Oi, galerinha! Voltamos à nossa viagem sobre a atmosfera.

Na nossa última viagem, vimos como se desenvolveu a vida no nosso planeta.

Agora vamos contar como os raios solares interagem na atmosfera.

Então apertem os cintos e vamos decolar…

Quando o raio de ultravioleta (UV-A) atinge O2, ocorre a quebra da ligação covalente, ficando apenas duas moléculas de oxigênio (O). O oxigênio na forma molecular é instável e necessita se ligar a outra molécula. Então, ele acaba fazendo uma ligando com mais duas moléculas de oxigênio formando o ozônio (O3). O acúmulo desta nova molécula forma a camada de ozônio na parte superior da estratosfera.

A transformação do ozônio em oxigênio novamente pode ser feita de duas formas: através da quebra com a radiação UV-B e da reação com um catalisador. Quando a molécula de ozônio reage com um catalisador, outra molécula presente na atmosfera, normalmente o nitrogênio, ocorre uma reação cujo produto é Oxido de Nitrogênio (NO) ou Dióxido de Nitrogênio (NO2) e Oxigênio (O2). Outra forma de o ozônio retornar a forma molecular de O2 é através da radiação do UV-B, que quebra a molécula de O3 resultando em O2 e O. Este ciclo de ozônio-oxigênio é chamado de Ciclo de Chapman.

Ciclo de Chapman
Fonte: Naukas – Ecos del futuro

A radiação solar emite luz na faixa desde o ultravioleta (UV) até o infravermelho (IV). Cada faixa contém um comprimento de onda específico e, portanto uma frequência específica, dada através da equação ʎ= vT e f=1/T.  E desta forma cada faixa interage diferentemente na atmosfera, com as moléculas existentes.

Fonte: Munda da educação – Domiciano Correa Marques da Silva

De acordo com a física quântica, cada átomo absorve uma energia, um quantum de energia. Esta energia é resultado da multiplicação da frequência correspondente a cada comprimento de onda com a constante de Planck (E=h.f). Este quantum de energia, ao ser absorvido pelo átomo, faz com que o elétron que está dentro dos níveis quânticos deste átomo salte para um nível de maior energia, este salto absorve um fóton.

Mas este elétron não está em seu estado natural (menor energia), por isso este tende a retornar ao seu nível de menor energia. Ao realizar este retorno ele perde energia emitindo um fóton. Este fóton emitido tem uma frequência proporcional à diferença de energia entre as órbitas (ΔE= E2 – E1= h.f). Por isso a molécula de O2 absorve o UV-A e o O3, o UV_B.
Porque cada um destes raios ultravioleta possui uma frequência, portanto, um E=h.f específico para que cada molécula sofra uma interação.

Cada elemento químico tem o seu espectro óptico que lhe confere uma identidade única, correspondente aos seus níveis quânticos de energia. São esses níveis quânticos que determinam se os fótons poderão ser absorvidos e emitidos pelos elétrons em seus saltos quânticos.

De forma similar, as moléculas também têm suas próprias identidades quânticas, determinadas por seus próprios níveis quânticos de energia que lhes conferem, assim, seus próprios espectros ópticos. O mesmo ocorre com a molécula de CO2 (dióxido de carbono/ gás carbônico).

O quantum de energia (E=h.f) necessário para que o elétron de dentro da molécula realize um salto quântico é correspondente à frequência do infravermelho. Quando o elétron retorna ao seu estado de menor energia, ele emite um fóton com frequência ainda dentro da faixa do infravermelho. Desta forma, dizemos que o CO2 é opaco ao infravermelho.

E esta absorção e emissão que ocorre na molécula de CO2 presente na atmosfera é que acaba gerando o efeito estufa. Lembrando apenas que o infravermelho é a frequência que a Terra, e demais superfícies, emite para a atmosfera depois de interagir com os raios solares.

Fonte: Geographicae – Pedrotildes

O sol irradia sobre a Terra cerca de 56.1026 cal/min, e a Terra retém apenas 2,55.1018 cal. A intensidade da radiação solar diminui de forma inversa ao quadrado de sua distância até a Terra, e a quantidade de energia recebida por área, sendo que os raios formam ângulos retos, é de 2 cal/cm2.

O sol irradia da mesma forma que um corpo negro e, como a lei de Wien diz, o comprimento de onda de máxima intensidade é inversamente proporcional à temperatura absoluta do corpo.

Fonte: Revista Brasileira de Ensino de Física – Bruno Feldens; Penha Maria Cardoso Dias; Wilma Machado Soares Santos

Analisando o espectro solar, ele indica que a radiação é de 46% infravermelho (> 0,74μm); 45% na faixa do visível (0,4μm ≤≥ 0,74μm) e 9% ultravioleta (≤0,4μm).

Na atmosfera, os principais elementos que absorvem a radiação infravermelha são o vapor de água (5,7 μm á 7,7 μm) e o oxigênio (9,9 μm á 9,8 μm) e o dióxido de carbono (13,1 μm á 16,9 μm).

Outro fator importante sobre a radiação solar é o albedo. O albedo é a medida do poder refletor da sua superfície Ele é expresso em porcentagem, nas áreas do continente equatorial o albedo é de 35 – 40%. Em alguns lugares o albedo chega a 60%, isto se deve a presença de gelo, nuvens e a altas latitudes.

As frequências presentes nos raios solares não têm um quantum de energia necessário para que haja um salto quântico, por isso dizemos que a molécula de CO2 é transparente. Os raios solares passam direto pela molécula.

Infelizmente a viagem acabou, espero que tenha gostado.

Então tchau!!!!

REFERÊNCIAS

http://www.cienciahoje.org.br/noticia/v/ler/id/3937/n/o_sol_em_movimento

http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/04/espect.pdf

http://naukas.com/2016/08/08/cronicas-de-la-estratosfera/

http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/luz-visivel.htm

https://geographicae.wordpress.com/2007/05/08/o-efeito-de-estufa-ii/

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172010000200015


Glaucia de Souza. Professora, pesquisadora, amante por conhecimento e esperando um dia poder viajar na Tardis.