A Fisica do Ambiente

05 capítulo

Fenômenos naturais e artificiais na atmosfera terrestre

EIXOS ESTRUTURANTES DO CAPÍTULO: –

Conhecer os processos físicos relacionados aos fenômenos do efeito estufa, aquecimento global e sistemas ciclônicos (furacões e tornados).

–

Relacionar esses fenômenos com as ações humanas e perceber, através do conhecimento científico, como alteram processos naturais do planeta.

Na unidade anterior, conhecemos como nossa atmosfera se estrutura e se comporta. Aprendemos que as trocas de calor representam o principal processo físico que regula a dinâmica atmosférica, em especial na troposfera. E descobrimos também que os componentes da superfície terrestre influenciam essa relação termodinâmica acumulando ou refletindo energia. A grande fonte de energia desse sistema é a radiação emitida pelo Sol. Tal conjunto de fatores provoca uma série de fenômenos naturais que podem ser (e são) influenciados pelas práticas humanas. Este é o tema do nosso capítulo: os fenômenos naturais e artificiais na atmosfera.

Disponível em: < https://www.ospo.noaa.gov >

Mapa da temperatura da superfície do mar no Golfo do México em dezembro de 2022.

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM:



–

Aprender os processos físicos do efeito estufa e entender sua influência para a manutenção de uma temperatura média no planeta.

–

–

Refletir sobre que alterações na atmosfera podem intensificar a capacidade de armazenamento de energia na Terra.

Perceber que a Terra tem uma dinâmica variável de componentes em sua atmosfera, mas que as ações humanas vêm alterando de forma significativa sua composição e dinâmica nos últimos 150 anos.

–

Conhecer os parâmetros físicos que regem os furacões e tornados.

–

Relacionar os fenômenos do efeito estufa e do aquecimento global com as atividades econômicas da humanidade e identificar seu impacto em mudanças climáticas.

–

Compreender a intensificação no desenvolvimento de sistemas ciclônicos em decorrência do aquecimento global e perceber o porquê do termo mudanças climáticas.

aqui Acesse ula. a a video

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2o ano

lembretes

1. Efeito estufa, aquecimento global ou mudanças climáticas? O termo efeito estufa já é um antigo conhecido da sociedade para nos referirmos ao calor acumulado na atmosfera. No entanto, há alguns anos, duas outras expressões também vêm se popularizando nos debates e estudos sobre a temperatura do planeta: aquecimento global e mudanças climáticas. Será que essas três expressões são sinônimos? A resposta é não, mas esses termos estão relacionados entre si, e para começarmos a tratar dessa relação vamos primeiro relembrar o que é efeito estufa.

1.1. Efeito estufa

Wikimedia Commons

Sabemos que o Sol emite radiação eletromagnética em vários intervalos de comprimentos de onda, ou seja, radiações com diversos níveis de energia. Destas, as principais que interagem com a nossa atmosfera são os intervalos que correspondem à 1 faixa da luz visível e do ultravioleta. Cerca de da radiação que chega ao nosso planeta é 3 2 refletida para o espaço e os outros penetram em nossa atmosfera e chegam à superfície 3 terrestre. Isto ocorre porque os gases da nossa atmosfera são transparentes para a luz visível. Quando a radiação solar interage com a Terra ela é absorvida pela superfície e posteriormente reemitida em outra faixa do espectro eletromagnético, o intervalo do infravermelho. Este intervalo também chamado de radiação térmica, pois a forma como podemos captar essa frequência é pela sensação de calor. Assim, a interação da radiação solar provoca o aquecimento da superfície e da atmosfera.

Representação do espectro eletromagnético disposto por comprimento de onda e frequência. Observe o intervalo que vai do infravermelho ao ultravioleta, no qual o primeiro corresponde a uma radiação menos energética e o segundo a uma radiação mais energética.

No entanto, apenas essa interação de conversão de frequências não explica o fenômeno do efeito estufa, pois ele pressupõe não somente o aquecimento mas também a manutenção da temperatura média global. Se não houvesse uma atmosfera com composição semelhante à nossa, à medida que a fonte de radiação cessasse (à noite), a Terra irradiaria calor de volta para o espaço, fazendo com que a temperatura média global diminuísse. É por termos uma atmosfera composta de elementos capazes de absorver

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infravermelho que a energia térmica não se perde para o espaço, pelo contrário: ela fica na atmosfera e, por vezes, pode ser remetida novamente para a superfície, mantendo uma temperatura média constante. Sem esse fenômeno a temperatura do nosso planeta seria muito mais baixa e a manutenção da vida não seria possível.

iaç r ola

s ão

Radiação IR

2/3 penetra na atmosfera

Irradiação de IR para o espaço

Efeito estufa

Interação com gases estufa

Atmosfera Terra

Autoria: Claudia Matos.

d Ra

1/3 refletido pela atmosfera

Modelo do balanço energético da Terra.

