Qual a composição do ar na atmosfera terrestre?

A atmosfera terrestre é uma mistura formada por vários gases. Os principais componentes do ar seco são o gás nitrogênio e o gás oxigênio. Porém: existem outros gases em quantidades bem menores, por exemplo, o argônio e o gás carbônico.

É o que chamamos popularmente de ar. Desempenha um papel fundamental para existência e manutenção da vida.

A atmosfera terrestre é a camada gasosa que envolve a superfície do planeta Terra. É formada por uma mistura de gases, poeira, fuligem e micro-organismo. Graças a ela a vida é possível, pois funciona como um filtro da radiação solar e mantém a temperatura sem grandes variações.

Qual a composição da atmosfera terrestre

A atmosfera terrestre é composta principalmente de gases e vapor de água. Entre eles o nitrogênio 78%, oxigênio 21%, outros gases 21%. Essa composição pode variar dependo da região.

Em 100 litros de ar seco e não poluído existem aproximadamente:

• 78 litros de gás nitrogênio, o que corresponde a 78% em volume;
• 21 litros de gás oxigênio ou 21% em volume;
• 1 litro dos demais gases ou 1% em volume.

No estudo da composição do ar seco não foi considerada a presença do vapor-d água, que pode aparecer em diversas quantidades nos diferentes ambientes da Terra.

Você já sabe que em um deserto a quantidade de vapor-d’água é pequena e que, em uma floresta, sua quantidade é maior. Sem a existência do vapor-d’água no ar, não existiriam as nuvens, a chuva e a neve.

Cada um dos gases que compõem o ar apresenta características diferentes. A seguir vamos estudar algumas das características desses gases.

Assuntos relacionados a essa aula:

• Poluição do ar e gases poluentes da atmosfera
• Propriedades do ar atmosférico – características gerais

Gás nitrogênio

O gás nitrogênio é o componente mais abundante no ar.

Nas raízes de certas plantas chamadas leguminosas (como feijão, lentilha, ervilha e soja) existem alguns microrganismos que retiram o gás nitrogênio presente no ar e o transformam em outras substâncias, chamadas de substâncias nitrogenadas.

Elas são absorvidas pelas raízes das plantas, contribuindo com o seu desenvolvimento.

Existem indústrias que retiram o gás nitrogênio do ar e o fazem passar para o estado líquido, a uma temperatura muito baixa. Nesse estado, o nitrogênio é utilizado em refrigeração, por exemplo, na conservação de sêmen de animais usado nos processos de fecundação artificial.

Na indústria, o gás nitrogênio também é matéria prima para muitas substâncias, como fertilizantes, material de limpeza e explosivos.

Gás oxigênio

O gás oxigênio é o segundo mais abundante no ar. Ele é conhecido como gás vital, isto éf fundamental para a existência da vida. A maioria dos seres vivos utiliza o gás oxigênio na respiração celular; são os chamados seres aeróbicos.

O gás oxigênio também é importante na combustão (queima). Em uma combustão existem sempre dois participantes: o material que é queimado, chamado combustível, e a substância que mantém (alimenta) a combustão, o comburente, que é o gás oxigênio. Sem a presença de gás oxigênio não existe combustão.

Gás carbônico (ou dióxido de carbono)

A quantidade de gás carbônico é cerca de 0,03% do total de gases presentes no ar atmosférico. As plantas utilizam o gás carbônico no processo de fotossíntese para a produção de glicose, que é utilizada no seu desenvolvimento.

Além disso, o gás carbônico está envolvido em outros processos: ele é liberado na respiração e na queima de algumas substâncias.

A produção de grandes quantidades de gás carbônico, devido principalmente à queima de combustíveis fósseis, é responsável pelo aumento do efeito estufa.

O gás carbônico também pode ser usado em indústrias de bebidas, principalmente na produção de água gaseificada e de refrigerantes.

As camadas da atmosfera

A atmosfera pode ser dividida em cinco camadas, de acordo com certas características: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera. É importante saber que não existe um limite exato entre essas camadas e que as características variam de acordo com a altitude. O esquema a seguir mostra uma divisão aproximada e a temperatura dessas camadas.

Troposfera

É a camada onde vivemos, que se estende por aproximadamente 15 km de altura a partir do nível do mar. É nessa camada que se encontra a maior quantidade de ar. Na troposfera, onde estão localizadas as nuvens, ocorrem todos os fenômenos relacionados ao clima: chuvas, tempestades, relâmpagos, furacões, neve, etc.

