da Terra. Fica acima da troposfera e é separada dela pela tropopausa . Essa camada se estende do topo da troposfera a aproximadamente 12 km acima da superfície da Terra até a estratopausa, a uma altitude de cerca de 50 a 55 km (164 a 180 mil pés).

A pressão atmosférica no topo da estratosfera é de aproximadamente 1/1000 da pressão ao nível do mar . Ele contém a camada de ozônio, que é a parte da atmosfera da Terra que contém concentrações relativamente altas desse gás. A estratosfera define uma camada na qual as temperaturas sobem com o aumento da altitude. Este aumento de temperatura é causado pela absorção da radiação ultravioleta (UV) do Sol pela camada de ozônio , que restringe a turbulência e a mistura. Embora a temperatura possa ser de –60 ° C (−76 ° F; 210 K) na tropopausa, o topo da estratosfera é muito mais quente e pode estar próximo de 0 ° C.

O perfil de temperatura da estratosfera cria condições atmosféricas muito estáveis, de modo que a estratosfera não possui a turbulência do ar que produz o clima, que é tão prevalente na troposfera. Consequentemente, a estratosfera está quase completamente livre de nuvens e outras formas de clima. No entanto, nuvens polares estratosféricas ou nacaradas são vistas ocasionalmente na parte inferior desta camada da atmosfera, onde o ar é mais frio. A estratosfera é a camada mais alta que pode ser acessada por aeronaves a jato.

Troposfera

A troposfera é a camada mais baixa da atmosfera da Terra. Ela se estende da superfície da Terra até uma altura média de cerca de 12 km, embora essa altitude varie de 9 km nos pólos geográficos até 17 km no Equador ,  com alguma variação devido ao clima. A troposfera é limitada acima pela tropopausa , um limite marcado na maioria dos lugares por uma inversão de temperatura (isto é, uma camada de ar relativamente quente acima de um mais frio), e em outros por uma zona isotérmica com altura.

Embora variações ocorram, a temperatura geralmente diminui com o aumento da altitude na troposfera, porque a troposfera é aquecida principalmente através da transferência de energia da superfície. Assim, a parte mais baixa da troposfera (ou seja, a superfície da Terra) é tipicamente a seção mais quente da troposfera. Isso promove a mistura vertical (daí a origem de seu nome na palavra grega τρόπος, tropos , que significa "virar"). A troposfera contém cerca de 80% da massa da atmosfera da Terra. A troposfera é mais densa que todas as suas camadas atmosféricas sobrepostas, porque um peso atmosférico maior fica no topo da troposfera e faz com que ela seja mais severamente comprimida. Cinqüenta por cento da massa total da atmosfera está localizada nos 5,6 km mais baixos da troposfera.

Quase todo vapor de água atmosférico ou umidade é encontrado na troposfera, então é a camada onde ocorre a maior parte do tempo da Terra. Tem basicamente todos os tipos de gêneros da nuvem associados ao clima, gerados pela circulação ativa do vento, embora nuvens de trovão muito altas possam penetrar na tropopausa a partir de baixo e subir na parte inferior da estratosfera. A maior parte da atividade de aviação convencional ocorre na troposfera e é a única camada que pode ser acessada por aeronaves movidas a hélice.

Outras camadas

Dentro das cinco camadas principais acima, que são largamente determinadas pela temperatura, várias camadas secundárias podem ser distinguidas por outras propriedades:

