Introdução. Introdução. Geodinâmica externa. Geodinâmica externa conjunto dos processos dinâmicos ocorrendo na superfície terrestre.

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1 UFRB - Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Exatas, Biológicas e Ambientais Geodinâmica externa 1 Energia / atmosfera / oceanos Introdução Geodinâmica externa conjunto dos processos dinâmicos ocorrendo na superfície terrestre. Corresponde à dinâmica das envelopes terrestre externes: atmosfera e hidrosfera Professor: Thomas Vincent Gloaguen tgloaguen@gmail.com Geodinâmica externa ou Conhecer os processos a origem da formação das paisagens Introdução Quais os fatores de formação da paisagem? CRIAÇÃO DO RELEVO - Para formar relevo, tem que haver SOERGUIMENTO dos terrenos. Tectônica das placas. Colisão formação de cadeias de montanhas / Subducção formação dos arcos vulcânicos Isostasia. Soerguimento posterior das massas continentais durante a erosão das rochas, devido ao príncipe de Arquimedes. CAUSAS DESTRUIÇÃO DO RELEVO Compensação da elevação dos terrenos = INTEMPERISMO Energia potencial - Ex: queda de blocos - Origem: massa da Terra-gravidade Energia química Ex: oxidação - Origem: ligações atômicas Energia mecânica Ex: força do vento e das correntes Origem: energia solar CAUSAS Dinâmica da atmosfera e do oceano PORQUE? Onde tem movimento, há energia Qual a fonte de energia? Ex: carro a energia do combustível se transforma em energia cinética tectônica das placas energia térmica (radioativa e energia residual da acrescão inicial) leva ao movimento da litosfera Fonte de energia à origem da dinâmica das envelopes externas = fonte externe = SOL 1

2 Introdução Globalmente, a Terra está em equilíbrio energético MAS Localmente, há variabilidade da temperatura dos oceanos e atmosfera, devido a inigualdade da repartição das radiações solares e da inércia dos oceanos Introdução 1) Estudo do balanço energético global do planeta 2) Estudo da variabilidade local das circulações atmosféricas e oceânicas Esta inigualdade é o motor das circulações atmosférica e oceânicas, o regulador dos clímas O balanço energético O balanço energético A Terra recebe energia solar, como todos os outros corpos do sistema solar, na forma de ondas eletromagnéticas. A quantidade de energia recebida por m 2 na alto da atmosfera é chamada constante solar. Constante solar = 1360 watts/m 2 na Terra Função de 1/r 2, onde r é a distancia ao sol A Terra está em equilíbrio térmico? Se a Terra fosse em excedente térmico (energia recebida > energia emitida), a Terra ia aquecer. No caso contrário (energia recebida < energia emitida), a Terra resfriaria. Então, o sistema pode ser considerado no estado estacionário do ponto de visto energético toda a energia recebida é emitida. Considerando que a temperatura do planeta é homogênea e constante, vamos descrever o balanço energético 2

3 O balanço energético na ausência de atmosfera O balanço energético na ausência de atmosfera E total E refletida E retransmitida Energia emitida = energia refletida + energia retransmitida 1) Reflexão da energia na superfície do planeta Capacidade de reflexão = albedo (α) α = 0,3 para a superfície terrestre 2) O resto é absorvido pela superfície que se aquece e retransmitida Energia recebida (E RC ou E total ) Etotal = Sd. C S d = superfície diametral (km 2 ) S t = superfície total recebendo E RC (km 2 ) C = constante solar Energia recebida por unidade de superfície Sd. C C Etotal = = St 2 E refletida = α. E recebida E = ( 1 α). absorvida E recebida O balanço energético na ausência de atmosfera O balanço energético na ausência de atmosfera Esta energia absorvida vai ser retransmitida (resfriamento da superfície) Temperatura média no solo ( C) Venus 450 Lua -20 Terra 14 Marte -25 Sabe-se que a energia emitida depende da temperatura da superfície (lei de Stefan-Boltzmann) 4 E emitida = σ.t Pressão no solo (Pa) Raio médio (km) Distancia ao Sol (10 6 km) σ (W.m -2.K -4 ) ,2 5, ,6 5, ,6 5, ,7 5, Temos então S d. C.(1 α ) = σ. T S t 4 Assim é possível calcular a temperatura da superfície de um corpo do sistema solar Valores calculados Superfície diametral - Sd (m) 1,1E+14 9,5E+12 1,3E+14 3,6E+13 Superfície total - St (m) 4,6E+14 3,8E+13 5,1E+14 1,5E+14 Constante solar 2599, ,0513 Energia recebida (watt/m2) Energia refletida (watt/m2) Energia retransmitida (watt/m2) Temperatura teórica ( C) 26,1-18,6-18,6-66,8 3