Ao se afastar da superfície, a temperatura diminui, chegando a – 60 °C, aproximadamente.

Estratosfera

Essa camada, que começa logo acima da troposfera, estende-se até uma altitude aproximada de 50 km e apresenta uma quantidade muito pequena de ar. Na estratosfera, praticamente não existem nuvens nem tempestades, o que a torna muito estável.

No seu limite superior está a camada de ozônio.

A camada de ozônio retém uma parte dos raios ultravioleta provenientes do Sol. Sem essa camada, seria muito maior a quantidade desses raios que atingiria a Terra, o que provocaria muitos danos aos seres vivos, como o aumento da ocorrência de câncer de pele em seres humanos e em outros animais.

Mesosfera

A mesosfera é a camada central da atmosfera e tem cerca de 30 km de espessura. Nela, a temperatura diminui com a altitude. Essa é a camada atmosférica mais fria, onde a temperatura pode chegar a -90 °C.

Termosfera

Nessa camada, que se inicia aproximadamente a 80 km e se estende até aproximadamente 450 km, a temperatura aumenta rapidamente com a altitude.

Aurora Polar

A aurora polar é um fenômeno luminoso formado por um brilho intenso observado durante a noite nos céus próximos às regiões polares. No Polo Norte, elas são conhecidas por auroras boreais e no Polo Sul. por auroras austrais.

Esse fenômeno ocorre na termosfera e é provocado pelo chamado vento solar, que é formado por partículas provenientes do Sol que se chocam com os componentes da termosfera e emitem luz.

Do solo, vemos somente uma pequena parte do que realmente acontece. Esse bonito espetáculo só é visto por completo por um astronauta em órbita na Terra.

Exosfera

Essa é a última camada da atmosfera. Acima dela temos o espaço sideral, onde não existe ar.

A existência do ar

Você provavelmente já deve ter arremessado um pequeno avião de papel ou empinado uma pipa, ou ainda, visto pessoas praticando paraquedismo. Sabe o que torna possíveis todas essas atividades?

Elas acontecem porque esses objetos estão envolvidos pelo ar. O avião de papel, a pipa e o paraquedas precisam do ar para se movimentar. E como podemos perceber o ar? Do que ele é formado? O que é atmosfera? O que é ar rarefeito?

Você vai encontrar as respostas para essas perguntas após o estudo deste capítulo.

Comprovando a existência do ar

Você já sabe que o ar não é visível e é uma mistura de gases. Também vimos que o vento, o ar em movimento, faz com que as roupas em um varal sequem mais rapidamente.

Mas que evidências podem ser observadas sobre a existência do ar se ele é invisível?

Mesmo que não possamos vê-lo, quando nos abanamos com um leque, por exemplo, temos a sensação de algo batendo em nós, de modo muito leve. O que se choca contra o rosto são as moléculas que compõem o ar. Dessa maneira, mesmo sem vê-lo, podemos perceber que ele existe.

Mesmo em lugares que parecem não ter ar, podemos provar sua existência.

Se mergulharmos uma esponja dentro de um recipiente contendo água, podemos perceber a formação de bolhas. Essas bolhas são formadas pelo ar que estava contido nos orifícios da esponja e foi expulso pela entrada da água.

Outra evidência da existência do ar é o vento, que é o ar em movimento.

O vento pode soprar em várias direções. Saber sua direção é muito importante, principalmente nos aeroportos, para orientar pousos e decolagens com segurança. Para isso, os aeroportos utilizam um aparelho chamado biruta.

Para a aviação, conhecer a velocidade do vento é tão importante quanto conhecer sua direção. A velocidade do vento pode ser medida por um aparelho chamado anemômetro,

A rapidez com que as semi esferas do anemômetro giram serve para indicar a velocidade do vento. Na base do aparelho existe um velocímetro para registrar esse valor.

Uma propriedade do ar é a sua massa e por consequência o ar tem peso. Veja a experiência na imagem abaixo.

Importância da atmosfera terrestre

O ar forma, em volta da Terra, uma camada denominada atmosfera.