A camada de ozônio está contida na estratosfera. Nesta camada, as concentrações de ozono são cerca de 2 a 8 partes por milhão, o que é muito mais elevado do que na atmosfera mais baixa, mas ainda é muito pequeno em comparação com os principais componentes da atmosfera. Ele está localizado principalmente na porção inferior da estratosfera, de cerca de 15 a 35 km (9,3 a 21,7 mi; 49.000 a 115.000 pés), embora a espessura varie sazonal e geograficamente. Cerca de 90% do ozônio na atmosfera da Terra está contido na estratosfera.
A ionosfera é uma região da atmosfera que é ionizada pela radiação solar. É responsável pelas auroras . Durante as horas do dia, ele se estende de 50 a 1.000 km (31 a 621 mi; 160.000 a 3.280.000 pés) e inclui a mesosfera, a termosfera e partes da exosfera. No entanto, a ionização na mesosfera cessa em
grande parte durante a noite, então as auroras são normalmente vistas apenas na termosfera e exosfera mais baixa. A ionosfera forma a borda interna da magnetosfera . Tem importância prática porque influencia, por exemplo, a propagação de rádio na Terra.
A homosfera e a heterosfera são definidas se os gases atmosféricos são bem misturados. A homosfera de superfície inclui a troposfera, estratosfera, mesosfera e a parte mais baixa da termosfera, onde a composição química da atmosfera não depende do peso molecular porque os gases são misturados por turbulência.Esta camada relativamente homogênea termina na turbopause encontrado em cerca de 100 km (62 mi; 330.000 ft), a própria borda do espaço em si como aceito pela FAI , que o coloca a cerca de 20 km (12 mi; 66.000 pés) acima a mesopausa.
Acima dessa altitude está a heterosfera, que inclui a exosfera e a maior parte da termosfera. Aqui, a composição química varia com a altitude. Isso ocorre porque a distância que as partículas podem se mover sem colidir uma com a outra é grande em comparação com o tamanho dos movimentos que causam a mistura. Isso permite que os gases se estratifiquem pelo peso molecular, com os mais pesados, como oxigênio e nitrogênio, presentes apenas perto do fundo da heterosfera. A parte superior da heterosfera é composta quase completamente de hidrogênio, o elemento mais leve.
A camada limite planetária é a parte da troposfera mais próxima da superfície da Terra e é diretamente afetada por ela, principalmente através de difusão turbulenta . Durante o dia, a camada limite planetária geralmente é bem misturada, enquanto que à noite ela se torna estratificada de maneira estável com mistura fraca ou intermitente. A profundidade da camada limite planetária varia de cerca de 100 metros (330 pés) em noites claras e calmas a 3.000 m (9.800 pés) ou mais durante a tarde em regiões secas.
A temperatura média da atmosfera na superfície da Terra é de 14 ° C (57 ° F; 287 K)  ou de 15 ° C (59 ° F; 288 K),  de acordo com a referência.
Propriedades físicas

Pressão e espessura

A pressão atmosférica média ao nível do mar é definida pela International Standard Atmosphere como 101325 pascals (760.00  Torr ; 14.6959  psi ; 760.00  mmHg ). Isto é por vezes referido como uma unidade de atmosferas padrão (atm) . A massa atmosférica total é 5,1480 × 10 18 kg (1,135 × 10 19 lb), cerca de 2,5% a menos do que seria inferido da pressão média do nível do mar e da área da Terra de 51007,2 megahectares, esta porção sendo deslocada pelo terreno montanhoso da Terra. A pressão atmosférica é o peso total do ar acima da área da unidade no ponto em que a pressão é medida. Assim, a pressão do ar varia com a localização e o clima .

Se toda a massa da atmosfera tinha uma densidade uniforme igual à densidade do nível do mar (cerca de 1,2 kg por m 3 ) a partir de cima do nível do mar, seria terminar abruptamente a uma altitude de 8,50 km (27.900 pés). Na verdade, diminui exponencialmente com a altitude, caindo pela metade a cada 5,6 km (18.000 pés) ou por um fator de 1 / e a cada 7,64 km (25.100 pés), a altura média da escala da atmosfera abaixo de 70 km (230.000 pés) . No entanto, a atmosfera é mais precisamente modelada com uma equação personalizada para cada camada que leva em conta os gradientes de temperatura, composição molecular, radiação solar e gravidade.

Em resumo, a massa da atmosfera da Terra é distribuída aproximadamente da seguinte forma:

50% está abaixo de 5,6 km (18.000 pés).
90% está abaixo de 16 km (52.000 pés).
99,99997% está abaixo de 100 km (62 mi; 330.000 pés), a linha Kármán . Por convenção internacional, isso marca o início do espaço onde os viajantes humanos são considerados astronautas .
Em comparação, o cume do Monte. O Everest está a 8.848 m (29.029 pés); Aviões comerciais normalmente cruzam entre 10 e 13 km (33.000 e 43.000 pés), onde o ar mais fino melhora a economia de combustível; os balões meteorológicos atingem 30,4 km (100.000 pés) e acima; e o voo X-15 mais alto em 1963 atingiu 108,0 km (354.300 pés).

