LGK GF777

La atmósfera cambiante: una perspectiva sistémica

Clase 3:Fotooxidantes atmosféricos y la capacidad oxidativa de la

atmósfera GF 777

Otoño 2002

LGK GF777

Contenidos de hoy• Ozono y sus múltiples roles

– UV– IR– OH

• Formación de ozono en la tropósfera

• Producción y destrucción fotoquímica de ozono: el rol pivotal de los óxidos de nitrógeno (NOx)

• Distribución global de ozono

• “Smog” fotoquímico

LGK GF777

LGK GF777

¿Por qué ozono?

OO

Oh

h

• Absorbe radiación UV

• Absorbe radiación IR

• Químicamente reactivo (OH)

LGK GF777

LGK GF777

NomenclaturaTable. Relationships between radiation components (from Turco 1997).Name ofspectral region

Wavelengthregion, m

Spectral equivalence

Solar 0.1 - 5 Ultraviolet + Visible + Near infared = ShortwaveTerrestrial 5 - 100 Far infrared = LongwaveInfrared 0.7 - 100 Near infrared + Far infraredUltraviolet 0.1 - 0.4 Near ultraviolet + Far ultraviolet =

UV-A + UV-B + UV-C + Far ultravioletShortwave 0.1 - 5 Solar = Near infrared + Visible + UltravioletLongwave 5 - 100 Terrestrial = Far infraredVisible 0.4 - 0.7 Shortwave - Near infrared - UltravioletNear infrared 0.7 - 5 Solar - Visible - Ultraviolet =

Infrared - Far infraredFar infrared 5 - 100 Terrestrial = Longwave = Infrared - Near infraredThermal 5 - 100 Terrestrial = Longwave = Far infrared

http://irina.colorado.edu/ATOC3500.htm

LGK GF777

LGK GF777

LGK GF777

Formación de OH

2OHOHD)O(

315nmλD),O(Ohν O

21

123

El radical OH es el “detergente” de la atmósfera...el agente que le da su carácter oxidativo

LGK GF777

Ozono troposférico, lo bueno

• Absorbe radiación UV

• Absorbe radiación IR

• Químicamente reactivo

• Absorbe radiación UV y así protege los tejidos vivos

• Colabora en el calentamiento global del planeta (lo hace habitable)

• Es responsable de la capacidad de limpieza de la troposfera

LGK GF777

Ozono troposférico, lo malo

• Absorbe radiación UV

• Absorbe radiación IR

• Químicamente reactivo

• Hay regiones donde está aumentando y colabora en el calentamiento global “extra” del planeta

• En grandes cantidades es corrosivo e irritante

• Su desbalance puede inducir cambios en otras especies

LGK GF777

OO

Oh

h

LGK GF777

Fotoquímica

• En presencia de radiación solar y óxidos de nitrógeno (NOx), la oxidación de CO, CH4 e HC da lugar a la formación de ozono

• En ausencia de NOx, los mismos procesos conllevan a la destrucción de ozono

LGK GF777

Fotoquímica

Producción

CO+OH ->H+CO2

H+O2 -> HO2+M

HO2+NO -> OH+NO2

NO2+h(<410 nm)->NO+O

O+O2 +M -> O3+ M

Neto:

CO+2O2 +h -> CO2+O3

Destrucción

CO+OH ->H+CO2

H+O2 -> HO2+M

HO2 +O3 -> OH +2O2

Neto:

CO +O3 ->CO2+O2

LGK GF777

LA ÚNICA FORMA DE PRODUCIR OZONO EN LA

TROPÓSFERA:

MOMOO(P)

420nmλO(P),NOhνNO

32

2

LGK GF777

En atmósferas limpias

P O3 D O3

223

32

2

ONOONO

MOMOO(P)

420nmλO(P),NOhνNO

k

J

k[NO]

]J[NOO 2

3

LGK GF777

“Smog” Fotoquímico (atmósferas sucias)

• Muchas actividades humanas que dan lugar a emisiones de precursores de ozono (NOx e HC)

• Condiciones meteorológicas que permiten la acumulación de los precursores de ozono

P O3D O3

LGK GF777

......NORONO

ONOONO

MOMOO(P)

420nmλO(P),NOhνNO

2

k

2

22

k

3

32

J

2

R

.R..*kk[NO]

]J[NOO

R

23

P O3D O3

LGK GF777

Flujo desde la estratósfera (11.2)

Flujo hacia la superficie (-4.9)

Producción fotoquímica (19.4)

Ozono en la tropósfera

Destrucción fotoquímica (-25.7)

Budget: Crutzen et al, 1999 (Tellus)molec/cm2 s

LGK GF777

Intrusión de ozono en conexión con

una baja segregada(Rondanelli et al, 2002-JGR)

VP vs O3

H2O

LGK GF777

LGK GF777

LGK GF777

LGK GF777

http://www.cnrm.meteo.fr:8000/mozaic/

LGK GF777

LGK GF777

Y en urbes como Santiago, ¿qué pasa?

0255075

Mes

Con

cent

ració

n (u

g/m

3)

O3-D

O3-M

LGK GF777

Ozono O3 en la atmósfera urbana

Intrusión desde arriba

Precursores (HC, CO, NOx)

Producción Fotoquímica

Deposición seca

h <410 nm

LGK GF777

O3

DYMOS : Dynamic models for smog analysis

c/o U. Católica -GMD-Berlín (>1999)

LGK GF777

Y se depone sobre las superficies

• Efectos sobre la salud: irrita ojos y vías respiratorias, causa cefaleas etc.

LGK GF777

Y se depone sobre las superficies Daña a los vegetales

Abedul

LGK GF777

Resumen sobre O3 troposférico

• O3 absorbe radiación IR =>es un gas de invernadero

• O3 absorberadiación UV y da lugar a radicales

• Junto a radiación solar y vapor de agua forma OH => controla la capacidad de limpieza de la atmósfera

• En grandes cantidades causa irritación y daña a los vegetales

• Las actividades humanas han dado lugar a aumento en sus concentraciones a escala urbana y regional (e.g., Santiago)