lembretes

A teorização desse fenômeno foi feita inicialmente pelo físico francês Jean-Batiste Fourier. Ele propôs que a atmosfera terrestre se comportaria de forma semelhante a uma estufa. Ou seja, as paredes e teto de vidro seriam como a nossa atmosfera translúcida, que permite a entrada da radiação solar. No entanto, apesar da noção de absorção de calor se aplicar nos dois casos, na atmosfera e na estufa, a analogia não é perfeita, pois, no caso da estufa, trata-se de um sistema fechado que não permite trocas entre um ar aquecido e um ar frio. Na atmosfera, como estudamos, a troca de calor predominante é a convecção, e é por este processo que parte do calor acumulado durante a irradiação é devolvido para o espaço. Como já pontuamos, o efeito estufa só é possível devido ao 1% de componentes variáveis da atmosfera – entre os quais se encontram os chamados gases do efeito estufa. Os mais significativos são o vapor d’água, o dióxido de carbono e o metano, e para entendermos como eles contribuem para manter a temperatura média global precisamos retornar às frequências do espectro eletromagnético. Os gases que compõem a atmosfera são constituídos pelos mais diversos tipos de moléculas. A geometria e a composição dessas moléculas influenciam em como elas interagem, ou não, com o espectro eletromagnético. Gases como o Oxigênio e o Nitrogênio apresentam moléculas simples, compostas de apenas dois elementos. Já o dióxido de carbono ou e metano apresentam moléculas com 3 ou mais elementos químicos. E, como vimos, a radiação eletromagnética se comporta como uma onda, sendo dividida em distintos comprimentos de onda. No primeiro caso, das moléculas menores ( e ), a interação de absorção com a radiação eletromagnética é melhor para comprimentos de onda em torno de 200 nm. Isto significa comprimentos de onda curtos e, consequentemente, mais energéticos. Não é à toa que este tipo de radiação mais energética (UV) reage com o Ozônio na estratosfera. Já para as moléculas maiores, como os gases estufa, é necessária uma radiação menos energética, com comprimento de

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lembretes

Absorção

Infravermelho termal

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onda maior, como é o caso da faixa do infravermelho (IR), onde varia de 700 nm até 1 mm. Neste sentido, podemos dizer que a radiação UV ou de Luz Visível passam despercebidas pelas moléculas de gases estufa por ser pequena demais para causar qualquer tipo de interação. No entanto, quando há a emissão de IR, essas moléculas conseguem executar certos tipos de vibração por apresentarem geometria e composição adequadas para uma melhor absorção do comprimento de onda dessa radiação. No caso das moléculas mais simples o contrário se processa. Por isso, é possível a entrada de UV e Luz Visível e a saída de parte do IR que não é captado pelos gases estufa.

Comprimento de onda (µm) Gráfico representando a capacidade de absorção de energia por comprimento de onda para a água e o dióxido de carbono.

Ainda considerando a interação dos gases estufa em escala molecular, vale complementar que o mantimento de energia térmica não se dá somente pela equivalência com comprimento de onda. É preciso termos claro que ocorre um evento em cadeia. Quando uma molécula de dióxido de carbono absorve radiação, ela manifesta este excesso de energia aumentando sua vibração. Como resultado, pode após algum tempo liberar essa energia extra na forma de um fóton de IR, que será captado novamente por outra molécula. Com o aumento de sua energia cinética e de seu movimento, também pode colidir com outras moléculas, aumentando a energia cinética média das moléculas dentro da atmosfera e prolongando seu aquecimento.

A temperatura média da Terra A aferição da temperatura média global pode ser obtida através da análise do balanço energético entre a equação da Potência Irradiada e da Potência absorvida pela Terra. O trabalho matemático não será apresentado aqui, porém o resultado para a temperatura média do planeta é dado pela seguinte expressão: 1

onde

 (1  r) S  4 , Tt     4e 

Tt – Temperatura da Terra

σ – constante de Stefan-Boltzmann

r – coeficiente de reflexividade

S – constante solar

e – emissividade da Terra O valor de r representa a capacidade de reflexão da Terra, ou seja, seu albedo. O parâmetro e é a emissividade de radiação da superfície do planeta. A constante de Stefan-Boltzmann refere-se à lei de mesmo nome, que trata das relações da potência da radiação eletromagnética irradiada por um objeto, contida na teoria sobre corpos negros dentro da Termodinâmica. Já a constante solar, S, expressa a irradiância do Sol. Se utilizarmos então e = 1, S = 1.353 W/m2 e r = 0,3, encontramos que a temperatura média do planeta é de –21 °C. Contudo, as medições demonstram que a temperatura média da Terra na realidade é de aproximadamente 13,9 °C.

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Esta discrepância se deve justamente à existência do efeito estufa natural do planeta. Caso este efeito não existisse, a Terra seria um planeta com regimes de temperatura extremamente baixas, que poderiam impossibilitar a criação da vida como conhecemos hoje. Entretanto, embora o efeito estufa seja benéfico à vida na Terra, seu aumento exagerado pode gerar impactos negativos e prejudicar a sustentabilidade biológica no planeta.

lembretes

1.2. Aquecimento global Com as informações que acumulamos até aqui, podemos perceber que o efeito estufa é um fenômeno natural da nossa atmosfera e que desempenha um papel fundamental para a manutenção da vida. Entretanto, seu comportamento indica que ele pode ser facilmente alterado pelos nossos modos de vida. Gases como dióxido de carbono ou metano podem ser produzidos naturalmente (erupções vulcânicas ou metabolismo de animais), mas nossas atividades econômicas baseadas em matrizes energéticas de combustíveis fósseis emitem grandes volumes artificialmente. Com a emissão acima do normal desses elementos, a tendência é provocar um aumento de temperatura média global no planeta, afinal estamos falando de gases com potencial de absorção de energia térmica. Ou seja, as ações antrópicas podem provocar um aquecimento global. Você pode então estar deduzindo que o fenômeno do aquecimento global seria artificial, certo? Na realidade, a temperatura da atmosfera terrestre, ao longo dos seus bilhões de anos de existência, varia bastante. E os motivos também são diversos. A composição da nossa atmosfera se modificou. Por exemplo, quando o supercontinente Gondwana estava se separando, há cerca de 200 milhões de anos, a Terra passou por forte vulcanismo que, por emitir muito dióxido de carbono, deixou a temperatura média global bem mais alta que a atual. Outro fator são os movimentos astronômicos da Terra, que podem provocar alterações de irradiação solar, provocando o resfriamento do planeta. Um exemplo são as eras do gelo, em período geológico mais recente. Ou seja, é natural do nosso planeta apresentar aquecimento e resfriamento da sua atmosfera. Desta forma, podemos dizer que o aquecimento global é um fenômeno em parte natural e em parte artificial.

