10.3: A enorme atmosfera de Vênus

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Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

Descreva a composição geral e a estrutura da atmosfera em Vênus
Explique como o efeito estufa provocou altas temperaturas em Vênus

A densa atmosfera de Vênus produz a alta temperatura da superfície e a envolve em um crepúsculo vermelho perpétuo. A luz do sol não penetra diretamente nas nuvens pesadas, mas a superfície é bastante bem iluminada por luz difusa (quase a mesma da luz na Terra sob uma forte chuva nublada). O clima no fundo dessa atmosfera profunda permanece perpetuamente quente e seco, com ventos calmos. Por causa do pesado manto de nuvens e da atmosfera, um ponto na superfície de Vênus é semelhante a qualquer outro no que diz respeito ao clima.

Composição e estrutura da atmosfera

O gás mais abundante em Vênus é o dióxido de carbono (\(\ce{CO_2}\)), que representa 96% da atmosfera. O segundo gás mais comum é o nitrogênio. A predominância do dióxido de carbono sobre o nitrogênio não é surpreendente quando você lembra que a atmosfera da Terra também seria principalmente dióxido de carbono se esse gás não estivesse preso em sedimentos marinhos (veja a discussão sobre a atmosfera da Terra na Terra como um planeta).

A tabela\(\PageIndex{1}\) compara as composições das atmosferas de Vênus, Marte e Terra. Expressas dessa forma, em porcentagens, as proporções dos principais gases são muito semelhantes para Vênus e Marte, mas em quantidade total, suas atmosferas são dramaticamente diferentes. Com sua pressão superficial de 90 bar, a atmosfera venusiana é mais de 10.000 vezes mais massiva do que sua contraparte marciana. No geral, a atmosfera de Vênus é muito seca; a ausência de água é uma das maneiras importantes pelas quais Vênus difere da Terra.

Tabela\(\PageIndex{1}\): Composição atmosférica da Terra, Vênus e Marte
Gás	Terra	Vênus	Marte
Dióxido de carbono (CO ₂)	0,03%	96%	95,3%
Nitrogênio (N ₂)	78,1%	3,5%	2,7%
Argônio (Ar)	0,93%	0,006%	1,6%
Oxigênio (O ₂)	21,0%	0,003%	0,15%
Neon (Novo)	0,002%	0,001%	0,0003%

A atmosfera de Vênus tem uma enorme troposfera (região de convecção) que se estende até pelo menos 50 quilômetros acima da superfície (Figura\(\PageIndex{1}\)). Dentro da troposfera, o gás é aquecido por baixo e circula lentamente, subindo perto do equador e descendo sobre os pólos. Estar na base da atmosfera de Vênus é algo como estar um quilômetro ou mais abaixo da superfície do oceano na Terra. Lá, a massa de água equilibra as variações de temperatura e resulta em um ambiente uniforme — o mesmo efeito que a densa atmosfera tem em Vênus.

Figura a atmosfera de\(\PageIndex{1}\) Vênus. As camadas da enorme atmosfera de Vênus mostradas aqui são baseadas em dados das sondas de entrada Pioneer e Venera. A altura é medida ao longo do eixo esquerdo, a escala inferior mostra a temperatura e a linha vermelha permite que você leia a temperatura em cada altura. Observe a intensidade com que a temperatura sobe abaixo das nuvens, graças ao enorme efeito estufa do planeta.

Na alta troposfera, entre 30 e 60 quilômetros acima da superfície, uma espessa camada de nuvem é composta principalmente por gotículas de ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico\(H_2SO_4\)) é formado a partir da combinação química de dióxido de enxofre (\(SO_2\)) e água (\(\ce{H_2O}\)). Na atmosfera da Terra, o dióxido de enxofre é um dos principais gases emitidos pelos vulcões, mas é rapidamente diluído e eliminado pelas chuvas. Na atmosfera seca de Vênus, essa substância desagradável é aparentemente estável. Abaixo de 30 quilômetros, a atmosfera de Vênus está livre de nuvens.

Temperatura da superfície em Vênus

A alta temperatura superficial de Vênus foi descoberta por radioastrônomos no final da década de 1950 e confirmada pelas sondas Mariner e Venera. Como nosso planeta vizinho pode ser tão quente? Embora Vênus esteja um pouco mais perto do Sol do que a Terra, sua superfície é centenas de graus mais quente do que você esperaria da luz solar extra que recebe. Os cientistas se perguntaram o que poderia estar aquecendo a superfície de Vênus a uma temperatura acima de 700 K. A resposta acabou sendo o efeito estufa.