Sem a atmosfera não existiria vida como a conhecemos hoje. É da atmosfera que os seres vivos, em geral, retiram o gás oxigênio para a respiração e as plantas retiram o gás carbônico para a fotossíntese. A atmosfera também é responsável por amenizar os efeitos dos raios solares.

A presença da atmosfera é fundamental para impedir que a Terra perca energia térmica para o espaço. Ela atua como um cobertor, ou uma estufa, que contribui para a manutenção da temperatura na Terra.

É por essa característica que se fala em efeito estufa. Graças ao efeito estufa promovido pela atmosfera, a temperatura média do planeta é cerca de 14 °C. Sem ele, estima-se que a temperatura na superfície seria de cerca de -18 °C.

1. Parte da energia proveniente do Sol atravessa a atmosfera e é absorvida pela superfície da Terra.
2. Parte da energia que chega á superfície é refletida pela Terra, de volta para o espaço.
3. Parte da energia refletida não volta para o espaço devido à presença dos gases de efeito estufa. Uma parte dessa energia é absorvida por esses gases e outra parte é redirecionada para a superfície. Como consequência, ocorre o aquecimento da superfície terrestre.

Afinal, o efeito estufa é benéfico ou prejudicial para a vida na Terra?

Você já sabe que o Sol aquece a Terra: do total de energia solar que chega ao planeta, cerca de 35% é refletido de volta para o espaço antes mesmo de chegar à superfície terrestre e não gera efeitos sobre o clima.

O restante chega à superfície, é absorvida e se transforma em energia térmica. Dessa energia térmica, parte é retida petos gases atmosféricos como o gás carbônico e o vapor de água – é o efeito estufa – e uma pequena parte volta para o espaço.

O efeito estufa pode ser intensificado, aumentando a temperatura média do planeta, com o aumento da concentração de alguns gases estufa, como o gás carbônico.

Esse aumento de temperatura pode estar relacionado com o aumento da quantidade de gás carbônico emitido, principalmente pela queima de combustíveis fósseis, na atmosfera. A intensificação do efeito estufa pode ser prejudicial para a vida na Terra.

A atmosfera apresenta uma espessura de aproximadamente 1000 km. Existe ar em toda a sua extensão, porém ele não está distribuído de maneira uniforme, próximo da superfície da Terra, o ar está mais concentrado, isto é, há um maior número de moléculas de gás em um determinado volume, o que pode ser observado na ilustração ao lado.

À medida que nos afastamos da superfície, o número de moléculas presentes no mesmo volume de ar diminui. Dizemos, então, que o ar está se tornando rarefeito.

Respirando em altitudes elevadas

As partidas de futebol internacionais realizadas em locais situados a mais de 2500 metros acima do nível do mar são um problema muito sério para os jogadores que não vivem nessas regiões.

Potosí, por exemplo, é uma cidade localizada na Bolívia que se encontra aproximadamente 4000 metros acima do nível do mar.

Ali a quantidade de gás oxigênio presente no ar é menor que a encontrada em regiões mais baixas. Por isso, é necessário ventilar mais os pulmões para conseguir a mesma quantidade de gás oxigênio à qual o organismo está acostumado.

Como consequência, aumentam a pressão sanguínea e a pulsação, e o atleta se cansa mais facilmente. Resumindo: o rendimento físico do atleta é prejudicado.

Quanto maior a altitude, mais sério é o problema de falta de ar. Além da exaustão, podem ocorrer tonturas e dificuldade de raciocínio.

Para evitar esses problemas, os alpinistas que escalam o Monte Everest, por exemplo, com altitude aproximada de 8850 metros, têm balões de ar enriquecido com gás oxigênio como parte de seu equipamento.

Resumo da aula A Atmosfera terrestre – composição, camadas e gases

• As evidências da existência do ar.
• A composição do ar atmosférico.
• Algumas propriedades dos componentes do ar.
• As condições necessárias para que ocorra uma combustão.
• As camadas da atmosfera.

Leitura sugerida

Poluição do ar e gases poluentes da atmosfera

Bibliografia

• Wallace & Robbs: Atmospheric Science. Elsevier, Canada 2006
• Instituto de Física da Universidade Federal do Paraná – A ATMOSFERA – Acessado em 12 de janeiro de 2021
• AKASOFU,S.I., 1989: The dynamic aurora, Scientific American, 260, 5, 54-63.
• BRIEN, J. O., 1963: Radiation belts, Scientific American, 208, 5, 84-96.