O documento descreve a estrutura e composição da Terra e do Sol. A Terra possui um núcleo interno sólido e um externo líquido, um manto quente e líquido, uma crosta sólida e uma atmosfera tênue. O campo magnético terrestre é gerado pelo movimento de correntes no núcleo externo líquido. O Sol é uma esfera de gás incandescente onde ocorrem reações nucleares em seu núcleo, gerando energia por bilhões de anos. Sua estrut
2. TERRA
• Terceiro planeta do Sistema Solar
dTS = 1,0 UA (= 149.600.000 km).
• Mesma idade do SS (4,6 bilhões de anos).
• Origem contração gravitacional da nebulosa primitiva (em
rotação) de gás e poeira.
• Estrutura e constituição investigação realizada pelos
geofísicos e geólogos.
4. a) Núcleo
parte mais interna do planeta
conhecimento obtido por meio da Sismologia
núcleo interno de Fe sólido com uma extensão de
~ 1.300 km, contornado por uma camada líquida de
níquel e ferro, com cerca de 2.200 km de
espessura
fonte do campo magnético terrestre (efeito dínamo)
nas proximidades da superfície campo magnético dipolar
semelhante àquele produzido por ímãs permanentes
mecanismo de dínamo gerado por correntes do núcleo
externo
essas correntes possuem centenas de quilômetros de espessura e se
movem à milhares de km/h, na medida em que a Terra gira. Se a Terra
girasse mais rápido, o campo magnético seria maior. Do mesmo modo,
se o núcleo líquido fosse maior, o campo também o seria!
6. b) Manto
parece possuir uma espessura de ~ 3.000 km
matéria no estado líquido, com elevadas temperaturas
vulcões expelem suas lavas a partir do manto terrestre
(as lavas são os únicos materiais com os quais temos
contato direto com o interior do planeta)
densidade média de ~ 4 vezes a densidade da água
temperaturas diferenciadas
justificam estado permanente de movimentos que
favorecem a origem dos vulcanismos e outros
fenômenos geológicos como deriva dos
continentes.
7. c) Crosta
possui espessura variável, não excedendo 40 km.
parte sólida da Terra, constituída de rochas e minerais.
Composição química: ~ 47% O e ~ 28% Si
formações montanhosas, planícies, planaltos, vales
e outras formações orográficas
8. d) Atmosfera
camada mais externa da Terra.
inicia-se junto à crosta onde a densidade é máxima e vai
decrescendo à medida que afastamos do solo.
limite externo confunde-se com os gases rarefeitos do
Meio Interplanetário.
~ 90% da massa total atmosférica localiza-se nos 20 km
mais próximos do solo (e 99,9 % nos primeiros 50 km).
acima de 100 km 1/1000 da massa total.
acima de 1.000 km ~ 10-13 da massa total.
maior parte dos fenômenos atmosféricos ocorre na baixa
atmosfera (troposfera).
9. constituição da atmosfera partículas sólidas
+
massas líquidas
+
elementos gasosos
somente em condições especiais os gases combinam-se através de
reações fotoquímicas. Via de regra eles comportam-se como
simples misturas.
Atmosfera Superior gases rarefeitos com elevadas T´s.
plasma concentrando extraordinárias quantidades de energia.
Modelagem dos fenômenos atmosféricos
difícil, em face da presença de todos os estados da matéria, das
mudanças de fase, das reações químicas e fotoquímicas, dos distintos
regimes de escoamentos, etc. Todos estes fatores complicam os
prognósticos e diagnósticos dos fenômenos atmosféricos.
10. Atmosfera terrestre + tênue de todas as camadas da
Terra. Sua massa é ~ 1.000.000 vezes menor que
a massa sólida do Planeta.
Densidade (nível do mar) ~ 1/1.000 daquela apresentada
pelas rochas
Composição dos gases permanentes atmosféricos
N2 78,04%
O2 20,948%
Ar 0,934%
Ne 1,818x10-3 %
He 5,24x10-4 %
CH4 2,00x10-4 %
Kr 1,14x10-4 %
H2 0,5x10-4 %
Xe 0,084x10-4 %
11. Constituintes atmosféricos variáveis
vapor d´água (H2O) 0 a 7%
dióxido de carbono (CO2) 0,03%
ozônio (O3) 0 a 0,01%
dióxido de enxofre (SO2) 0 a 0,0001%
dióxido de nitrogênio (NO2) 0 a 0,0001%
Importância dos Constituintes Variáveis Atmosféricos
Vapor d´água (H2O)
matéria prima na formação das nuvens.
meio de transporte de calor na atmosfera.
agente termorregulador do efeito estufa (é transparente
à radiação de ondas curtas e eficiente absorvedor
da radiação infravermelha).