concentração de CO2 (ppm)

Wikimedia Commons

Para exemplificar a diferença entre o aquecimento global natural e o artificial, vamos dar uma olhada no gráfico a seguir. Ele representa a variação de dióxido de carbono na atmosfera ao longo de 400 mil anos. É fácil observar que nesse período a concentração sempre oscilou, porém nunca chegando nível em 2013 a níveis maiores que 300 ppm de CO2. 400 No entanto, quando olhamos para o marco 0 do gráfico, que representa a 350 atualidade, constatamos um aumento vertiginoso dessa concentração, que 300 chega a 400 ppm. Essa alteração, que destoa do comportamento usual 250 da atmosfera, demonstra que houve um rompimento com o comporta200 mento natural do planeta. Como a principal fonte emissora não-natural 400 300 200 100 0 de dióxido de carbono vem das ativimil anos dades humanas, podemos deduzir que Concentração de dióxido de carbono em partes esse aumento desproporcional é um por milhão (ppm) nos últimos 400 mil de anos. fenômeno artificial.

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lembretes

Outro gráfico interessante para nosso estudo é o da variação das anomalias de temperatura. Esse termo tem como base a definição de uma temperatura média global padrão para o nosso período geológico, definida em 13,9 °C. Todo valor de temperatura maior ou menor é entendido como uma “anomalia”. O gráfico representa essa variação ao longo de 2 mil anos. Os dados do ano 0 ao 1850 são indiretos (ou proxy), ou seja, não são medidas de temperatura, mas deduções bem precisas a partir de amostras coletadas em diversas fontes. As mais comuns são amostras de gelo, por preservarem porções de atmosfera do período que foram formadas. Já os dados a partir de 1850 são medidas diretas de temperatura realizadas com termômetros. Ao observarmos esse gráfico, verificamos o mesmo fenômeno do anterior: nos últimos anos, houve um rompimento com o padrão da variação de temperatura, com uma anomalia positiva maior que 1 °C.

Temperatura nos últimos dois milênios em relação a 1850 - 1900 o

C

Wikimedia Commons

1,0 Observada 0,5

0,0 Reconstruída –0,5

0

500

1000

1500

Estimativas e registros de temperatura na Terra nos últimos 2 mil anos.

2000

Esse 1 °C de aumento da temperatura pode parecer pouco, mas precisamos ter em mente que ele refere-se à média de todas as temperaturas no planeta. Todos os anos as medidas realizadas em diversas estações meteorológicas são reunidas e computadas a fim de compor uma média de regionais para servir para o cálculo da média global. Neste sentido, 1 °C de variação média representa variações muito mais significativas em algumas localidades. A partir da leitura dos dois gráficos, verificamos que a humanidade tem causado impactos significativos em nossa atmosfera, associados à liberação de grandes quantidades de gases estufa. Com isso, alteram-se as variações normais em nosso planeta para índices muito mais elevados. Portanto, embora seja um processo natural, o aquecimento global vem sendo radicalmente alterado pelas ações artificiais do ser humano. Essa percepção nos leva ao último termo que levantamos no início do capítulo: as mudanças climáticas.

CAP. 05

Wikimedia Commons

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Gravura do rio Monongahela, em Pittsburg (EUA), publicada em jornal no final do século XIX. Observe as fumaças expelidas por todas as chaminés. Elas vêm principalmente da queima do carvão mineral, desde aquela época a principal fonte de energia da revolução industrial.

1.3. Mudanças climáticas Veja o mapa

animado que repre-

senta a elevação

da temperatura da

Terra de 1880 a 2021.

lembretes

Como estudamos no capítulo anterior, nosso planeta é iluminado de forma desigual por ter um formato esférico, com zonas divididas latitudinalmente. Em cada zona se forma um clima com características relacionadas ao seu regime anual de irradiação solar. Nas zonas polares há predomínio de temperaturas baixas, nas temperadas grandes variações e nas tropicais (ZCIT) há predomínio de temperaturas mais altas. No capítulo 7, veremos que o eixo de inclinação da Terra e sua órbita ao redor do Sol também são fatores determinantes para configurar as estações em cada zona climática. No entanto, apesar da forma da Terra, de sua órbita e da inclinação do seu eixo não se alterarem, se mudarmos a composição de nossa atmosfera a dinâmica pode ser afetada, certo? E, com isso, os climas também sofrerão alterações. Por esse raciocínio, podemos deduzir que ao falar em mudanças climáticas estamos nos referindo às alterações na dinâmica natural da atmosfera causadas pela intensificação do efeito estufa, que causa o acúmulo de energia e o aquecimento global. Dentre essas mudanças climáticas podemos enumerar as variações nos volumes de chuvas e, consequentemente, nos sistemas de vento que estudamos no capítulo anterior. Um dos impactos mais alarmantes das mudanças climáticas é a intensificação dos movimentos ciclonais que podem se manifestar em furacões ou tornados. Assim, para finalizar nossos estudos, vamos conhecer um pouco desses fenômenos naturais e entender como poderão ser alterados pelo aquecimento global?

