Derretimento polar

8/2/2019 Derretimento polar

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Fig 1: conveco natural da atmosfera.

Derretimento Polar.

Vieram me contar, que por minha causa, isto mesmo! Por eu desligarmeus equipamentos eletrnicos pelo controle remoto e no tir-ls datomada, deixando seus LEDs acesos, Portanto, por minha culpa! Ospobres ursinhos polares do rtico e os pinguinzinhos da Antrtida vopegar insolao e morrer desidratados (tadinho deles!).

Porm, ao contrrio dos cientistas do IPCC e do WWF, o caboclinhoaqui no faltou a nenhuma aula de qumica ou fsica durante suamaratona para se tornar Engenheiro (isto foi nos tempos em que existiaensino no Brasil), e neste ponto sou ardido e pior que So Tom,

portanto, vamos examinar os fatos.

Comecemos pelos pinguins que alm de serem nossos vizinhos maisprximos so mais civilizados:

A Antrtida um continente, portanto no existem correntes marinhaspassando por baixo dele, e em seu entorno, apenas a pennsula antrticapode ser levemente afetada por elas, como mostra o fluxo da correntetermohalina. No restante de seu permetro s circula correntes frias(veremos isto mais tarde) como consequncia elas praticamente nolevam calor regio.

O que nos deixa como fontes de calor para a regio polar antrtica,apenas a conveco das correntes areas (causada pela diferena detemperatura entre o equador e os polos), modificada pelas foras deCoriolis e a radiao solar.

O pinguim, meu amigo, quecoletou in loco os dados a seguir,me questionou se no deveramosincluir como fonte de calor, as

erupes do monte Erebus.Descartei a sugesto,argumentando que alm de seruma singularidade, uma erupovulcnica certamente no temcausas antropognicas e que seriaum tipo de dado possivelmenteusado pelo IPCC, mas nunca porum estudo srio.

Para que possamos derreter uma determinada massa de glo,podemos usar a seguinte frmula:


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CSE consultoria e servios de engenharia ltda.2

. .3, 6

G fs GM H CP t

W

Onde:

MG = Massa de glo (kg);Hfs = Entalpia de fuso do glo (kJ/kg);CPG = Calor especfico do glo (kJ/(kg C h));t = Diferencial de temperatura entre temperatura ambiente e o ponto

de fuso (C);W =Potncia necessria para derreter a determinada massa de gelo (W).

A nossa massa escolhida foi uma rea de 1 m2, por 1 mm de espessura,

ou seja: 1 x 1 x 0,001 x G = 0,9178 kg.Tabelando os dados e resolvendo a equao:

Hfs = 334,88 kJ/kgG = 917,8 kg/m3

Cp G = 2,093 kJ/(kg Ch)T = 44 C

M G = 0,9178 kg

W = 108,85W/m

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Portanto, para derretermos uma camada de 1 mm em 1m2 de gloantrtico, Precisaremos de 108,85 W.

Vejamos agora a radiao solar:

Partindo da chamada constante solar (que no to constante assim,mas sua variao, de forma alguma, tem causas antropognicas) e cujovalor aceito : CteS = 1367 W/m2, podemos criar a seguinte tabela, onde:

- Constante solar;- Refletido para o espao pelo albedo;- Absorvido pela alta atmosfera;- En. bruta a nvel de solo;- Seno do ngulo de elevao solar;- En. Disponvel a nvel de solo;- Mix de emissividade Antrtida;

- En. Absorvida.

Cte Sol = 1367 W/m2

Ref = 478,45 W/m2

Abs = 615,15 W/m2

E sol ent = 273,4 W/m2

Sen 54,75 = 0,81664 ---

EFF = 223,27 W/m2

EAn = 0,8905 ---

Wabs = 24,45 W/m2


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Explicando a tabela:

A constante solar traduz a mdia da densidade energtica emitida pelo sole interceptada por nosso planeta, em sua distncia orbital mdia, ao nvelde sua atmosfera superior.

Esta constante : Cte s = 1.367 W/m.De toda esta energia recebida do sol:

35 % refletida de volta para o espao, pelo albedo do planeta. 45 % absorvida por nossa atmosfera densa, dando origem aos

movimentos e aquecimentos atmosfricos, regimes de ventos egrande parte do clima.

Os 20 % restantes so os que chegam at ns e so responsveispelas correntes martimas superficiais, calefao das guas e dasterras, fotossntese, evaporao das guas, consequentemente dosregimes de chuvas, portanto tambm componente vital do clima.

Porm, devido a esfericidade da terra, os raios solares no chegam com amesma intensidade diferentes latitudes, mas so proporcionais ao senodo ngulo de elevao do sol.