Mesmo acima da linha de Kármán, efeitos atmosféricos significativos, como auroras, ainda ocorrem. Os meteoros começam a brilhar nesta região, embora os maiores não se queimem até penetrarem mais profundamente. As várias camadas da ionosfera da Terra , importantes para a propagação de rádio HF , começam abaixo de 100 km e se estendem além de 500 km. Em comparação, a Estação Espacial Internacional e o Ônibus Espacial normalmente orbitam a 350-400 km, dentro da camada F da ionosfera, onde encontram resistência atmosférica suficiente .para exigir reinicializações a cada poucos meses. Dependendo da atividade solar, os satélites podem experimentar arrasto atmosférico perceptível em altitudes de 700 a 800 km.

Temperatura e velocidade do som

A divisão da atmosfera em camadas, principalmente por referência à temperatura, é discutida acima. A temperatura diminui com a altitude começando no nível do mar, mas as variações nessa tendência começam acima de 11 km, onde a temperatura se estabiliza através de uma grande distância vertical pelo resto da troposfera. Na estratosfera , a partir de cerca de 20 km, a temperatura aumenta com a altura, devido ao aquecimento dentro da camada de ozônio causado pela captação de radiação ultravioleta significativa do Sol pelo gás dioxigênio e ozônio nessa região. Ainda outra região de temperatura crescente com altitude ocorre em altitudes muito altas, na termosfera apropriadamente denominada acima de 90 km.

Como em um gás ideal de composição constante a velocidade do som depende apenas da temperatura e não da pressão ou densidade do gás, a velocidade do som na atmosfera com a altitude assume a forma do perfil de temperatura complicado (veja a ilustração à direita) e não reflete as mudanças de altitude na densidade ou pressão.

Densidade e massa

A densidade de ar ao nível do mar é de cerca de 1,2 kg / m 3 (1,2 g / L, 0,0012 g / cm 3 ). A densidade não é medida diretamente, mas é calculada a partir de medições de temperatura, pressão e umidade, usando a equação de estado para o ar (uma forma da lei dos gases ideais ). A densidade atmosférica diminui à medida que a altitude aumenta. Essa variação pode ser modelada aproximadamente usando a fórmula barométrica . Modelos mais sofisticados são usados ​​para prever o decaimento orbital de satélites.

A massa média da atmosfera é de cerca de 5 quatrilhões (5 × 10 15 ) toneladas ou 1 / 1.200.000 da massa da Terra. Segundo o Centro Nacional Americano de Pesquisa Atmosférica , "A massa média total da atmosfera é 5,1480 × 10 18  kg com uma variação anual devido ao vapor de água de 1,2 ou 1,5 × 10 15  kg, dependendo se a pressão da superfície ou os dados de vapor de água são utilizados um pouco abaixo da estimativa anterior, a massa média de vapor de água é estimada em 1,27 × 10 16  kg e a massa de ar seco é de 5,1352 ± 0,0003 × 10 18  kg. "

Propriedades ópticas

A radiação solar (ou luz solar) é a energia que a Terra recebe do Sol . A Terra também emite radiação de volta ao espaço, mas em comprimentos de onda maiores que não podemos ver. Parte da radiação recebida e emitida é absorvida ou refletida pela atmosfera. Em maio de 2017, lampejos de luz, vistos como cintilantes de um satélite orbital a um milhão de milhas de distância, foram refletidos como reflexos de cristais de gelo na atmosfera.

Espalhamento

Quando a luz passa pela atmosfera da Terra, os fótons interagem com ela através da dispersão . Se a luz não interage com a atmosfera, ela é chamada de radiação direta e é o que você vê se olhar diretamente para o sol. A radiação indireta é a luz que foi espalhada na atmosfera. Por exemplo, em um dia nublado quando você não consegue ver sua sombra, não há radiação direta chegando até você, tudo foi espalhado. Como outro exemplo, devido a um fenômeno chamado espalhamento Rayleighcomprimentos de onda mais curtos (azuis) se espalham mais facilmente do que comprimentos de onda longos (vermelhos). É por isso que o céu parece azul; você está vendo a luz azul espalhada. É também por isso que o pôr-do-sol é vermelho. Como o Sol está próximo do horizonte, os raios do Sol passam por mais atmosfera do que o normal para alcançar o seu olho. Grande parte da luz azul foi espalhada, deixando a luz vermelha em um pôr do sol.