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Ou mudamos agora ou mudamos agora! Entre janeiro de 2021 e abril de 2022 o Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC, sigla em inglês) lançou seu 6º Relatório de Avaliação, dividido em três partes — referentes aos dados científicos, aos impactos das mudanças climáticas e às medidas e políticas a serem adotadas. O resultado não é animador. Estamos 1,09 °C acima da temperatura média global e isso está causando severos impactos. Estima-se que a temperatura ainda deve subir 1,5 °C até a próxima década. Alguns impactos já são irreversíveis e outros poderão levar décadas ou séculos para serem revertidos. E isso se mudarmos agora! Essa é a boa notícia: ainda há o que ser feito para a humanidade construir um futuro mais justo e sustentável. Para saber mais sobre o 6º Relatório de Avaliação do IPCC, acesse os vídeos sugeridos. • 5 pontos do relatório da ONU sobre efeitos alarmantes das mudanças climáticas

• Mudanças climáticas: Secretário da ONU critica “promessas vazias” ao apresentar relatório do IPCC



2. Ventos ciclônicos Você já deve ter ouvido os termos furacão e tornado, certo? E também tufões e ciclones. Sabemos que se tratam de eventos caracterizados por ventos muito fortes e com ampla capacidade de destruição. Mas seriam sinônimos?

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Vamos começar relembrando alguns conceitos que vimos no capítulo anterior. Aprendemos que, na atmosfera terrestre, quando o ar aquece tem sua pressão reduzida e começa a apresentar movimentos ascendentes. Já quando o ar é frio, sua pressão é maior e ele apresenta movimentos descendentes. Esse comportamento que mistura configurações de pressão e temperatura forma movimentos em diversas escalas. Aprendemos também que quando pensamos em uma escala regional – como uma área grande sobre o oceano ou um terreno plano – a superfície da Terra “empresta” suas condições de temperatura e umidade formando o que chamamos de massas de ar. Se essas massas de ar apresentam alta temperatura formam sistemas de baixa pressão, caracterizados por muita evaporação de água e formação de tempo instável. O contrário se processa em massas de ar frias, que geram condições de tempo mais estáveis. Se somarmos o comportamento convectivo da atmosfera, movimentos ascendentes e descendentes devido à temperatura e pressão dos gases, a corpos como as massa de ar, veremos dinâmicas interessantes da direção dos ventos. Vamos observar a imagem a seguir. Nos sistemas de alta pressão, também conhecidos como anticiclones, o ar frio desce na direção da superfície e se espalha para todos os lados. Por sua maior pressão, tem o potencial de impedir que núcleos instáveis de baixa pressão se aproximem, mantendo o tempo firme e aberto. Já nos sistemas de baixa pressão, conhecidos como ciclones, devido à temperatura elevada temos a combinação da evaporação de água com a tendência de ascensão do ar. O ar quente e úmido a alcançar porções mais altas da troposfera, ou mesmo a base da estratosfera, esfria rapidamente, condensando o vapor d’água e formando nuvens e tempestades. Temos então a formação de um fluxo ascendente de ar quente e úmido que ao atingir altitude resfria, perde energia e passa a se espalhar também para todos os lados.

Miranda e Souza, 2012, p.188.

lembretes

100 KPa

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A

B

100.8 KPa

99.2 KPa

100.4 KPa

99.6 KPa

Modelo de circulação de ar na troposfera em sistemas de alta (à esquerda) e baixa (à direita) pressão.

100 KPa

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Com essa dinâmica em mente, temos que adicionar mais uma variável à nossa equação para descrever o movimento das massas de ar que é a força de Coriolis. Como vimos no último capítulo, trata-se de uma pseudoforça resultante do movimento de rotação da Terra, que fará com que esses movimentos ocorram em espiral. Ou seja, os ciclones (sistemas de baixa pressão) e anticiclones (sistemas de alta pressão) terão ao mesmo tempo movimentos ascendentes, descendentes e rotacionais, tendendo a uma espiral.

2.1. Furacões, ciclones e tufões Podemos agora responder nossos questionamentos sobre os ventos fortes e suas denominações. Comecemos pelos furacões. Este fenômeno atmosférico é típico de ambientes marítimos e sempre se forma sobre oceanos quentes. Apesar de serem bastante frequentes em algumas partes do mundo, como no golfo do México e no sul dos EUA, no noroeste do Oceano Pacífico e na Austrália, os furacões precisam de condições bastante específicas para acontecer. Para a formação de um furacão, a água precisa ter profundidade maior que 60 metros e temperatura de pelo menos 26 °C. A evaporação mais intensa nesses ambientes permite que a massa de ar, ao se deslocar, acumule cada vez mais umidade. O vapor d’água acumulado ao ascender condensa, formando nuvens, liberando calor e tornando as condições em seu interior instáveis até que haja a formação de tempestades. Como resultado, este meio é cada vez mais aquecido, intensificando-se a evaporação e aumentando a massa e o volume da massa de ar. Esse aumento de massa e energia do sistema confere maior força de momento, que dá origem a ventos cada vez mais intensos em sentido espiral, formando um vórtice atmosférico. Quando os ventos no interior desse vórtice apresentam velocidade superior a 118 km/h dá-se início a um furacão. Como dá para perceber na explicação da formação de um furacão, trata-se de um fenômeno atmosférico com uma evolução gradativa. Ou seja, primeiro a massa de ar acumula umidade e energia, desenvolvendo tempestades. Caso esse sistema de ventos continue sendo alimentado, a intensidade dos movimentos no seu interior vai aumentando até a formação do furacão. E como você pode deduzir, para que esse sistema continue a ser alimentado é preciso que ele se mantenha no ambiente em que se formou: um oceano de águas profundas e quentes. Felizmente, esse tipo de cenário não procede. Massas de ar que dão origem a furacões começam a se formar em regiões próximas à Linha do Equador. Entretanto, devido ao sistema de ventos globais, são direcionadas para latitudes mais altas, o que permite a diminuição do suprimento de energia térmica. Outro importante fator é que, eventualmente, essas massas de ar encontram-se com o continente, o que interrompe sua fonte de umidade. Por isso, à medida que se desloca é natural que o furacão vá perdendo intensidade e se desfaça, sobretudo ao encontrar massas continentais. Entretanto, antes que isso aconteça, onde passam causam severa destruição, seja em ilhas ou áreas costeiras. Isto ocorre porque essas tempestades possuem quilômetros de diâmetro e a intensidade dos seus ventos é fortíssima. Assim como para os terremotos, também existe uma escala para classificar furacões, proposta pelos cientistas Herbert Saffir e Robert Simpson.