Vejamos ento a elevao mxima do sol, no vero, na latitude mdia dasregies polares:

- Latitude do crculo polar;- Latitude mdia da regio polar;- Posio do sol no solstcio (trpico);- ngulo mximo de elevao do sol.

Portanto a radiao solar efetiva sobre o gelo ser:

EFF = 273,4 x Sen 54,75 = 223,27 W/m2

Mas, quando uma radiao no ionizante incide sobre um corpo, trs

coisas podem acontecer: O corpo reflete a radiao; O corpo conduz a radiao sem absorv-la; O corpo absorve a radiao.

Considerando se ainda que a Antrtida no seja apenas glo, mas que acomposio de sua superfcie comporta:

75 % de neve, com emissividade de 90 %; 20 % de glo, com emissividade de 97 %;

Lat c. polar = 66,5

Lat Av = 78,25

P.Sol = 23,5

Sol-Cp = 54,75


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Vvent = 16,67 m/s

Fc = 3,52 ---

= 5,6697E-08 W / (m2

. K)

S 1 m2

T = 229 K

Q = 489,39 W/m2

E 5 % de rochas, sem gelo ou neve, em suas praias, escarpas evales secos como os dos vales Mc Murdo, cuja emissividade dardem de 43 %.

Podemos montar o seguinte mix de emissividade para nosso metroquadrado:

Emissividades: e Area

Rochas = 43 % 5 %Glo = 97 % 20 %Neve = 90 % 75 %

eAn = 0,891

Lembrando que emissividade o que a superfcie reflete, vemos que aabsoro e conduo da nossa amostra da regio Antrtica ser um totalde:

Wabs = (10,891) x 223,27 = 24,45 W/m2, em pleno vero e na mximaelevao do sol, na latitude mdia da regio polar antrtica.

Ao dos ventos:

Conforme pode ser visto na figura 1, conveco natural da atmosfera, osventos que descem sobre as regies polares, provem de grandes

altitudes e devido esfericidade da terra, fracamente aquecidos pelo Sol,portanto, secos e gelados. `

Se a temperatura absoluta dos ventos for maior que 273,15 K, a troca decalor por conveco natural/ radiao, fornecer calor ao gelo, casocontrrio, roubar calor do gelo. Vamos aos dados:

A equao que resolve este problema :

Q = . S . T4 . Fc . e = 5, 6697e-11 [kW / (m2 . K)]S = rea (m2)Fc = 1,0022 . V

0,447 . (fator de conveco)V = vel do vento (m / s)eAn = emissividade (adm).

Tabelando e resolvendo:

Como 229 K menor que 273,15 K, osventos tem um potencial de roubar489,39 W/m2 do gelo antrtico.


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Fazendo um balano de energias (energia que entra menos energia quesai) em nosso modelo de 1 m2, podemos ver a situao global daAntrtida, para que se derreta 1 mm na espessura de sua superfcie:

e = E SolE FusoE Ventos

e = 24,45108,85489,39 = -573,80 W/m2

Puxa vida! Os pinguins esto salvos!

Nossos LEDs no iro derreter o Polo Sul!

Ps.: Acabei de receber um E-mail de um pinguim imperador, pedindo:- Pelo amor de Deus, no desligue seus equipamentos!- Ligue tudo que for possvel!- Grita ele em letras garrafais.- Quem sabe assim possa chegar um calorzinho por aqui.

Sinto muito meu amigo, mas acho que as causas antropognicas no iroresolver seu problema.

Vejamos agora o caso dos ursos:

O rtico um pouquinho mais complicado, por no ser um continente,mas tambm factvel de soluo.

Tentei contatar os Ursos para obteno de dados confiveis, mas eles soum tanto antissociais. Aps longa tentativa de conversao, um Ursomal encarado me olhou atravs de sua webcam e disse:

-T legal, chapa! Mas s por que fui com sua cara.Porm no me venha com esta histria de olhar temperaturinha aqui,medir espessurinha de glo acol, porque isto coisa de ursinho pardofelpudo, ou ento daqueles fofoqueiros, seus amigos, do IPC... Sei l dasquantas!

- Por que fofoqueiros? - Perguntei-

- Voc no so paulino? ... ?

-Claro que no! Mano!Acho que este mano que coloquei naresposta, convenceu e acalmou o Urso, e ele foi direto ao assunto.

- A Groelndia sempre foi um local de temperaturas peridica esazonalmente variveis, que ns ursos temos observado por mais de 650mil anos. Por isto, tem este nome (Greenland = Terra Verde). Suatemperatura tem oscilado razoavelmente ao longo dos milnios, mas vejao grfico que seus amigosfofoqueiros recentemente resolverampublicar sobre sua variao de temperatura:

Obs.: A linha 0 (zero) dos grficos representam atualmente -30 C.


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Repare que a linha de tendncia (emvermelho) at parece real, e com inclinaomuito assustadora para quem no conhece aregio. E isto d uma impresso de que suateoria de aquecimento global vlida.

