O que é a pressão atmosférica?
Quando um corpo está imerso num fluido, o fluido exerce, em cada ponto da superfície do corpo, uma força perpendicular à superfície sobre a qual atua. Esta força por unidade de superfície tem o nome de pressão.
A atmosfera é um fluido gasoso que exerce pressão sobre todos os objetos que nela se encontram imersos, incluindo nós.
A pressão atmosférica é a força por unidade de superfície exercida pela atmosfera num determinado ponto. É a consequência da ação da força da gravidade sobre a coluna de ar situada sobre esse ponto.
A pressão atmosférica num determinado lugar corresponde ao peso da coluna de ar que se encontra sobre esse lugar, até ao limite superior da atmosfera. Por conseguinte, quanto maior for a altitude, menor será a pressão atmosférica. A uma altitude elevada, teremos menos ar sobre nós, que assim pesará menos e exercerá menor pressão.
Adicionalmente, a menor densidade do ar à medida que subimos na atmosfera faz com que o seu peso diminua ainda mais.
Como a densidade Como a densidade do ar diminui com a altitude, é difícil calcular a pressão atmosférica exata num determinado ponto. Mais ainda, é necessário ter em conta que tanto a temperatura como a pressão do ar, que influenciam a sua densidade, variam constantemente, tanto em termos temporais como espaciais.
Assim, podemos encontrar diferentes pressões a uma mesma altitude, determinadas, como já foi dito, por variações de temperatura e densidade das massas de ar. O ar frio é mais pesado do que o ar quente, sendo este um dos fatores que influenciam a existência de diferenças de pressão atmosférica a uma mesma altitude.
Em que unidades é medida a pressão atmosférica?
Em meteorologia, as unidades mais comumente utilizadas são o milibar (mbar) ou hectopascal (hPa). Outras unidades de medida são as atmosferas (atm) e os milímetros de mercúrio (mmHg). A abordagem tradicional a esta medida consistia na utilização de mmHg, ou seja, medir a altura de uma coluna de mercúrio em equilíbrio com a coluna de ar atmosférico.
Normalmente, toma-se como referência a pressão atmosférica ao nível do mar. Aqui, 1013 hPa (1013 mbar, 1 atm ou 760 mmHg) é considerado o valor padrão, que diminui, em média, 1 hPa a cada 8 metros de altitude.
Como é medida a pressão atmosférica?
A pressão do ar (ou atmosférica) é medida com recurso a instrumentos denominados barómetros. Os primeiros dispositivos deste tipo datam de meados do século XVII. Apesar de terem evoluído e mudado muito de forma desde então, a base do seu funcionamento continua a ser a experiência do físico e matemático Torricelli.
O original é o barómetro de mercúrio, inventado por Torricelli em 1643, na sequência de uma experiência que podemos resumir da seguinte forma: um tubo com 800 mm de altura, cheio com mercúrio e fechado numa das extremidades, foi invertido de modo a que a sua extremidade aberta ficasse mergulhada numa tina, também cheia de mercúrio. Torricelli observou que, nestas condições, o líquido no interior do tubo descia até aos 760 mm de altura.
Estando o peso da coluna de mercúrio no interior do tubo em equilíbrio com a pressão exercida pela atmosfera sobre a superfície do mercúrio contido na tina, o nível da primeira estabilizava.
Foi utilizado mercúrio nesta experiência por ser o líquido mais denso que se conhece, que pouco evapora à temperatura ambiente. Por exemplo, se Torricelli tivesse utilizado água em vez de mercúrio, o tubo teria de ser cerca de 10 vezes maior.
Assim, este barómetro mede a pressão atmosférica em função da altura atingida pela coluna de mercúrio, sabendo que 760 mm correspondem à pressão de 1 atmosfera (1013 hPa). Não obstante, este tipo de barómetro, hoje em dia, já é pouco utilizado, em virtude de utilizar mercúrio, elemento tóxico e potencialmente perigoso de manusear.
Hoje em dia, são comuns os barómetros aneroides, que funcionam recorrendo a uma câmara que se deforma em função da pressão atmosférica. Estas variações são então transferidas para uma agulha que marca a pressão atmosférica.
Quando esta agulha é substituída por uma ponta com tinta, capaz de registar as variações de pressão medidas em suporte físico, como papel milimétrico, o instrumento é denominado barógrafo.
