Ao estudar o efeito de estufa encontram-se diversas afirmações sobre o comportamento das nuvens na ocorrência do fenómeno, chegando até a atribuir-lhes o dito efeito.
Para clarificar as opiniões encontradas, vamos analisar o que são e como se comportam as nuvens na atmosfera.
A Terra está envolvida por uma camada de ar denominada atmosfera, constituída por uma mistura gasosa cujos principais componentes são o oxigénio e o nitrogénio.
A espessura dessa camada não pode ser perfeitamente determinada, porque à medida que aumenta a altitude, o ar se torna muito rarefeito, isto é, com pouca densidade.
Sendo composto por moléculas, o ar é atraído pela força de gravidade da Terra e, portanto, tem peso. Se o não tivesse escaparia da Terra, dispersando-se pelo espaço.
Devido ao seu peso, a atmosfera exerce uma pressão, chamada pressão atmosférica, sobre todos os corpos nela imersos.
A pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude. Ao nível do mar é, em média, de 76 cm de mercúrio (peso de uma coluna de mercúrio com 1cm2 de base e 76 cm de altura).
È neste meio que se formam as nuvens e nele se deslocam por acção dos ventos.
A água é um caso único na nossa atmosfera porque, para as pressões e temperaturas normais, pode existir em todas as 3 fases – sólida, líquida e gasosa. È a temperatura correspondente à agitação molecular que determina a fase em que a água se encontra. As suas moléculas, no ar, estão constantemente a mudar de fase (as 3 fases correspondem ao gelo, à água líquida e ao vapor de água).
Na fase sólida a água é um corpo cristalino e as moléculas estão fortemente unidas por ligações físicas (proximidade e contacto); na fase líquida é um fluído ainda com um volume definido, mas que pode mudar de forma porque as moléculas estão ligadas só por contacto; na fase gasosa (vapor de água) não há volume definido e as moléculas estão dissociadas.
O aquecimento diurno da atmosfera ao nível do solo e do mar provoca a evaporação da água que se espalha na atmosfera. Esta água é denominada humidade relativa do ar, e sob certas circunstâncias dá origem às nuvens. Mais tarde, sob a forma de chuva, volta à superfície terrestre.
Quando o ar tem um alto conteúdo de vapor de água diz-se que é ar húmido. A quantidade de vapor (ou seja, a humidade), que pode existir no ar, é limitada. Existe um valor máximo que o ar pode conter a uma dada temperatura e pressão. Quando o conteúdo é o máximo diz-se que o ar está saturado. A partir dessa situação, se a temperatura baixar, passará a haver mais condensação do que evaporação e formam-se gotículas de água em maior número. Se existirem partículas higroscópicas (poeiras que atraem água) suspensas no ar – os chamados núcleos de condensação – as gotículas de água vão crescendo e transformam-se em gotículas de nuvem (com diâmetros que podem ir de 1 a 30 microns).
As nuvens são compostas por milhões de gotículas suficientemente pequenas para se manterem suspensas na atmosfera. Essas gotículas são a parte visível das nuvens, que são no entanto compostas sobretudo por ar em movimento (é usual que as gotículas representem pouco mais do que 1% da composição da nuvem).
Mesmo quando as temperaturas são negativas, as nuvens são formadas essencialmente por gotículas de água (as chamadas gotículas de água super-arrefecida). Isto deve-se ao facto das moléculas de vapor de água precisarem de superfícies sobre as quais gelar e haver poucos núcleos de congelação numa nuvem típica.
As gotículas de água super-arrefecida andam «à procura» de algo sobre que gelar (só se a temperatura descer até pelo menos uns -40ºC se poderá dar a chamada nucleação espontânea, e elas gelarão sem a presença de núcleo de congelação). Mas, desde que a temperatura seja suficientemente baixa, existirão também cristais de gelo numa nuvem.
De um modo geral haverá mais gotículas de água super-arrefecida do que cristais numa nuvem fria típica.
A fonte mais importante de vapor de água na atmosfera é a evaporação nos oceanos – a origem de cerca de 85% do vapor de água na atmosfera.
A evaporação e a evapotranspiração nos continentes são a origem dos restantes 15%. Enquanto os oceanos contêm 97,5% da água existente no nosso planeta, a quantidade total de água na atmosfera, sob a forma de vapor, representa menos de 0,001% – o que corresponde apenas a cerca de uma semana de precipitação em todo o globo.
Isto quer dizer que a água é circulada de um modo muito eficiente através da atmosfera. A contínua reciclagem da água pela formação das nuvens, seguida da precipitação, movimenta um volume de água 32 vezes superior à capacidade total da atmosfera.
È conhecido que na formação das nuvens a passagem do vapor de água a gotículas de água microscópicas não é feita por condensação com libertação de calor, mas por mudança de estado da molécula. Notemos que também a passagem da água líquida à humidade atmosférica, a que erradamente chamamos evaporação, não obedece às leis físicas desta mudança de estado líquido/vapor, como é tratado na física clássica.
Há uma relação entre a altura em que se encontra uma nuvem e a humidade relativa ao nível do solo. Quando a humidade relativa ao nível do solo atinge o máximo (100%), temos nevoeiro. Quando ao nível do solo a humidade relativa está entre 60 e 70%, a base das nuvens está entre 763 e 1093m de altitude.
Há muitos tipos diferentes de nuvens, e cada tipo está associado a um determinado tipo de tempo atmosférico. Os tipos básicos de nuvens são os estratos, os cúmulos e os cirros.
Os estratos são nuvens de aspecto estratificado, que cobrem largas faixas horizontais do céu, como um tapete com uma cor cinzenta mais ou menos uniforme. Formam-se sobretudo na baixa troposfera, em ar estável, e estão associadas a precipitação fraca ou moderada. Desde que a temperatura ambiente não seja demasiado baixa, são compostas por gotículas de água.
Os cúmulos são nuvens densas, que se formam em ar instável e sobretudo na baixa troposfera, e que surgem em blocos ou glóbulos isolados ou agrupados. Quando crescem verticalmente, em pilha, até grandes altitudes, assinalam trovoadas e tempestades.
Os cirros são nuvens que se formam na alta troposfera, compostas por cristais de gelo, que, devido à acção dos ventos de grande altitude, têm a aparência de novelos muito finos de cabelo branco. Estão associados a tempo agradável.
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