Doce engano, se no fossem fofoqueirosteriam publicado toda a curva, j que ogrfico mostra datas desde 1880.

Por que no o fizeram?

Em primeiro lugar, porque a linha detendncia deixa de ser convincente

(olhe s que porcaria de tendncia),compare as inclinaes das curvas.

Depois, eles no tem como explicareste mximo das dcadas de 30 e 40,portanto no era um bom argumentopara sua fraude.

Se realmente fossemhonestos, melhor seria, publicar a variao datemperatura da Groelandia, nos ltimos 11.000 anos, levantada a partirdas amostras de glo do topo de suas geleiras, que mostramos abaixo.

Lembre-se, a linha zero representa temperatura ambiente de -30 C.

O que mostra que sazonalmente a temperatura da Groelndia podeser 10 e at 20 C mais alta sem que implique no derretimento doglo.

Muito bem, chapa, parece que posso confiar em voc. Mas antes decomearmos com os dados, preciso que voc, morador das montanhastropicais, conhea um pouco mais das correntes areas e martmas.


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Caso nosso planeta no girasse em torno de seueixo, a conveco natural da atmosfera seriasimples, como mostrado ao lado.

Mas, ele gira! E as forasde Coriolis (efeito darotao) deflete acirculao dos ventos:

-para a direita no

hemisfrio norte e para aesquerda no hemisfriosul.

A energia solar e o movimento de rotao controlam a circulao daatmosfera, criando o padro de ventos globais: ventos alseos e ventos deoeste

Convergncia tropical calmarias

Devido a forma e posio dos

continentes, os ventos geram diversosgiros sobre os oceanos (dos quaismostramos os principais, a ao lado).

Estes giros interferem e induzem ascorrentes martimas superficiais, asegu-los.

Conforme pode ser visto esquerda, no diagrama geraldas corentes superficiais,quentes e frias, nos oceanos.

Quando o Sol, na regiotropical, aquece as guas,apenas a gua evapora,aumentando a salinidade dagua remanescente, tornando-amais densa.


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Portanto, ela afunda, cedendo espao para que por conveco natural,gua mais fria tome seu lugar.

A densidade dos oceanos uma funo complexa da presso,temperatura e salinidade, mas podemos dizer que:

Todo o oceano aberto est comprendido entre2 C e 30 C detemperatura e 30 %0 e 40 %0 de salinidade. Obs,: (%0 = Partes Por mil)

Cerca de 90 % do oceano aberto est entre2 C e 10 C e salinidadeentre 34 %0 e 35 %0 e representa majoritariamente gua de subsuperfcie.

O restante gua de superfcie.

O grfico ao lado, mostra o ponto decongelamento da gua superficial domar, em funo da salinidade etemperatura.

Para as condies polares:Sob Presso atmosfrica;Temperatura t = 5 C;Salinidade = 33 %0 (33 partes por mil);

A densidade da gua do mar em mdia: = 1027 kg/m3

Considerando-se ainda que a maior densidade da gua doce a 4 C ecujo valor : = 999,972 kg/m3, podemos dizer que toda e qualquergua do mar mais densa que a gua doce.

Outra coisa que voc precisa saber, que apenasa gua congela (o glo flutuante feitopraticamente de gua doce), portanto, o

congelamento libera os sais e aumenta asalinidade das guas restantes, aumentando suadensidade e fazendo-as afundarem, sendosubstitudas por gua menos fria, criandoassim um movimento de conveco natural.

Se o glo estiver derretendo, sabendo-se que a gua doce menos densaque a do mar, ela criar em torno de toda a massa gelada um filme de

conveco com gradiente de 0 a 4 C, bloqueando e desviando todas ascorrentes superficiais.


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Hfs = 334,88 kJ/kg

r G = 917,8 kg/m3Cp G = 2,093 kJ/(kg Ch)DT = 34 CM G = 0,9178 kgW = 103,52 W/m2

Lat c. polar = 66,5

Lat Av = 78,25 P.Sol = 23,5

Sol-Cp = 54,75

Todos estes mecanismos contribuem para a criao da correnteTermohalina:

Onde as linhas azuis significam guas profundas, frias, e as vermelhas,guas de superfcie, menos frias.

Por aqui se pode ver que nenhuma gua com mais de 5 C ir perturbar apaz, nem nossa nem de seus amigos pinguins.

A nica corrente que poderia nos aquecer a chamada Corrente doGolfo, mas ela superficial, portanto, prontamente barrada pelo filmede gua doce e desviada para o leste, por Coriolis , ou seja, incua.

Muito bem! chapinha, vamos aos dados ..., no se preocupe, vou ficaraqui, para que voc no erre nas contas e ponha a culpa em mim.