Absorção

Moléculas diferentes absorvem diferentes comprimentos de onda da radiação. Por exemplo, O 2 e O 3 absorvem quase todos os comprimentos de onda menores que 300 nanômetros . Ua (H 2 O) absorve a muitos comprimentos de onda acima de 700 nm. Quando uma molécula absorve um fóton, aumenta a energia da molécula. Isso aquece a atmosfera, mas a atmosfera também esfria emitindo radiação, como discutido abaixo.

Os espectros de absorção combinados dos gases na atmosfera deixam "janelas" de baixa opacidade , permitindo a transmissão de apenas algumas bandas de luz. A janela ótica vai de cerca de 300 nm ( ultravioleta C) até a faixa que os humanos podem ver, o espectro visível (comumente chamado de luz), a cerca de 400-700 nm e continua até o infravermelho até cerca de 1100 nm. Há também janelas infravermelhas e de rádio que transmitem algumas ondas infravermelhas e de rádio em comprimentos de onda maiores. Por exemplo, a janela do rádio é de cerca de um centímetro a cerca de onze metros de ondas.

Emissão

Emissão é o oposto da absorção, é quando um objeto emite radiação. Objetos tendem a emitir quantidades e comprimentos de onda de radiação dependendo de suas curvas de emissão do " corpo negro ", portanto objetos mais quentes tendem a emitir mais radiação, com comprimentos de onda mais curtos. Objetos mais frios emitem menos radiação, com comprimentos de onda maiores. Por exemplo, o Sol é de aproximadamente 6.000  K (5.730  ° C ; 10.340  ° F ), sua radiação atinge seu pico próximo a 500 nm e é visível ao olho humano. A Terra é de aproximadamente 290 K (17 ° C; 62 ° F), portanto, sua radiação atinge seu pico próximo a 10.000 nm e é muito longa para ser visível aos humanos.

Por causa de sua temperatura, a atmosfera emite radiação infravermelha. Por exemplo, em noites claras, a superfície da Terra esfria mais rápido do que em noites nubladas. Isso ocorre porque as nuvens (H 2 O) são absorvedores fortes e emissores de radiação infravermelha. É também por isso que se torna mais frio à noite em altitudes mais elevadas.

O efeito estufa está diretamente relacionado a esse efeito de absorção e emissão. Alguns gases na atmosfera absorvem e emitem radiação infravermelha, mas não interagem com a luz solar no espectro visível. Exemplos comuns destes são CO 2 e H 2 O.

Índice de refração

O índice de refração do ar está próximo, mas apenas acima de 1. Variações sistemáticas no índice de refração podem levar à flexão de raios de luz por longos caminhos ópticos. Um exemplo é que, em algumas circunstâncias, os observadores a bordo de navios podem ver outros vasos pouco acima do horizonte, porque a luz é refratada na mesma direção da curvatura da superfície da Terra.

O índice de refração do ar depende da temperatura, dando origem a efeitos de refração quando o gradiente de temperatura é grande. Um exemplo de tais efeitos é a miragem .

Circulação

A circulação atmosférica é o movimento em larga escala do ar através da troposfera, e os meios (com a circulação oceânica ) pelos quais o calor é distribuído ao redor da Terra. A estrutura em grande escala da circulação atmosférica varia de ano para ano, mas a estrutura básica permanece razoavelmente constante porque é determinada pela taxa de rotação da Terra e pela diferença na radiação solar entre o equador e os pólos.

Evolução da atmosfera da Terra

Atmosfera mais antiga
A primeira atmosfera consistia de gases na nebulosa solar , principalmente hidrogênio . Havia provavelmente hidretos simples, como os encontrados atualmente nos gigantes gasosos ( Júpiter e Saturno ), notadamente vapor de água, metano e amônia .

Segunda atmosfera
A liberação de gás do vulcanismo , suplementada por gases produzidos durante o pesado bombardeio terrestre de enormes asteróides , produziu a atmosfera seguinte, composta principalmente de nitrogênio mais dióxido de carbono e gases inertes. Uma grande parte das emissões de dióxido de carbono se dissolveu na água e reagiu com metais como o cálcio e o magnésio durante o intemperismo das rochas crustais, formando carbonatos que foram depositados como sedimentos. Encontraram-se sedimentos relacionados à água que datam de 3,8 bilhões de anos atrás.

