Absorção e Emissão por Gases Atmosféricos

Como a estrutura molecular determina quais comprimentos de onda os gases atmosféricos absorvem e emitem, moldando o espectro de radiação que atinge o espaço e a superfície.

Definition

A absorção e emissão por gases atmosféricos é a interação seletiva em comprimento de onda da radiação com moléculas de gás, governada por transições de energia quantizadas, que determina como a atmosfera transmite, absorve e reemite a radiação.

Scope

Abrange transições rotacionais, vibracionais e eletrónicas moleculares; as bandas de absorção de vapor de água, dióxido de carbono, ozono, metano e óxido nitroso; formas de linha e alargamento por pressão e Doppler; modelos de banda e cálculos linha a linha; a janela atmosférica; e bases de dados espectroscópicas usadas para calcular a absorção gasosa.

Core questions

• Por que diferentes gases absorvem em comprimentos de onda característicos?
• O que determina a força e a largura das linhas de absorção individuais?
• Por que a atmosfera é relativamente transparente na janela infravermelha térmica perto de 10 micrômetros?

Key theories

Espectroscopia molecular de gases atmosféricos

Transições rotacionais e vibracionais quantizadas produzem linhas de absorção discretas cujas posições e forças são fixadas pela estrutura molecular, organizadas em bases de dados como HITRAN para cálculos radiativos.

Mechanisms

Uma molécula de gás absorve um fotão quando a sua energia corresponde a uma transição entre estados rotacionais, vibracionais ou eletrónicos quantizados; gases de efeito estufa como o dióxido de carbono e o vapor de água possuem fortes bandas vibracionais-rotacionais no infravermelho. As linhas individuais são alargadas por colisões moleculares (alargamento por pressão) em baixa altitude e por movimento térmico (alargamento Doppler) em alta altitude. As linhas sobrepostas formam bandas de absorção, deixando janelas espectrais relativamente transparentes onde a superfície irradia eficientemente para o espaço.

Clinical relevance

Dados precisos de absorção gasosa sustentam esquemas de radiação em modelos meteorológicos e climáticos e a recuperação de temperatura e concentrações de gases-traço a partir de espetrómetros satelitais e terrestres.

History

As medições laboratoriais de Tyndall no século XIX revelaram pela primeira vez a forte absorção infravermelha do vapor de água e do dióxido de carbono. A espectroscopia do século XX resolveu linhas moleculares individuais, e compilações como a base de dados HITRAN, mantida desde a década de 1970, fornecem agora os parâmetros de linha usados nos cálculos modernos de transferência radiativa.

Key figures

• John Tyndall
• Kuo-Nan Liou

Seminal works

• liou2002
• gordon2022

Frequently asked questions

O que é a janela atmosférica?

A janela atmosférica é uma banda do infravermelho térmico perto de 8 a 12 micrômetros onde a atmosfera limpa absorve fracamente, permitindo que a superfície irradie calor diretamente para o espaço.