Para calcular a potncia necessria parao derretimento do glo, use a mesmafrmula que usou para os pinguins; Amassa a mesma, mas a temperaturaambiente um pouco maior, portanto aenergia ser um pouco menor: 103,52 W.

O clculo da latitude e elevao solar omesmssimo e pode mant-lo, s no seesquea que agora estamos no Norte.


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Emissividade Art.

Rochas = 43 20 %Glo = 97 30 %Neve = 90 50 %

eAr = 0,827

Cte Sol = 1367 W/m2Ref = 478,45 W/m2Abs = 615,15 W/m2

E sol ent = 273,4 W/m2Sem 54,75 = 0,81664 ---

EFF = 223,27 W/m2

eAr = 0,827 ---Wabs = 38,63 W/m2

Vvent = 12,00 m/sFc = 3,04 --- = 5,6697E-08 W / (m2 . K)T = 239,13 K

Q = 466,61 W/m2

Wtr = 570,12 W/m2

Nosso solo tem constituio diferente do daAntrtida. Portanto sua emissividade tambmo .

E isto que voc v calculado a ao lado.

Agora podemos calcular a energia totalque o poderoso Sol nos fornece.

Repare que aqui ele um pouquinhomais generoso que l na Antrtida, mas

ainda no suficiente, s 38,63 W/m

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.

Nossos ventos so mais amenos,por isto sua contribuio maismodesta, no passa de umpotencial de roubo de energia

trmica de 570,12 W/m2.

Ei! Espere a chapa no faa o balano ainda, falta o oceano!

E j que conveco natural, use esta frmula:

Q = Uc. S . t1/L; Parece simples, mas:Uc = Fc . Ufc; Fc = C . t2(1/3);Ufc = 5,620 (MJ/(h.C.m2)) Condutividade do filme de convexo

natural, para gua;Q = Fluxo de calor por conveco natural (MJ / (h.m2))Uc = Condutividade total de conveco (MJ/(m2. h . C))S = Superfcie de troca (m2)t1 = Diferencial de temperatura aparente entre o fluido e o glo (C)t2 = Diferencial de temperatura aparente entre o glo e o filme (C)


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Uc = 0,00669 MJ/(m2. h . C)

Ufc = 0,00595 MJ/(m2. h . C)S = 1 m2

t1 = 5 CFc = 5,62 MJ/(m2. h . C)t2 = 2 C

C = 4,72E-03 MJ/(m

2

. h . C)L = 5 mQ = 0,03345 MJ / (h.m2)

Q = 9,292 W/m2

Hfs = 334,9 kJ/kgM = 1027 kg/m3

Cp M = 3,87 kJ/(kg C)T = 5 C

e M = 0,827 %W = 540,79 W/m2

M M = 100,67 kg

C = Coeficiente caracterstico de forma e posio da superfcie detroca (MJ/(m2. h . C))

Valor de C: (MJ/(m2. h . C)) Placa horizontal, face inferior: 4,724e-3Pois a conveco inversa.

L = espessura do filme (m)

Tabelando e resolvendo oprobleminha teremos como

resposta; Q = 0,03345 MJ/(h.m2)

Que multiplicado Por 1.000.000 edividido por 3.600. Finalmente nosd: 9,292 W/m2.

Agora, meu chapa pode fazer seu

balano, que vai dar exatamemte:

W = -540,79 W/m2.Sabe chapinhaa nica coisa que no d para entender estapretenso que sua espcie tem de que pode mudar a natureza com ostraquinhos que vocs soltam.

O que vocs precisam de muitas aulasde fsica. Vou colocar mais uma continhas para desabafar,

Como a nica fonte de calor que nos resta,

o da gua do mar, a 5 C, podemoscalcular a massa de gua para saldar os540,79 W/m2para os mseros 0,9178 kg

de glo, o que nod d 100,87 kg de gua do mar.

Com uma regra de 3 simples, podemos ver que precisaremos de109,68 kg de gua do mar/ kg de glo. Ou ainda:

98,02 m3 de gua do mar / m3 de glo.


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S por brincadeira, se escoarmos este volume pela rea de um m2,

Precisaramos de uma corrente com a incrvel velocidade de:352,88 km/h.

(Lembre-e W pede m/s que depois convertido em km/h)

Portanto, meu chapa esquea derretimentos polares na regio mdia

dos crculos polares.

Eles at acontecem na periferia, durante o vero, mas aqui, pode tirar ocavalinho da chuva. Grunfff!!!!!

- Disse isto, grunhiu e desligou o Skype na minha cara sem me dar amenor chance de agradec-lo.

Bom, isto a meus chapinhas, se eles no esto se importando, sigo oexemplo e no vou mais dar bola para as chantagens do IPCC nempara o WWF.

Grunf para eles tambm.

PFCP

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