Uma vez que a altitude influencia a pressão atmosférica medida, é necessário converter os dados ao nível do mar a fim de possibilitar a sua comparação. Para tal é necessário proceder à calibração do barómetro, sobretudo se o objetivo for indicar a pressão que seria medida caso o dispositivo se encontrasse ao nível do mar. Fazê-lo torna possível analisar esta variável, independentemente da altitude a que nos encontrarmos.
Por outro lado, as estações meteorológicas também são capazes de medir a pressão atmosférica, recorrendo a um sensor que indica a pressão, convertida a altitude zero. Estas medições são muito úteis, uma vez que a análise das variações de pressão ao longo do tempo permite realizar previsões meteorológicas.
Variações da pressão atmosférica com a altitude
Antes de tudo o mais, como referimos antes, a pressão atmosférica varia em função da altitude. Em geral, quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica.
O ar mais próximo da superfície terrestre aquece ao estar em contacto com esta, seja com o solo como com a superfície de mares e oceanos. O ar aquecido sobe, ao diminuir a sua densidade, e por conseguinte, também a sua pressão. Esta trajetória ascendente continua até a densidade da coluna de ar em questão se encontrar em equilíbrio com a do ambiente que a envolve.
Todavia, esta diminuição da pressão com a altitude não é constante, dado que o ar é um fluido fortemente compressível. As camadas de ar mais próximas da superfície contêm maior quantidade de ar por unidade de volume, ou seja, o ar superficial é mais denso. Assim, a quantidade de ar não diminui de forma constante com a altitude.
Próximo do nível do mar, um pequeno aumento de altitude implica uma descida considerável da pressão atmosférica. Em contrapartida, em pontos mais elevados, serão necessários maiores aumentos de altitude para gerar descidas de pressão similares.
Dito isto, é necessário assinalar que estas variações com a altitude também dependem de outros fatores, como a humidade e a latitude. Esta última implica alterações substanciais da espessura da atmosfera, que é máxima nas latitudes equatoriais e vai diminuindo à medida que nos aproximamos dos polos.
As variações diárias da pressão atmosférica
Tal como acontece com as marés dos oceanos, também a atmosfera é um fluido que apresenta variações diárias de pressão. São as chamadas marés atmosféricas ou barométricas, nas quais a pressão varia periodicamente. Estas marés não possuem qualquer relação com as dos oceanos.
A componente dominante de uma maré barotrópica é o forçamento radiativo (luz solar).
As pressões máximas e mínimas ocorrem, em cada lugar, aproximadamente à mesma hora do dia. Estas variações são máximas nos trópicos (até 3 hPa) e mínimas nas regiões polares (em torno dos 0,3 hPa). Isto acontece porque a quantidade de radiação solar que incide nos trópicos é maior.
Variações de pressão atmosférica num mesmo nível
O relevo e o comportamento da atmosfera fazem com que a pressão atmosférica não seja idêntica em todos os lugares situados a uma mesma altitude.
Devido à dinâmica atmosférica, existem regiões onde se concentra mais ar e a pressão é mais elevada (altas pressões). Ao passo que, em outras, esta concentração é menor (baixas pressões).
Estabilidade e instabilidade atmosférica
Existem alterações na temperatura e densidade do ar que conduzem a alterações na pressão atmosférica, dando lugar a condições atmosféricas estáveis ou instáveis. Trata-se da chamada estabilidade e instabilidade atmosférica.
Quando o ar é forçado a descer, provoca um aumento da pressão atmosférica que resulta em estabilidade atmosférica ou anticiclone. Os anticiclones são zonas de calma atmosférica.
São caracterizados pela quase inexistência de vento e céu geralmente limpo, com o ar em lento movimento descendente (um fenómeno denominado subsidência) em direção à superfície. O ar em torno de um anticiclone circula no sentido dos ponteiros do relógio no hemisfério norte e em sentido anti-horário no hemisfério sul.
Estas situações de alta pressão podem manter-se por muito tempo, propiciando a estagnação do ar nas áreas mais planas e nos vales. No inverno, isto pode causar problemas de poluição nas cidades. É também comum que os anticiclones surjam associados a inversões térmicas nestas zonas, com o ar frio a ficar retido nas zonas mais deprimidas.
Em contrapartida, quando o ar quente sobe, faz com que a pressão atmosférica diminua, provocando instabilidade atmosférica. Estas zonas de baixas pressões (inferiores a 1012 hPa) são também comumente conhecidas como depressões. Aqui, o ar circula em sentido contrário ao que assume nos anticiclones, isto é, em sentido anti-horário no hemisfério norte e horário no hemisfério sul.