Fenômenos naturais e artificiais na atmosfera terrestre lembretes

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Classe

Velocidade dos ventos

Descrição

Depressão Tropical

< 62 km/h

Sistema organizado de nuvens e temporais com uma circulação de superfície definida. Não tem nenhum olho e não tem a forma espiral de tempestades tipicamente poderosas.

Tempestade Tropical

63 a 117 km/h

Sistema organizado de tempestades fortes com uma circulação de superfície definida. Neste momento, a forma ciclônica distintiva começa a se desenvolver, entretanto o olho normalmente não está presente.

F1

118 a 152 km/h

Não provoca quaisquer danos nas estruturas dos edifícios. A principal consequência registra-se nas regiões costeiras, com possibilidade de pequenas inundações. Pode provocar queda de árvores.

F2

153 a 177 km/h

Danos em janelas, portas e telhados de casas. Podem ser arrancadas árvores com a força dos ventos. Embarcações ancoradas junto à costa podem ser afetadas. Possibilidade de inundações em zonas costeiras.

178 a 209 km/h

Provoca danos estruturais em pequenas casas e edifícios. Destrói construções feitas de madeira. Inundações perto da costa destroem pequenas estruturas e danificam construções maiores. Recomenda-se a retirada das pessoas dos locais onde o furacão possa passar.

210 a 249 km/h

Provoca grandes danos em áreas habitadas. Chuvas torrenciais provocam alagamentos em enormes áreas, grandes inundações. Necessidade de retirar em larga escala todos aqueles que residem nas regiões por onde o furacão passe.

>250 km/h

Fenômeno considerado “raro” pelos meteorologistas, pode destruir tudo o que estiver no seu caminho. Áreas costeiras podem ser invadidas até dez quilômetros. Colapso das estruturas. É obrigatória a retirada de todas as pessoas que morem perto da costa.

F3

F4

F5

Classificação de Saffir e Simpson para sistemas ciclônicos.

Miranda e Souza, 2012, p. 193-194

Wikimedia Commons

Enquanto o termo furacão é usado para um tipo específico de fenômeno atmosférico, no qual o ar gira em espiral com altas velocidades, o termo ciclone é mais abrangente para descrever diversas intensidades desse tipo de evento. O termo tufão é sinônimo de furacão, mas nomeia aqueles que ocorrem no Oceano Pacífico, principalmente próximo ao Japão e ao sudeste asiático. Já os tornados são outra história.

animação com Furacão Catarina, que atingiu as costas de Santa Catarina e Rio Grande do Sul em 2004. Fotografia feita da Estação Espacial Internacional.

imagens de satélite demonstrando a evolução do

furacão Catarina

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2o ano

lembretes

2.2. Tornados Os tornados também são caracterizados por movimentos giratórios de ar em altíssimas velocidades, capazes de causar bastante destruição. Mas divergem dos furacões em alguns pontos. O primeiro é sua dimensão, que pode ser de dezenas de metros a alguns quilômetros de diâmetro. E a distância que percorrem pode chegar a centenas de quilômetros durante alguns breves minutos. O local de ocorrência também é diferente: tornados se formam nos continentes. Em resumo, tornados são fenômenos atmosféricos pontuais, de duração breve e ocorrem sobre relevos planos continentais, como as grandes planícies centrais da América do Norte. Por outro lado, tornados se assemelham a furacões por três fatores principais: são altamente destrutivos, apresentam movimentos circulares de ar e relacionam-se a sistemas de ar de baixa pressão. O processo exato para formação de um tornado ainda não é conhecido pela ciência, devido à grande dificuldade de coleta de dados diretos desses fenômenos. Contudo, vamos explorar a teoria mais aceita atualmente para explicar como se desenvolvem. Para que ocorra a formação de um tornado, é necessário que inicialmente exista a presença de uma tempestade de grande porte, conhecida como supercélula. A principal característica que diferencia uma tempestade comum de uma supercélula é que no interior das supercélulas há a presença de um vórtice de ar, localizado alguns quilômetros acima do solo. Este vórtice consiste em correntes ascendentes de ar que convergem circulando em torno de um eixo central, chamado mesociclone.

Wikimedia Commons

A formação da supercélula e do mesociclone é provocada pelo encontro de sistemas de ar quente e frio que se deslocam em sentidos opostos, num efeito chamado cisalhamento das regiões atmosféricas contidas no meio dessas correntes de ar opostas. Devido às diferenças de temperatura e pressão, essas correntes formam um movimento cíclico paralelo ao solo que ganha cada vez mais energia. Como resultado há primeiro a formação da supercélula, que passa a rotacionar, gerando em seu interior o mesociclone.

