Equilíbrio Termodinâmico na Terra
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Estudo dos conceitos de equilíbrio termodinâmico, energia e matéria aplicados ao sistema terrestre e climático.
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- Radiação solar incidente
- A absorção desigual de luz solar no equador e nos polos gera gradientes térmicos que impulsionam os ventos alísios.
- Radiação de onda longa terrestre
- A emissão contínua de calor infravermelho da superfície para o espaço resfria a Terra durante as noites limpas de deserto.
- Equilíbrio radiativo da Terra
- A temperatura média global mantém-se próxima de 15 °C porque a radiação solar absorvida equivale à térmica emitida ao espaço.
- Albedo planetário
- Calotas de gelo na Groenlândia refletem até 80% da radiação solar, reduzindo o aquecimento local.
- Efeito estufa natural
- Moléculas de vapor d'água e CO2 na troposfera absorvem radiação infravermelha, impedindo o congelamento dos oceanos.
- Calor latente de vaporização
- A evaporação de água nos oceanos tropicais transporta energia que alimenta a formação e intensidade de furacões.
- Calor latente de condensação
- A formação de nuvens cumulus libera calor na alta troposfera, aquecendo a coluna de ar adjacente.
- Calor sensível
- O ar em contato direto com o solo aquecido do cerrado esquenta e sobe por correntes térmicas ascendentes.
- Célula de Hadley
- O ar quente sobe na zona de convergência intertropical e desce subsidente e seco nas latitudes subtropicais de 30°.
- Célula de Ferrel
- Transporta calor das zonas subtropicais para as médias latitudes por meio de ciclones extratropicais migratórios.
- Célula Polar
- O ar denso e frio subsidia nos polos terrestres e flui em direção à frente polar na baixa troposfera.
- Circulação termoalina
- A formação de gelo no Atlântico Norte aumenta a salinidade da água fria, que afunda e conduz a Corrente do Golfo.
- Corrente do Golfo
- Transporta água morna do Golfo do México para a Europa Ocidental, mantendo invernos amenos em latitudes altas.
- Ressurgência marinha
- Ventos costeiros no Peru afastam águas superficiais, trazendo águas profundas frias e ricas em nutrientes biológicos.
- Fotossíntese vegetal
- Florestas tropicais absorvem fótons solares para converter CO2 atmosférico e água em glicose e biomassa lenhosa.
- Respiração celular biológica
- Organismos do solo oxidam carbono orgânico para liberar energia metabólica, devolvendo CO2 à atmosfera.
- Bomba biológica de carbono
- Fitoplâncton morto afunda para o assoalho oceânico, sequestrando matéria carbonática por milênios nos sedimentos.
- Dissolução oceânica de CO2
- Águas frias dos polos absorvem gás carbônico atmosférico formando ácido carbônico solúvel.
- Intemperismo químico dos silicatos
- A reação entre chuva ácida com basalto consome CO2 da atmosfera e transporta bicarbonato solúvel para os rios.
- Precipitação de carbonato de cálcio
- Corais e moluscos usam íons de cálcio e bicarbonato dissolvidos para construir conchas rígidas nos recifes.
- Desgaseificação vulcânica
- Erupções liberam carbono preso no manto de volta para o ciclo exógeno na forma de cinzas e vapor de CO2.
- Fixação biológica de nitrogênio
- Bactérias Rhizobium em raízes de leguminosas quebram a ligação tripla de N2 e produzem amônia para a planta.
- Fixação abiótica de nitrogênio
- Relâmpagos durante tempestades fornecem energia térmica suficiente para reagir N2 com O2, gerando nitratos na chuva.
- Nitrificação no solo
- Bactérias Nitrosomonas e Nitrobacter oxidam íons amônio em nitritos e depois nitratos absorvíveis pelas raízes.
- Desnitrificação bacteriana
- Micro-organismos em solos alagados reduzem nitrato a gás N2 ou N2O sob condições anaeróbias, fechando o ciclo.