Cerca de 3,4 bilhões de anos atrás, o nitrogênio formou a maior parte da então "segunda atmosfera" estável. A influência da vida deve ser levada em conta muito em breve na história da atmosfera, porque as sugestões das primeiras formas de vida aparecem há 3,5 bilhões de anos. Como a Terra naquela época mantinha um clima quente o suficiente para a água e a vida líquida, se o Sol matou 30% a radiação solar mais baixa do que hoje, é um quebra-cabeça conhecido como "o jovem paradoxo do Sol ".

O registro geológico, no entanto, mostra uma superfície contínua relativamente quente durante o registro completo da temperatura inicial da Terra - com a exceção de uma fase glacial fria há cerca de 2,4 bilhões de anos. No final do Arqueano Eon uma atmosfera contendo oxigênio começou a se desenvolver, aparentemente produzido por fotossíntese cianobactérias (veja Grande oxigenação do evento ), que foram encontrados como estromatólitos fósseis de 2,7 bilhões de anos atrás. A isotopia básica de carbono ( proporções da relação isotópica ) sugere fortemente condições semelhantes à corrente e que as características fundamentais do ciclo do carbono tornou-se estabelecida há 4 bilhões de anos.

Antigos sedimentos no Gabão datados entre 2.150 e 2.080 milhões de anos atrás fornecem um registro da evolução dinâmica da oxigenação da Terra. Essas flutuações na oxigenação provavelmente foram impulsionadas pela excursão do isótopo de carbono de Lomagundi

Terceira atmosfera

O constante rearranjo dos continentes pelas placas tectônicas influencia a evolução a longo prazo da atmosfera, transferindo o dióxido de carbono de e para grandes reservas continentais de carbonato. O oxigênio livre não existia na atmosfera até cerca de 2,4 bilhões de anos atrás durante o Grande Evento de Oxigenação e sua aparência é indicada pelo fim das formações ferríferas bandadas .

Antes desse período, qualquer oxigênio produzido pela fotossíntese era consumido pela oxidação de materiais reduzidos, principalmente o ferro. Moléculas de oxigênio livre não começaram a se acumular na atmosfera até que a taxa de produção de oxigênio começasse a exceder a disponibilidade de materiais redutores que removiam oxigênio. Este ponto significa uma mudança de uma atmosfera redutora para uma atmosfera oxidante . O 2 apresentou grandes variações até atingir um estado estacionário de mais de 15% ao final do pré-cambriano.  A seguinte intervalo de tempo de 541 milhões de anos atrás, para o dia presente é o Phanerozoic Eon, durante o primeiro período de que, o Cambriano ,-requerendo oxigénio metazoários formas de vida começaram a aparecer.

A quantidade de oxigênio na atmosfera flutuou nos últimos 600 milhões de anos, atingindo um pico de cerca de 30% em torno de 280 milhões de anos atrás, significativamente maior do que os atuais 21%. Dois processos principais governam as mudanças na atmosfera: as plantas usam dióxido de carbono da atmosfera , liberando oxigênio. Quebra de pirita e erupções vulcânicas liberam enxofrena atmosfera, que oxida e, portanto, reduz a quantidade de oxigênio na atmosfera. No entanto, as erupções vulcânicas também liberam dióxido de carbono, que as plantas podem converter em oxigênio. A causa exata da variação da quantidade de oxigênio na atmosfera não é conhecida. Períodos com muito oxigênio na atmosfera estão associados ao rápido desenvolvimento de animais. A atmosfera de hoje contém 21% de oxigênio, o que é ótimo o suficiente para esse rápido desenvolvimento dos animais.

Poluição do ar

A poluição do ar é a introdução na atmosfera de produtos químicos , material particulado ou materiais biológicos que causam danos ou desconforto aos organismos.  O esgotamento do ozono estratosférico é causado pela poluição atmosférica, principalmente a partir de clorofluorocarbonetos e outras substâncias que empobrecem a camada de ozono.

O consenso científico é que os gases de efeito estufa antropogênicos que atualmente se acumulam na atmosfera são a principal causa do aquecimento global


Imagens do espaço

Em 19 de outubro de 2015, a NASA iniciou um site contendo imagens diárias do lado iluminado da Terra em http://epic.gsfc.nasa.gov/ . As imagens são tiradas do Observatório do Clima do Espaço Profundo (DSCOVR) e mostram a Terra enquanto gira durante um dia

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