O cisalhamento do vento (vermelho) define o giro do ar (verde).

A corrente ascendente (azul) "inclina" o ar em rotação para cima.

A corrente ascendente então começa a girar. Modelo representando o cisalhamento formado pelo encontro das correntes de vento que dão origem à supercélula e ao mesociclone.

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Wikimedia Commons

À medida que esse sistema de ar se intensifica, começa a ocorrer um fenômeno chamado de corrente descendente do flanco traseiro (RFD, na sigla em inglês). Consiste em uma corrente descendente de ar frio, que arrasta consigo as regiões inferiores do mesociclone em direção ao chão. Esse movimento descendente se deve à formação de um empuxo negativo ocasionado por fatores variados, que vão desde o derretimento do granizo contido na tempestade a anomalias causadas pelo resfriamento em certas regiões da tempestade. Conforme o mesociclone vai se estendendo para fora da supercélula e descendo em direção ao chão, ele acumula o ar seco e frio presente na corrente descendente da supercélula. Ao passo que o ar quente ascende e o ar frio desce, inicia-se um processo de formação de uma nuvem rotativa. A presença do RFD provoca um processo de extração de ar de uma área que reduz de tamanho no solo. Conforme a corrente de ar quente ascendente se intensifica, ocorre a formação de uma região de baixa pressão na superfície. Esse efeito força o mesociclone a descer em direção ao solo, na forma de um funil de condensação visível que reduz seu raio, gerando como consequência o aumento da velocidade de rotação dos ventos. Este é um efeito esperado quando se considera a chamada a conservação do momento angular. O momento angular é uma grandeza física que se conserva e tem como objetivo medir a quantidade de movimento de corpos em rotação. Um corpo em rotação que tenha seu raio de giro reduzido terá como consequência o aumento de sua velocidade angular, justamente para que haja a conservação do momento angular. De modo contrário, caso o corpo aumente seu raio de giro, sua velocidade angular diminui. Em corpos extensos, mudanças na distribuição de massa também podem gerar variações nas velocidades angulares. Sequência de fotos mostrando o surgimento de tornado, começando pela formação da base de rotação do mesociclone, passando pela descendência e finalizando na formação do seu cone.

lembretes

À medida que o cone de ar invertido desce em direção ao solo, o RFD também atinge o solo, espalhando-se e criando uma rajada de ar que pode causar danos graves a longas distâncias do tornado. Nos momentos iniciais, o tornado possui uma alimentação energética proveniente do ar quente e úmido fluindo de forma ascendente para dentro do vórtice, que vai aumentando seu giro até atingir o chamado "estágio maduro". Esse processo pode levar de cerca de alguns minutos até horas. Alguns tornados, ao atingirem o estágio maduro, adquirem um diâmetro superior a 1,5 km. O fim desse fenômeno ocorre quando a RFD, que é composta de ventos frios, consegue envolver totalmente o tornado. O processo impede a entrada de ar quente que anteriormente fornecia energia ao tornado, provocando uma perda de força até que as paredes de vento começam a se desmanchar levando ao desaparecimento gradativo do tornado. Este momento chama-se “estágio de dissipação”.

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2o ano Wikimedia Commons

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lembretes

Imagem da corrente de ar que dá ao tornado a forma característica de um cone invertido, ou de um funil.

Os tornados também são classificados em uma escala de intensidade. A mais recente chama-se Escala Fujita Aprimorada e recebe seu nome em homenagem a Ted Fujita, meteorologista estadunidense. Ela foi atualizada e relançada em 2007, e baseia-se em estimativas de acordo com os danos provocados por esses fenômenos. Seus dados são estimados porque ainda não foi possível criar um equipamento capaz de medir diretamente a velocidade dos ventos de um tornado.

Classe

Velocidade dos ventos

Frequência

Destruição Danos menores.

EF0

105-137 km/h

52,82%

Pequenas árvores são derrubadas e arbustos arrancados. Telhas são arrancadas de telhados, janelas de carros e prédios explodem, galhos médios e grandes são arrancados de grandes árvores, galpões e celeiros são seriamente danificados e pequenos itens soltos são jogados e levados pelo vento (cadeiras de jardim, mesas de plástico, equipamentos esportivos, colchões etc.). Danos moderados.

EF1

138-177 km/h

32,98%

Pequenas áreas de telhado podem ser arrancadas. Portas e portas de garagem arrombadas, laterais de casas arrancadas, trailers virados, pequenas árvores arrancadas, grandes árvores quebradas ou derrubadas, postes de telefone quebrados, latrinas e galpões destruídos. Carros ocasionalmente capotam ou tombam. Caules de milho ligeiramente dobrados e sem folhas. Danos consideráveis.

EF2

178-217 km/h

8,41%

Telhados inteiros arrancados de casas de madeira, interiores de casas de madeira danificados, árvores pequenas e médias arrancadas. Estruturas fracas, como celeiros e casas móveis, completamente destruídas.

CAP. 05

85

Danos graves.

EF3

218-266 km/h

2,18%

Telhados e numerosas paredes externas arrancados de casas de madeira, todas as árvores em seu caminho arrancadas ou levantadas. Casas de dois andares têm seu segundo andar destruído, arranha-céus têm muitas janelas quebradas. Torres de rádio derrubadas, edifícios de metal (fábricas, usinas de energia e canteiros de obras) fortemente danificados, às vezes completamente destruídos. Veículos grandes (tratores, ônibus, empilhadeiras) arrancados de suas posições originais. Danos devastadores.