12. Dióxido de carbono (CO2) agente termorregulador (eficiente
absorvedor da radiação infravermelha)
a crescente emissão de CO2 para a atmosfera pode causar um
desequilíbrio climático do globo sobrevivência da
humanidade
Ozônio (O3) pouco abundante nas proximidades da
superfície
abundância aumentou nas últimas décadas em virtude das
atividades industriais e da queima de combustíveis
fósseis nesse caso, passa a ser poluente em
virtude de seu poder oxidante.
Papel relevante para os seres vivos absorve radiação UV solar na
faixa de 240,0 a 320 nm
a incidência dessa radiação provocaria morte de organismos
unicelulares e das células superficiais de plantas e animais.
13. a radiação UV solar também pode danificar o material
genético (DNA) das células incidência de câncer de pele.
Teoria fotoquímica do Ozônio
O2 + hn (l < 242,3 nm) O + O
[é a fotodissociação do oxigênio. Ocorre à ~ 50 km de altiitude, onde a radiação UV
é quase que totalmente absorvida e a temperatura vale 280 K]
O + O2 + M O3 + M
[essa reação ocorre principalmente entre 15 e 30 km de altitude e exige a presença
do O atômico liberado na primeira reação. A temperatura do meio é de ~220 K, e M é
um catalizador (espécie molecular não-reativa)].
O3 + hn (l < 110,0 nm) O2 + O
[é a reação de fotodissociação do ozônio. Em virtdude da presença suficiente do
oxigênio molecular entre 15 e 30 km. O oxigênio atômico liberado nesta reação
volta a se combinar com o O2 para produzir o ozônio, novamente]
O + O3 + M O2 + O2
[reação que ocorre nos níveis mais elevados da atmosfera e representa a
destruição do ozônio por colisões com o oxigênio atômico].
14. Equilíbrio Fotoquímico na camada do ozônio a taxa de
formação é igual à taxa de destruição.
Pelas reações do Ciclo do Ozônio
O3 desempenha importante papel no aquecimento da
alta atmosfera absorção das radiações UV,
visível e IV do EE.
Ação do Homem
Substâncias lançadas na atmosfera Óxido de Nitrogênio (NO) e o cloro (Cl)
NO (liberado em explosões nucleares, aviões supersônicos)
Cl derivado dos clorofluorcarbonos, principalmente o “freon 11”
(CFCl3) e o “freon-12” (CF2Cl2), usados em
“sprays” e em sistemas de refrigeradores,
respectivamente.
Ao subirem na atmosfera os “freons” são destruídos pela radiação UV e liberam Cl
que destroi o ozônio em reações do tipo
Cl + O3 ClO + O2
ClO + O Cl + O2
18. PEQUENO “REVIEW” DO SOL
SOL grande esfera de gás incandescente em cujo núcleo
se processam as reações termonucleares
fonte para o conhecimento que temos de outras estrelas.
Características Básicas M = 1,989 x 1033g; R = 6,960 x 108 m;
r = 1409 kg/m3; rc = 1,6 x 105 kg/m3;
1,0 UA = 1,496 x 108 km; L = 3,9 x 1033 ergs/s;
Tef = 5780 K; Tc = 1,5 x 107 K;
Mbol =+4,72; MV = 4,79;
TS = G2 V; (B – V) = 0,62; (U-B) = 0,10;
(Prot)equador = 25 d; (Prot lat = 60o) = 29 d
Composição química: H (91,2%); He (8,7%); O(0,078%), etc.
19. • ESTRUTURA DO SOL
a) Interior (dividido em camadas) centro até a superfície
conhecimento deduzido da heliossismologia e
dos modelos estelares teóricos
b) Atmosfera conhecimento deduzido diretamente das
observações em vários comprimentos de
onda.
a) Interior núcleo ( ~ 10% da massa do Sol = ¼ do raio)
local onde ocorrem as reações termonucleares ( 4 p 1 He)
T decresce de ~15 até ~ 7 x 106 graus.
camada radiativa da borda do núcleo até ~ 70% do raio
local onde a energia flui sendo absorvida e re-emitida pelos
íons do plasma tempo (~ 100 mil até 1 milhão
anos) T decresce de 7 para 2 x 106 graus).