A presença de depressões é sinónimo de ventos mais intensos e precipitação.
A pressão atmosférica e a previsão meteorológica
As diferenças de pressão na atmosfera favorecem o movimento das massas de ar, que se move das regiões de alta pressão para as de baixa pressão, procurando o equilíbrio.
Isto permite aos meteorologistas acompanhar as variações da pressão atmosférica (entre outras variáveis), com a finalidade de realizar previsões do estado do tempo.
A medição da pressão, além de fornecer informações sobre a tendência geral a curto prazo, também permite a criação de mapas de pressão atmosférica em maior escala. Conhecidos como mapas de isóbaras, são constituídos por linhas que marcam pressões idênticas e que em meteorologia recebem o nome de isóbaras (ou linhas isobáricas). Estes mapas permitem seguir os diferentes centros de ação, ou seja, depressões e anticiclones.
As diferenças de pressão entre dois pontos, conhecidas como gradiente de pressão horizontal, são responsáveis pelo movimento do ar nas camadas superiores da atmosfera. Assim, os mapas de isóbaras permitem igualmente determinar a direção e a velocidade do vento.
Sabemos que, no hemisfério norte, o vento circula em redor das depressões em sentido anti-horário, e no sentido oposto, ou seja, horário, em torno dos anticiclones. Adicionalmente, quanto mais próximas as isóbaras se encontrarem umas das outras (maior gradiente de pressão), maior será a velocidade do vento.
Ao contrário, quando as isóbaras se encontram muito afastadas umas das outras e sem centros definidos de altas ou baixas pressões, o vento de superfície será fraco e de direção variável. Esta situação de ausência de movimento das massas de ar é conhecida como pântano barométrico.
m aspeto a ter em conta é que as massas de ar de diferentes temperaturas não se misturam imediatamente devido às suas diferentes densidades. Quando uma massa de ar frio e outra de ar quente se encontram à superfície, o ar frio empurra o ar quente para cima, causando uma queda na pressão atmosférica e instabilidade. Esta zona de colisão tem o nome de frente.
Quando uma massa de ar frio substitui uma massa de ar quente, estamos perante uma frente fria. ar frio, que é mais denso, forma uma “cunha” sob o ar quente. Avançam rapidamente e causam fenómenos meteorológicos adversos, com ventos intensos, possibilidade de chuva forte e até tempestades. A passagem de uma frente origina uma descida acentuada da temperatura à superfície.
Na situação oposta, quando uma massa de ar quente substitui outra mais fria, estamos perante uma frente quente. Esta substituição da massa de ar é mais lenta, uma vez que o ar frio, mais denso, oferece maior resistência a ser deslocado da superfície. A passagem deste tipo de frente provoca geralmente um aumento de temperatura e humidade. É também acompanhada de precipitação mais fraca e ventos menos intensos do que uma frente fria.
Quais são os efeitos da pressão atmosférica sobre o nosso organismo?
Normalmente, as variações de pressão atmosférica não costumam afetar as nossas vidas diárias. Porém, há situações em que podemos sentir os seus efeitos.
Um exemplo comum é o “estalido” característico nos ouvidos que por vezes sentimos quando estamos num avião a descolar ou aterrar. Ou quando circulamos por estradas de montanha. Isto deve-se, em ambos os casos, à menor pressão das zonas mais elevadas, que provoca uma descompensação entre a pressão do ar no interior do ouvido e a pressão do ar ambiente.
É comum sentir um “estalido” nos ouvidos em aviões a descolar ou aterrar. Fonte da imagem: Pixabay
Da mesma forma, há quem sofra de dores de cabeça (geralmente leves) quando ocorrem mudanças súbitas do estado do tempo, especialmente quando existe queda da pressão atmosférica.
No entanto, os maiores problemas tendem a ocorrer entre montanhistas e alpinistas nas altas montanhas. Nestas zonas, a baixa pressão atmosférica, em conjunto com a falta de oxigénio, pode provocar o chamado “mal da montanha” (ou hipobaropatia). Os sintomas mais comuns desta condição são cefaleias, problemas gastrointestinais, fadiga intensa e tonturas. A medida mais eficaz para combater estes sintomas consiste em descer para altitudes inferiores.