4 O balanço energético Temperaturas próximas da temperatura da lua Donde vem a diferença? Fluxo geotérmico? NÃO FG = 0,06 W.m -2,ou seja, 5000 menor do que a energia solar. Podemos observar uma relação entre o erro de temperatura e a pressão no solo. Qual a origem de pressão na superfície de um planeta? O balanço energético na presença de atmosfera A atmosfera provoca um efeito estufa Ondas eletromagnéticas que atingem a superfície são retransmitidas na forma de ondas infra-vermelhas (maior comprimento de onda). Estas ondas infra-vermelhas são absorvidos pelas moléculas atmosféricos tais como H 2 O ou CO 2, que são gazes a efeito estufa. Estes gazes re-emitam energia em direção do planeta, provocando um aumento de temperatura A atmosfera Composição da atmosfera Constituintes cuja composição não varia com altitude Gás Nitrogênio (N 2 ) Oxigênio (O 2 ) Argônio (Ar) Dióxido de carbono (CO 2 ) Neônio (Ne) Hélio (He) Metano (CH 4 ) Constituintes cuja composição varia Gás Água (H 2 O) Dióxido de enxofre (SO 2 ) Ozônio (O 3 ) Porcentagem (volume) Porcentagem (volume) 0 à 7 0 à à Energia (unidade arbitraria) Visível A atmosfera Energia solar no topo da atmosfera Energia solar no nível do mar Energia refletida na atmosfera Energia absorvida por gases Energia Comprimento de onda (µm) Composição da atmosfera Alem do efeito estufa, os gases, principalmente O 3, absorvem na estratosfera boa parte dos raios UV. 4

5 Termosfera Mesopausa A atmosfera 10-5 Estrutura da atmosfera Estratificação REGULAÇÃO TÉRMICA DO PLANETA Altitude (km) Mesosfera Estratopausa Estratosfera Concentração máxima de ozônio Tropopausa Troposfera Temperatura ( o C) Pressão (bars) Mt Everest Qual o parâmetro que diferencia os 10-4 estratos? temperatura 10-3 O que provoca as variações de temperatura: na troposfera? resfriamento do ar quando se afasta da superfície 10-2 terrestre aquecida pelas radiações solares na estratosfera? 10-1 efeito estufa pelos gases e absorção do UV solares pelo O 3 1 na mesosfera? diminuição da pressão = diminuição de concentração de gases Temperaturas médias registradas na superfície do planeta. - Azul : -36 a -12 o C - Azul claro : -10 a 0 o C - Amarelo : 2 a 14 o C - Laranja-vermelho : 16 a 34 o C - Vermelho escuro : 36 a 40 o C Regulação térmica A variação de incidência das radiações solares leva a desequilíbrio no balanço de energia na superfície terrestre se compara com um objeto de superfície plana. As diferenças de temperaturas gera gradientes térmicos. Ocorrem então movimentos de massa para regulação da energia na superfície terrestre. Repartição do fluxo solar efetivo na superfície do planeta (o fluxo efetivo é o valor do fluxo chegando no solo menos o do fluxo refletido no mesmo comprimento de onda) As variações locais de fluxos energéticos provocam variações climáticas e circulações atmosféricas e oceânicas Formação de ventos Formação de correntes marítimas 5