20. Interface Tacoclina espessura menor que 1% do raio do Sol
“tacoclina”, do grego “thacos” (variação de velocidade
do plasma) local onde se geram os campos magnéticos.
Camada Convectiva (~ 200.000 km abaixo da superfície)
T decresce para ~ 10.000 oC , local onde se formam íons
hidrogênio, carbono, nitrogênio, oxigênio e ferro, pelo
transporte convectivo.
os movimentos convectivos podem ser visualizados na
superfície através das estruturas granulares (grânulos)
ou “borbulhos”, tais como a fervura da água,
com extensões ~ 1.000 km, em média.
O plasma ascende pelo centro de cada grânulo, perde sua energia para
o exterior e, uma vez resfriado, desce de volta pelas bordas do
grânulo, para o interior, onde se aquece e começa novo
ciclo.
21. b) Atmosfera região completamente opaca à emissão visível.
Fotosfera ~ 300 km T ~ 6.000 K.
Cromosfera visível em eclipses solares e em ls (óptico,
UV e rádio) ~ 300 a ~ 2.000 km temperatura de
algumas dezenas de milhares de graus.
Região de Transição aumento brusco na temperatura.
Coroa Solar mais extensa, alcança o meio interplanetário
observada com coronógrafos (dispositivos que
bloqueiam o disco simulando eclípses)
observada com raios X (T de vários milhões K).
Campo Magnético e linhas de Força do Campo
B ~ 0,01 T (~ 100 BT)
22. • Reações termonucleares no núcleo
em cada segundo, 700 milhões toneladas de H
695 milhões toneladas de He + 5 milhões toneladas de
energia.
[4 m(H) – m(He)]/m(He) = [4 x 1,0078 – 4,0026]/4,0026 = 0,0071 uma
DE = Dmc2 = 0,0071 x 1,989 x 1032 x (2,9979248 x 1010)2 = 1,269 x 1051 ergs
1,269 x 1051 ergs quantidade de energia disponível no “core”
L = 3,8 x 1033 ergs/s a energia disponível pode ser “gasta” em 3,34 x 10 17 s!
tempo de vida do Sol 10,5 mil milhões de anos !
• Idade ~ 4,6 bilhões de anos estrela na metade da sua vida útil
Em 2004 o BR gerou 8,7x1010 W de energia (usinas hidrelétricas ,
termelétricas e nuclear) para que conseguíssemos obter a energia
liberada pelo Sol em cada segundo teríamos que colocar em
funcionamento todas as usinas brasileiras durante 150 milhões de anos!
23. ESTRUTURA SOLAR (Cont.)
Cromosfera não é visível uma vez que sua radiação é muito mais
fraca do que a atmosfera
Observação por ocasião dos eclipses. Borda avermelhada em
virtude da emissão da linha Ha (656,3nm) do H.
Espículos (jatos de gás que se elevam a até 10.000 km acima
da borda da cromosfera e duram poucos minutos)
visualizadas contra o disco solar, as espículas aparecem
como filamentos escuros; já nas bordas do disco solar
são observadas como labaredas brilhantes.
A temperatura cromosférica varia entre 4.300 (base) a mais de
40.000 K, à 25.000 km de altura.
Provável fonte de aquecimento: campos magnéticos variáveis,
formados na fotosfera e transportados para a coroa por correntes
elétrica, deixando parte de sua energia na cromosfera.
24. ESTRUTURA SOLAR (Cont.)
Coroa Solar camada mais externa e mais rarefeita da atmosfera
Observação eclipses e coronógrafos
Espectro linhas de emissão produzidas por átomos de Fe, Ni,
Ne e Ca altamente ionizadas elevadas
temperaturas (T ~ 1.000.000 K)
Provável fonte de aquecimento transporte de energia por correntes
elétricas induzidas por campos magnéticos variáveis
Vento Solar fluxo contínuo de partículas que acarretam em uma
perda de massa por parte do Sol de ~ 10-13 Ms ao ano.
O vento solar que atinge a Terra ( ~ 7 prótons/cm3, com v ~ 400
km/s) é capturado pelo campo magnético do nosso
planeta (ver próxima Seção).
