Quando procuramos diferenciar os climas do mundo, analisando as suas características, como por exemplo a temperatura ou a pluviosidade, o que estamos fazendo é um estudo dos fenômenos que ocorrem na atmosfera terrestre. Todos os fenômenos climáticos estão diretamente ligados a esta camada de gases que envolve o planeta. Sendo assim, o primeiro passo para entendermos as variações espaciais dos climas é fazer uma análise breve da atmosfera e de seu funcionamento.
A atmosfera terrestre é formada por moléculas de diversos gases. Estas moléculas ficam presas ao planeta graças à força da gravidade. Alguns gases que compõem a atmosfera terrestre merecem destaque, não necessariamente pela sua quantidade mas por sua importância para alguns fenômenos climáticos.
O primeiro desses gases é o dióxido de carbono (CO2). Até por volta do século XVIII, este gás era produzido, quase integralmente, pelos seres vivos, através da respiração. Em contrapartida, a fotossíntese realizada pelas plantas cumpria o papel de reabsorver cerca de 3% deste gás da atmosfera anualmente, o que mantinha um certo equilíbrio. Porém, com o aumento da queima de combustíveis fósseis, ou seja, petróleo, gás natural e carvão, a liberação acabou se intensificando. Ao mesmo tempo, a diminuição das áreas florestadas vem colaborando para a diminuição da absorção. Estes dois fatores casados estão causando um aumento da quantidade de dióxido de carbono, o que pode favorecer a intensificação do efeito estufa.
Outro gás importante é o ozônio. Cada molécula desse gás é constituída por três átomos de oxigênio, resultando no O3. Esta combinação incomum de átomos que formam o ozônio se dá pela interferência dos raios ultravioletas, que entre 30 e 60 km de altitude, conseguem dividir as moléculas de oxigênio. Depois de formado nesta altitude, o ozônio migra para a camada entre 15 e 35 km de altitude, onde tem papel importante de absorção dos raios ultravioletas, antes que estes atinjam a superfície terrestre.
O vapor de água é também muito importante na atmosfera terrestre. Sua presença é bastante variada, indo do zero, em regiões desérticas até 4% em áreas de clima muito úmido, como o Equatorial. O vapor de água está diretamente ligado à absorção de energia solar pela atmosfera, assim como pela sua conservação, e também à ocorrência de chuvas.
De acordo com a divisão dos gases, com a temperaturas e algumas outras características, podemos dividir a atmosfera terrestre em quatro camadas:
Troposfera: é a região que se localiza mais próxima à superfície, atingindo até 18 km. Nela se concentram 75% da massa gasosa da atmosfera, devido à força da gravidade. Os fenômenos climáticos se localizam, principalmente nesta camada.
Estratosfera: é a segunda camada em direção ao exterior da atmosfera. Tem pouca concentração de gases. O destaque é o ozônio que se concentra nesta camada.
Mesosfera e ionosfera: encontram-se a mais de 80 km de altitude em relação ao solo. Têm poucos gases e pouca relação com os fenômenos climáticos.
Os elementos do clima são as características principais dos tipos de tempo que temos que considerar para poder diferenciar um clima de outros. O primeiro elemento importante é a temperatura, que pode ser definida, de maneira simplificada, como o grau de calor medido por um termômetro. Ela é um importante fator climático porque permite diferenciar climas mais quentes e de climas mais frios.
O grau de calor medido pelos termômetros se origina do seguinte processo: os raios solares penetram na atmosfera terrestre com certa facilidade, a não ser em algumas frequências como no caso do ultravioleta, então são refletidos pela superfície terrestre. Estes raios refletidos possuem uma grande proporção de luz infravermelha, que é facilmente absorvida por alguns gases, principalmente o CO2 e o vapor de água, a esta possibilidade de absorção, ao que damos o nome de efeito estufa.
Tal processo, não é prejudicial à vida na Terra, mas sim essencial, já que possibilita o armazenamento da energia recebida durante o dia. O problema que conhecemos atualmente é a intensificação deste efeito.
Cada lugar, de acordo com algumas características, pode apresentar temperaturas médias anuais mais elevadas ou mais baixas. Também é fundamental que consideremos, além da média de temperatura, a amplitude térmica. Esta é a variação de temperatura entre os extremos medidos em um termômetro para cada lugar. Pode-se falar de amplitude térmica anual, para a variação entre a temperatura mais alta do ano e a mais baixa. Mas também, é possível identificar a amplitude térmica diária, como a variação entre os extremos de temperatura de um dia.
A amplitude térmica é importante para entendermos as características de um determinado clima porque ela permite a verificação da variação dos tipos de tempo ao longo do ano ou ao longo do dia.
O segundo elemento fundamental é a precipitação. Esta se caracteriza como a deposição de água em forma líquida ou sólida, vinda da atmosfera. Isto é, são as chuvas e a neve. Usa-se o termo pluviosidade que é a quantidade de chuva que cai em um determinado lugar durante o ano.
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