6 Circulação atmosférica Como explicar a dinâmica das massas de ar? 1) Aquecimento do ar na base da troposfera pela energia retransmitida Célula equatorial boreal (de Hadley) Célula das latitudes médias Circulação atmosférica Pólo N Célula polar boreal ventos oeste alizés ventos leste 2) Resfriamento do ar no topo da troposfera por dissipação de calor Como o ar mais frio é mais denso, ele tem tendência a descer. Criação de células c de convecção na TROPOSFERA Célula equatorial austral Célula das latitudes médias alizés ventos oeste ventos leste Célula polar austral Pólo S Circulação atmosférica Circulação atmosférica Circulações estratosféricas? As massas de ar, chegando na tropopausa, descem de novo na troposfera Não há movimentos importantes em cima da tropopausa. Somente os círus dão uma idéia da direção do ar na estratosfera, ou a dispersão de partículas durante erupções vulcânicas intensivas que ultrapassam a troposfera. 6

7 Circulação atmosférica Circulação atmosférica As forças agindo no ar são: 1) Força de pressão: causado pela diferença de pressão 2) Força de Coriolis: causado pela rotação da Terra onde ρ = massa volumétrica do ar (1,2 kg.m -3 ) dp/dx = gradiente de pressão Ω = velocidade angular da rotação da Terra (rad.s -1 ) Θ = latitude v h = velocidade horizontal do ar EXERCICIO Tempestade no Atlântico Norte Onde estão os ventos fortes? Calcular a velocidade do vento nos locais A, B, C Respostas aproximativas: A: 220 km/h B: 65 km/h C: 30 km/h A C B 1000 km Identificação dos nuvens Acoplamento atmosfera/oceano Forçamento da atmosfera no oceano Radiações solares - forçamento térmico Precipitações - forçamento hidrológico Vento - forçamento mecânico Extremamente mal distribuído no planeta: grandes variações de: aquecimento: água mais ou menos quente precipitações : água mais ou menos salgada vento: água mais ou menos agitada Oceano funciona com regulador COMO? MOVIMENTO DE MASSA 7

8 1) Densidade - INERTIA Oceano: 1027 kg.m -3 Atmosfera: 1,03 kg.m -3 Acoplamento atmosfera/oceano Diferenças entre atmosfera e oceano Porque o oceano é considerado regulador? Regulador espacial: variações espaciais na atmosfera (ex: alguns 1000 km) leva a menor variabilidade no oceano (ex: alguns 100 km) Regulador temporal: resposta muito longa do oceano a uma variação rápida da atmosfera (ex: movimento do oceano durante alguns meses após uma depressão atmosférica). Uma partícula oceânica no oceano profundo leva 1000 anos para passar do Atlântico norte ao Pacífico norte. Na superfície do oceano, existem ondas que levam dezenas de anos para atravessar o pacífico. 1) Densidade Oceano: 1027 kg.m -3 Atmosfera: 1,03 kg.m -3 Acoplamento atmosfera/oceano Diferenças entre atmosfera e oceano Porque o oceano é considerado regulador? Regulador espacial Regulador temporal 2) Material Oceano constituído de água. Temperatura de fusão Capacidade calorífica faible (1 cal.g -1. O C -1 ) efeito tampão térmico estocagem de energia (calor) em longas distancias e longos tempos Circulações superficiais Seguem globalmente as circulações atmosféricas Circulações superficiais Perpendiculares à direção do vento Exemplo do hemisfério norte, com um deslocamento da direção da corrente de 45 O pela força de Coriolis Vento Direção média Camada de água influenciada pelo vento Velocidade: alguns cm a 2m por segundo 8

9 Circulações profundas A B Circulações profundas As circulações do oceano profundo são circulações termohalinas (depende de temperatura e salinidade) A - Resfriamento da água nos altas latitudes (perto dos pólos) + aumento da salinidade do mar pela formação de gelo água mais pesada afunda Está água circula no fundo do Atlântico (EPNA = água profunda norte-atlântica) B - A aumento da temperatura diminui a densidade da água que volta a superfície COMO EXPLICAR? Regulador extremamente importante dos temperaturas e dos climas do planetas Anticiclono Depressão Ciclones La Ninã/El Ninõ atrás: queda de 6 o C em somente algumas dezenas de anos devido a mudança dos correntes marítimos Resultado: glaciação mundial (geleira até a Inglaterra)... Efeito de patamar Efeito de retroação positiva ou negativa (exemplo: efeito do aquecimento global no derretimento de gelo / evaporação do mar) A velocidade das águas profundas pode ser estimada a partir desta figura alguns mm por segundo Modificações atual dos correntes marítimos??? 9