Ejeções de Massa Coronal grandes ejeções de massa, associadas
às explosões e proeminências quando atingem a Terra
causam muitos danos (ver próxima Seção).
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32. RELAÇÕES SOLARES-TERRESTRES
influência do Sol e sua atividade no ambiente Terra
causa explosões solares e ejeção de massa coronal
CINTURÕES DE VAN ALLEN
A magnetosfera terrestre aprisiona as partículas do vento
solar que golpeiam a atmosfera da Terra diariamente
Por causa do vento solar a parte diurna da magnetosfera
terrestre é comprimida alcançando, em média 10 RT
ponto subsolar
(em tempos de muita atividade solar 5 RT)
lado oposto (noturno) magnetosfera com cerca de 100 RT
34. 1958 contador Geiger à bordo de um satélite identificou a
presença de dois cinturões, em forma toroidal, com
partículas aprisionadas em seus interiores.
partículas aprisionadas espiralam, em movimento de
vai-e-vem entre os polos Sul e Norte magnético.
Presença de 2 cinturões:
a) mais interno entre 500 e 13.000 km, composto
de prótons provenientes de raios cósmicos galácticos (e
do Sol) e elétrons menos energéticos.
b) mais externo entre 3 e 6RT , composto de elétrons
muito energéticos.
35.
36. VARIABILIDADE DE BT
Polaridade do campo de dipolo magnético terrestre inverte
seu sentido, em média, a cada 250.000 anos
(nos últimos 76.000.000 anos ocorreu cerca de
170 reversões deste tipo)
evidências estudo das marcas deixadas nas placas
tectônicas encontradas no fundo do Oceano
Atlântico
Polos magnéticos terrestres movem-se ao longo dos anos
atualmente ártico canadense, com movimento para o
norte e v = 10 km/ano
(Diariamente, ele perambula por várias dezenas de metros, devido à
mudanças nas correntes elétricas no interior da Terra, bem como às correntes
induzidas na ionosfera afetadas pela atividade solar.)
37. A CAMADA DE OZÔNIO
Radiação UV solar responsável pela produção e destruição do O3.
causa catarata, mutações genéticas e câncer.
Conforme vimos, quando a radiação UV de 242 nm interage com
moléculas de oxigênio (O2), estas são dissociadas em dois
átomos de oxigênio que podem recombinar com
novas moléculas de oxigênio para formarem,
novamente o ozônio.
A cada 11 anos Sol em atividade máxima (número máximo de
manchas solares) aumento do fluxo de radiação UV aumento,
de 1 a 2% da quantidade de ozônio esse aumento é
comparável àquela diminuição provocada pela ação
do homem.
38. Imagens da NASA sobre buraco na camada de Ozônio
(Antártida)
39. AURORAS POLARES
Partículas energéticas resultantes das EMC´s que conseguem
penetrar na atmosfera pelas regiões polares colidem
com átomos de oxigênio e nitrogênio à ~ 150 km de altura,
excita-os e ao desexcitarem emitem radiação
luminosas
Oxigênio luz verde e vermelha
Nitrogênio luz azul e rósea
Resultado belo espetáculo visual na forma de névoas multicoloridas
– as auroras (boreal, no H. C. Norte, e austral,
no Hemisfério Celeste Sul)
As auroras são muito frequentes em períodos de máxima
atividade solar
40. Auroras Boreais: interação das partículas energéticas solares com
átomos e moléculas da atmosfera superior.