EF4

267-322 km/h

0,46%

Árvores parcialmente descascadas, carros despedaçados e jogados para o alto, casas de madeira completamente destruídas e algumas varridas, trens em movimento arrancados dos trilhos, celeiros destruídos. Dano incrível.

>322 km/h

lembretes

0,05%

2.3. Furacões mais intensos Pensando no que estudamos sobre os furacões podemos deduzir de que formas o aquecimento global vem alterando esse fenômeno. Como vimos, a temperatura do mar é um fator decisivo para a formação de furacões. O aumento da temperatura média global tem resultado no aumento de temperatura dos oceanos, que não conseguem irradiar o calor absorvido. Essa elevação de temperatura provoca a ocorrência cada vez mais frequente de furacões de alta intensidade. Um exemplo dramático foi o furacão Ida, ocorrido em agosto de 2021, que chegou à costa sul dos EUA com uma intensidade de F4. Sua força foi tamanha que mesmo ao avançar sobre o continente demorou a perder força. Pelo contrário, ao entrar nas planícies centrais provocou a formação de tornados. E conseguiu chegar até o litoral nordeste dos EUA, em Nova York, onde se transformou em uma tempestade extratropical e causou muitas chuvas e enchentes. Wikimedia Commons

EF5

Carros despedaçados e jogados a centenas ou milhares de metros de distância. Casas de madeira, casas de tijolos e pequenos negócios varridos, árvores descascadas, caules de milho achatados ou arrancados do solo, grama arrancada do solo. Arranha-céus sofrem grandes danos estruturais, madeira e qualquer pequeno material sólido tornam-se projéteis perigosos.

Evolução do furacão Ida desde o Golfo do México (F1), passando pelo estado da Louisiana (F4) e tornando-se uma tempestade extratropical no nordeste dos EUA.

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Fenômenos naturais e artificiais na atmosfera terrestre

2o ano

Os custos de não agir Staff Sgt. William Frye | Wikimedia Commons

Além dos impactos na biosfera e nos nossos modos de vida, as mudanças climáticas também causam severos prejuízos financeiros individuais e estatais. Com o aquecimento global, as mudanças climáticas observadas se relacionam à intensificação dos fenômenos atmosféricos que estudamos nas duas últimas unidades. Dentre os impactos previstos tem-se o desenvolvimento de condições climáticas extremas, como ondas de calor, fortes chuvas e secas severas. A elevação do nível do mar deixará muitos lugares costeiros submersos, e estima-se que furacões e tornados de alta intensidade ocorram com maior frequência. Destruição causada pelo furacão Ida no estado de Louisiana,

Para se ter uma ideia em números, estima-se que Estados Unidos, em 2021. o furacão Ida, que atravessou os EUA de Louisiana a Nova York em 2021, tenha contabilizado prejuízos de mais de 40 bilhões de dólares. Já as inundações ocorridas na Alemanha no mesmo ano totalizaram mais de 2 bilhões de euros em prejuízos. Se desastres dessa magnitude impactam países de economias fortes, imagine os prejuízos em economias mais frágeis em outras partes do mundo. Por isso, é preciso oferecer investimentos para viabilizar medidas de mitigação das mudanças climáticas. Caso contrário, em poucos anos a economia mundial tenderá a ser severamente impactada. Sobre essa perspectiva, o historiador Yuval Harari gravou uma palestra no evento TED Talk sobre quanto custaria para evitar os piores impactos da mudança climática. Confira com o QR Code.

Faça um barômetro caseiro! O barômetro é um instrumento científico desenvolvido para medir a pressão atmosférica. Em estudos meteorológicos tem a função essencial de medir as variações das pressões atmosféricas indicando se a localidade se encontra sob um sistema de baixa ou alta pressão. A variação desse sistema também pode informar um momento de mudança de tempo. Ficou com vontade de ter um barômetro? Então, não perca tempo e reúna os materiais para acompanhar as variações de pressão atmosférica em sua casa!

• • • • •

Materiais: 1 balão de festa 1 canudo 1 copo 1 folha de papel Fita adesiva

CAP. 05

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Como fazer: 1. Corte o balão de festa meio formando uma espécie de toca; 2. Encaixe a parte cortada balão na boca do copo e prenda as extremidades com fita adesiva; 3. Corte uma extremidade do canudo fazendo uma ponta e cole-o com fita adesiva sobre a superfície esticada; 4. Prenda a folha; 5. Encoste o canudo na folha e marque com uma linha o ponto zero. Acima desenhe um Sol e abaixo uma nuvem com chuva;

Disponível em: < https://www.uffculme.org.uk/attachments/ download.asp?file=520&type=pdf >

6. Observe nos próximos dias se seu barômetro está funcionando corretamente!

Modelo do barômetro pronto com sua folha de medida.

É momento de inovar! As mudanças climáticas estão acontecendo e seus impactos são os mais diversos. Se há uma lição dura aprendida é que nossa saúde também está atrelada ao meio ambiente. Para reverter os impactos ambientais é preciso pensar na contramão do que diversas áreas vêm produzindo nos últimos cem anos! E isto só será possível com a formação e atuação de profissionais conscientes e inovadores. Um setor que definitivamente assume singular importância é o da produção de energia. Até hoje muitos países têm como principal matriz energética as termoelétricas, que usam a queima de combustíveis fósseis na geração de energia elétrica. Este cenário está com os dias contados, pois são cada vez maiores os investimentos em usinas elétricas com matrizes energéticas limpas, sobretudo a solar e a eólica. Outro ramo de trabalho que precisa de bastante inovação é a agricultura, pois com as condições climáticas mais severas os impactos em plantios podem ser catastróficos. Apenas com o desenvolvimento de novas práticas agrícolas será possível abastecer uma população mundial que já ultrapassou os 8 bilhões de habitantes. A área da saúde também precisará estar mais vigilante que nunca. A pandemia de Covid-19 apontou a fragilidade dos ecossistemas e especialistas indicam que os impactos ambientais causados pelo aquecimento global favorecem a eclosão de epidemias. Monitoramentos constantes e o desenvolvimento de novas vacinas são práticas que devem ser constantes no cenário que se descortina.