O efeito estufa funciona em Vênus da mesma forma que na Terra, mas como Vênus tem muito mais\(\ce{CO_2}\) - quase um milhão de vezes mais - o efeito é muito mais forte. A espessura\(\ce{CO_2}\) atua como uma manta, tornando muito difícil que a radiação infravermelha (calor) do solo volte ao espaço. Como resultado, a superfície se aquece. O balanço energético só é restaurado quando o planeta está irradiando tanta energia quanto recebe do Sol, mas isso só pode acontecer quando a temperatura da baixa atmosfera é muito alta. Uma maneira de pensar no aquecimento de estufas é que ele deve elevar a temperatura da superfície de Vênus até que esse equilíbrio de energia seja alcançado.

Vênus sempre teve uma atmosfera tão grande e alta temperatura superficial, ou poderia ter evoluído para tais condições a partir de um clima que era mais uma vez quase terrestre? A resposta a essa pergunta é de particular interesse para nós, pois observamos os níveis crescentes da\(\ce{CO_2}\) atmosfera da Terra. À medida que o efeito estufa se torna mais forte na Terra, corremos o risco de transformar nosso próprio planeta em um lugar infernal como Vênus?

Vamos tentar reconstruir a possível evolução de Vênus de um começo terrestre até seu estado atual. Vênus pode ter tido um clima semelhante ao da Terra, com temperaturas moderadas, oceanos de água e grande parte dela\(\ce{CO_2}\) dissolvida no oceano ou quimicamente combinada com as rochas superficiais. Em seguida, permitimos um aquecimento adicional modesto — por meio de um aumento gradual na produção de energia do Sol, por exemplo. Quando calculamos como a atmosfera de Vênus responderia a esses efeitos, descobrimos que mesmo uma pequena quantidade de calor extra pode levar ao aumento da evaporação da água dos oceanos e à liberação de gás das rochas superficiais.

Isso, por sua vez\(\ce{H_2O}\), significa um aumento adicional na atmosfera\(\ce{CO_2}\) e nos gases que amplificariam o efeito estufa na atmosfera de Vênus. Isso levaria a ainda mais calor perto da superfície de Vênus e à liberação de mais\(\ce{CO_2}\)\(\ce{H_2O}\) e. A menos que alguns outros processos interfiram, a temperatura continua aumentando. Essa situação é chamada de efeito estufa descontrolado.

Queremos enfatizar que o efeito estufa descontrolado não é apenas um grande efeito estufa; é um processo evolutivo. A atmosfera evolui de um pequeno efeito estufa, como na Terra, para uma situação em que o aquecimento do efeito estufa é um fator importante, como vemos hoje em Vênus. Uma vez que as grandes condições de estufa se desenvolvem, o planeta estabelece um novo equilíbrio muito mais quente perto de sua superfície.

É difícil reverter a situação devido ao papel que a água desempenha. Na Terra, a maior parte\(\ce{CO_2}\) está quimicamente ligada às rochas de nossa crosta ou dissolvida pela água em nossos oceanos. À medida que Vênus ficou cada vez mais quente, seus oceanos evaporaram, eliminando essa válvula de segurança. Mas o vapor de água na atmosfera do planeta não durará para sempre na presença da luz ultravioleta do Sol. O elemento leve hidrogênio pode escapar da atmosfera, deixando o oxigênio para trás para se combinar quimicamente com a rocha superficial. A perda de água é, portanto, um processo irreversível: uma vez que a água acaba, ela não pode ser restaurada. Há evidências de que isso é exatamente o que aconteceu com a água uma vez presente em Vênus.

Não sabemos se o mesmo efeito estufa descontrolado poderia um dia acontecer na Terra. Embora não tenhamos certeza sobre o ponto em que um efeito estufa estável se decompõe e se transforma em um efeito estufa descontrolado, Vênus é uma prova clara do fato de que um planeta não pode continuar aquecendo indefinidamente sem uma grande mudança em seus oceanos e atmosfera. É uma conclusão à qual nós e nossos descendentes certamente quereremos prestar muita atenção.

Resumo

A atmosfera de Vênus é de 96%\(\ce{CO_2}\). Nuvens espessas em altitudes de 30 a 60 quilômetros são feitas de ácido sulfúrico, e a\(\ce{CO_2}\), que é efeito estufa, mantém a alta temperatura da superfície. Presumivelmente, Vênus atingiu seu estado atual a partir de condições iniciais mais semelhantes à Terra, como resultado de um efeito estufa descontrolado, que incluiu a perda de grandes quantidades de água.

Glossário

efeito estufa descontrolado: o processo pelo qual o efeito estufa, em vez de permanecer estável ou ser diminuído por meio de intervenções, continua a crescer a uma taxa crescente