41. IONOSFERA E COMUNICAÇÕES DE LONGA DISTÂNCIA
Ionosfera camada mais externa da atmosfera da Terra
(início por volta de 80 km)
Composta por partículas carregadas, diferentemente
do resto da atmosfera (átomos & moléculas neutras)
formada a partir da ionização dos
constituintes atmosféricos pela radiação UV solar
baixa atmosfera terrestre p & T decrescem com a
altitude
Ionosfera raios X e UV solar revertem essa situação
de modo que são alcançadas altas temperaturas
(~ 80 oC)
42. Partículas carregadas ionosféricas interagem c/ a
radiação proveniente do espaço ou do próprio planeta,
refletindo-a tal qual um espelho dependência com a
frequência de plasma (densidade de elétrons)
������ 2 ������������
n������ = 4������2 ������0 ������������
OR provenientes do Sol com frequências menores que a frequência
de plasma (acima) são refletidas no topo da atmosfera da Terra
não conseguem penetrar na baixa atmosfera
Ondas de baixa frequência (menores que a frequência de plasma)
são refletidas nas várias camadas da ionosfera podem ser
captadas por receptores no solo
43. Principais camadas refletoras
Camada D (até 50 km) refletem ondas longas
Camada E (entre 50 km e 150 km) refletem ondas médias
Camada F (entre 150 km e 400 km) refletem ondas curtas
Aviões voam através da Troposfera à menos de 10 km de altitude
Balões Estratosfera (entre 10 e 50 km)
Auroras ocorrem na baixa Ionosfera (entre 80 e 100 km)
Satélites situam-se na Exosfera, à mais de 600 km de altura do solo
Como a Ionosfera depende do fluxo ionizante dos raios UV do Sol,
quando o Sol está ativo, o fluxo UV também aumenta aumenta
ainda mais a temperatura ionosférica
44. aumento da densidade eletrônica varia a altura com que uma onda
de rádio será refletida de volta para o solo
interrupção momentânea das transmissões onde elas deveriam
ser captadas pelos receptores!!!
45. SATÉLITES & ASTRONAUTAS EM ÓRBITA
Magnetosfera & Atmosfera terrestre proteção contra a
radiação e as partículas energéticas
Magnetosfera desvia a maior parte das partículas do Vento Solar
e das EMC´s
Atmosfera absorve a radiação UV e os raios-X penetrantes.
E os astronautas que trabalham no espaço e no ISS?
estão sujeitos a desenvolver catarata, câncer de
pele e, até mesmo, receber dose fatal de radiação se
estiverem fora da ISS por ocasião de uma explosão
solar
1.972 astronautas da Apollo escaparam por pouco
de serem atingidos pela radiação de um “burst” solar,
que leva, em média, 8 min para alcançar a Terra
46. Partículas ejetadas das EMC´s produzem aumento na densidade
eletrônica na ionosfera terrestre gera atritos que podem alterar
órbitas de satélites ou, até mesmo, fazer com que percam
energia e caiam prematuramente.
EMC´s + Vento Solar penetram na atmosfera da Terra pelos
polos e alteram a ionosfera causando interrupções nos sinais de
satélites. As comunicações via rádio também são afetadas
uma vez que a altura onde a OEM reflete é
alterada.
Sociedade Atual muito dependente da tecnologia espacial
(satélites de comunicação, navegação aérea e marítmica,
telefonia, transações financeiras, previsão do tempo,
etc.)
47. Por todas essas consequências aqui na Terra necessidade
que sejamos capazes de prever quando ocorrerão as EMC´s!
Radiação das explosões 8 min para chegar à Terra
Partículas criadas pelas explosões 1 h (ou menos)
Campos magnéticos associados às EMC´s (p+ e e-) de 1 a 4 dias
Terra bombardeada pela atividade solar correntes induzidas
que afetam as linhas de transmissão, queima transformadores, etc.
Março de 1989 Montreal (CAN) sofreu um apagão de cerca de 9 horas
com o corte no fornecimento de energia elétrica
48. COSMOCLIMATOLOGIA & AQUECIMENTO
GLOBAL
Nuvem conjunto visível de minúsculas partículas de água líquida
ou de gelo, ou de ambas ao mesmo tempo, em suspensão na
atmosfera
o conjunto também pode conter partículas de água
líquida ou de gelo em maiores dimensões, além de
partículas procedentes (vapores industriais,
fumaças e poeiras)
Condensação do vapor d´água depende da quantidade de vapor
d´água presente na nuvem além dos núcleos de condensação
(partículas em torno das quais o vapor d´água se condensa)
exemplos de núcleos de condensação cloreto de sódio (NaCl),
produtos de combustão (ácido nítrico e
ácido sulfúrico)
Importante sem a presença dos nc´s, não ocorre a formação das
gotículas d´água
49. Cosmoclimatologia raios cósmicos galácticos são eficientes agentes
que atuam na formação dos nc´s influenciam na formação das
nuvens da baixa atmosfera.
Quando o Sol está em sua atividade máxima a magnetosfera
da Terra (parte diurna voltada para o Sol) se comprime e expulsa
para longe essa ação dos RC´s!
menor cobertura de céu (menor número de
nuvens)
maior aquecimento da superfície da
Terra por parte da radiação solar
contribuição para com o
aquecimento global.