2o ano

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Fenômenos naturais e artificiais na atmosfera terrestre

As engenharias também têm crucial participação nas inovações necessárias. É preciso o desenvolvimento de transportes elétricos eficientes, por exemplo, e também formas de construção civil adaptadas às novas condições climáticas, com a ocorrência mais frequente de inundações e fortes rajadas de vento (e até furacões ou tornados). Em resumo, são inúmeros os trabalhos que buscam soluções ou a mitigação dos efeitos das mudanças climáticas. Entretanto, para que eles existam e possam promover transformações e qualidade de vida para a humanidade, é preciso que líderes de Estado estejam conscientes da emergência climática, implementando políticas que apoiem e abram oportunidades para essas novas áreas de atuação profissional.

atividades 01. (ENEM) O Decreto Federal n° 7.390/2010, que regulamenta a Lei da Política Nacional sobre Mudança do Clima (PNMC) no Brasil, projeta que as emissões nacionais de gases de efeito estufa (GEE) em 2020 serão de 3,236 milhões. Esse mesmo decreto define o compromisso nacional voluntário do Brasil em reduzir as emissões de GEE projetadas para 2020 entre 38,6% e 38,9%.

a. b. c. d. e.

O cumprimento da meta mencionada está condicionado por abdicar das usinas nucleares. explorar reservas do pré-sal. utilizar gás de xisto betuminoso. investir em energias sustentáveis. encarecer a produção de automóveis.

02. (FAMERP) Em estudos de Geografia Física, um dos fenômenos climáticos de destaque é o efeito estufa, caracterizado como

a. um fenômeno antrópico originado pela combinação de gás carbônico e água na atmosfera, capaz de causar danos em coberturas vegetais durante as precipitações. b. um fenômeno natural que dissipa o calor presente em superfície, para que as temperaturas médias do planeta não atinjam valores elevados. c. um fenômeno natural que retém parte do calor irradiado pela superfície terrestre e partículas de gases e de água em suspensão. d. um fenômeno antrópico intensificado pela urbanização e industrialização mundial, que absorve poluentes como o metano e os clorofluorcarbonetos. e. um fenômeno natural intermitente de resfriamento das águas oceânicas, que provoca alterações da direção dos ventos e massas de ar.

03. (UEL) Supondo que um tornado tenha movimento circular uniforme e que seu

raio aumente gradativamente com a altura, assinale a alternativa que apresenta, corretamente, o comportamento da grandeza física relacionada a eventuais objetos localizados em pontos da superfície externa do tornado.

a. A velocidade angular desses objetos é maior nos pontos mais altos do tornado. b. A velocidade angular desses objetos é a mesma em qualquer altura do tornado. c. A velocidade linear desses objetos tem sentido e direção constante em qualquer altura do tornado. d. A aceleração centrípeta desses objetos tem o mesmo sentido e direção da velocidade linear. e. A aceleração centrípeta desses objetos é a mesma em qualquer altura do tornado.

lembretes

CAP. 05 para assistir • O amanhã é hoje: o drama de brasileiros impactados pelas mudanças climáticas (Thais Lazzeri, 2018) Você tem ideia de como as mudanças climáticas estão afetando a vida das pessoas no Brasil? Para se aprofundar no assunto, assista a esta série de documentários que mostram seis histórias de pessoas e comunidades que vêm sofrendo os efeitos do clima extremo. A série é resultado da união de sete organizações da sociedade civil: Articulação dos Povos Indígenas do Brasil, Artigo 19, Conectas Direitos Humanos, Engajamundo, Greenpeace, Instituto Alana e Instituto Socioambiental.

• Terra Tempestuosa (Netflix, 2022) Esta série de quatro documentários apresenta os temas que estudamos neste itinerário formativo: tornados, terremotos, vulcões e furacões. Os filmes exploram tanto o aspecto humano desses fenômenos como a ciência que os explica.

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Fenômenos naturais e artificiais na atmosfera terrestre

2o ano para assistir

• Twister (Jan de Bont, 1996)

Wikimedia Commons

Filme que conta a história de um grupo de pesquisadores estadunidenses que buscam lançar um modelo de medição direta dos tornados para ampliar os conhecimentos sobre este fenômeno.

para acessar • Windy Aplicativo de previsão do tempo que apresenta diversos recursos, como a representação do sentido dos ventos e a procura por furacões. Excelente ferramenta para colocar em prática os conhecimentos adquiridos neste itinerário!

Fonte: Captura de tela do aplicativo

CAP. 05

Identifico os processos físicos do efeito estufa que influenciam na manutenção da temperatura média no planeta. Sei como as alterações na atmosfera terrestre podem intensificar a capacidade de armazenamento de energia no planeta. Relaciono os fenômenos do efeito estufa e aquecimento global com as atividades econômicas da humanidade e as mudanças climáticas. Identifico o impacto do comportamento humano na alteração da composição e dinâmica da atmosfera nos últimos 150 anos. Sei definir o que são furacões e suas características. Sei definir o que são tornados e suas características. Relaciono a intensificação de sistemas ciclônicos com o aquecimento global e as mudanças climáticas.

Anotações

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