- Intemperismo fosfatado
- O desgaste físico-químico da rocha apatita libera íons fosfato no solo agrícola de forma lenta e contínua.
- Eutrofização antrópica
- O escoamento de excesso de fósforo de fertilizantes agrícolas em lagos causa proliferação explosiva de algas.
- Evapotranspiração da biosfera
- A Floresta Amazônica bombeia trilhões de litros diários de água ao ar gerando os chamados rios voadores.
- Condensação orográfica
- Massas de ar úmido sobem a Serra do Mar, esfriam adiabaticamente e geram chuvas densas na encosta oceânica.
- Permafrost em degelo
- O aquecimento do solo ártico congelado degrada matéria orgânica e libera metano retido para a atmosfera.
- Retroalimentação do albedo do gelo
- O derretimento do gelo marinho no Ártico expõe o oceano escuro, que absorve mais calor e derrete mais gelo adjacente.
- Retroalimentação do vapor d'água
- O ar mais quente retém mais umidade, e como o vapor é gás de efeito estufa, o aquecimento térmico se intensifica.
- Entropia e dispersão térmica
- A energia solar de alta qualidade captada no topo da atmosfera é degradada e irradiada como calor infravermelho difuso.
- Segunda Lei da Termodinâmica na cadeia trófica
- Cerca de 90% da energia química é dissipada em forma de calor a cada nível trófico num ecossistema savânico.
- Primeira Lei da Termodinâmica no balanço térmico
- A energia que entra na Terra por radiação precisa igualar exatamente o calor refletido, emitido e estocado.
- Balanço de energia de onda curta
- Cerca de 30% da radiação que chega do Sol é imediatamente refletida para o espaço por nuvens, aerossóis e superfície.
- Janela atmosférica infravermelha
- Radiação de 8 a 12 micrômetros escapa diretamente da superfície da Terra para o espaço sem ser absorvida pelo ar seco.
- Gradiente adiabático seco
- Uma parcela de ar seco desprovida de vapor condensa se resfria cerca de 9,8 °C para cada quilômetro que sobe nas montanhas.
- Gradiente adiabático saturado
- O resfriamento do ar úmido em ascensão reduz-se para cerca de 5 °C/km devido à liberação constante de calor latente.
- Ventos de Monção
- A diferença na capacidade térmica da massa terrestre e do oceano Índico atrai massas de ar com chuvas torrenciais no verão.
- Efeito de brisa marinho-terrestre
- O aquecimento rápido da areia durante o dia gera baixa pressão local que atrai o ar fresco vindo do mar.
- Camada de ozônio estratosférica
- Moléculas de O3 absorvem fótons ultravioleta de alta frequência, convertendo energia química em calor na estratosfera.
- Ciclo do enxofre biogeoquímico
- O fitoplâncton oceânico produz dimetilsulfeto gasoso que oxida no ar e atua como núcleo de condensação de nuvens.
- Emissão biogênica de metano
- Bactérias arqueias anaeróbias no rúmen de bovinos fermentam celulose e emitem CH4 que sobe à troposfera.
- Aerossóis vulcânicos e resfriamento
- Erupções como a do Pinatubo ejetam dióxido de enxofre na estratosfera, refletindo a luz e resfriando o planeta por anos.
- Inversão térmica
- Em noites frias de inverno, o solo perde calor rapidamente por irradiação, prendendo ar frio e poluentes sob ar quente.
- Capacidade térmica dos oceanos
- A alta capacidade térmica da água amortece extremos climáticos sazonais em regiões costeiras temperadas.
- Sedimentação de folhelhos betuminosos
- Massa vegetal e algas soterradas sem oxigênio transformam matéria orgânica em hidrocarbonetos sob pressão geológica.
- Ciclo de carbono profundo
- Subducção de placas tectônicas transporta conchas calcárias para o manto, reciclando carbono em rochas magmáticas.
- Equilíbrio quase-estacionário planetário
- Flutuações climáticas naturais operam ao redor de um estado estável regulado por trocas contínuas de matéria e calor.