2. La atmósfera se divide en diversas capas:

La troposfera llega hasta un límite superior (tropopausa) situado a 9 Km de altura en los polos y los 18 km en el ecuador. En ella se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de agua. Es la zona de las nubes y los fenómenos climáticos: lluvias, vientos, cambios de temperatura, ... y la capa de más interés para la ecología. La temperatura va disminuyendo conforme se va subiendo, hasta llegar a -70ºC en su límite superior.

La estratosfera comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un límite superior (estratopausa), a 50 km de altitud. La temperatura cambia su tendencia y va aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0ºC en la estratopausa. Casi no hay movimiento en dirección vertical del aire, pero los vientos horizontales llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/h, lo que facilita el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez. Por ejemplo, esto es lo que ocurre con los CFC que destruyen el ozono. En esta parte de la atmósfera, entre los 30 y los 50 kilómetros, se encuentra el ozono, importante porque absorbe las dañinas radiaciones de onda corta.

La mesosfera, que se extiende entre los 50 y 80 km de altura, contiene sólo cerca del 0,1% de la masa total de laire. Es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. La disminución de la temperatura combinada con la baja densidad del aire en la mesosfera determinan la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes. La mesosfera es la región donde las naves espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar la estructura de los vientos de fondo, y no sólo el freno aerodinámico.

La ionosfera se extiende desde una altura de casi 80 km sobre la superficie terrestre hasta 640 km o más. A estas distancias, el aire está enrarecido en extremo. Cuando las partículas de la atmósfera experimentan una ionización por radiación ultravioleta, tienden a permanecer ionizadas debido a las mínimas colisiones que se producen entre los iones.

La ionosfera tiene una gran influencia sobre la propagación de las señales de radio. Una parte de la energía radiada por un transmisor hacia la ionosfera es absorbida por el aire ionizado y otra es refractada, o desviada, de nuevo hacia la superficie de la Tierra. Este último efecto

permite la recepción de señales de radio a distancias mucho mayores de lo que sería posible con ondas que viajan por la superficie terrestre.

La región que hay más allá de la ionosfera recibe el nombre de exosfera y se extiende hasta los 9.600 km, lo que constituye el límite exterior de la atmósfera. Más allá se extiende la magnetosfera, espacio situado alrededor de la Tierra en el cual, el campo magnético del planeta domina sobre el campo magnético del medio interplanetario.

http://www.astromia.com/tierraluna/contaminatm.htm

4.

COCONDUCCIÓN: Flujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas. Las moléculas y los electrones libres de la fracción de un sistema con temperatura alta vibran con más intensidad que las moléculas de otras regiones del mismo sitema o de otros sistemas en contacto con temperaturas más bajas. Las moléculas con una velocidad más alta chocan con las moléculas menos excitadas y transfieren parte de su energía a las moléculas con menos energía en las regiones más frías del sistema. Las moléculas que absorben el excedente de energía también adquirirán una mayor velocidad vibratoria y generarán más calor (energía potencial -absorbe calor- <--> energía cinética -emite calor).

Por ejemplo, la conducción de calor a través de la carrocería de un coche.

Los metales son los mejores conductores térmicos; mientras que los materiales no metálicos son conductores térmicos imperfectos.

CONVECCIÓN: Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (líquido o gaseoso). La convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas. Cuando una masa de un fluido se calienta al estar en contacto con una superficie caliente, sus moléculas se separan y se dispersan, causando que la masa del fluido llegue a ser menos densa. Cuando llega a ser menos denso se desplazará hacia arriba u horizontalmente hacia una región fría, mientras que las masas menos calientes, pero más densas, del fluido descenderán o se moverán en un sentido opuesto al del movimiento de la masa más caliente (el volumen de fluido menos caliente es desplazado por el volumen más caliente). Mediante este mecanismo los volúmenes más calientes transfieren calor a los volúmenes menos calientes de ese fluido (un líquido o un gas).

Por ejemplo, cuando calentamos agua en una estufa, el volumen de agua en el fondo de la olla adquirirá el calor por conducción desde el metal de la olla y se hará menos denso. Entonces, al ser menos denso, se moverá hacia la superficie del agua y desplazará a la masa superior menos caliente y más densa hacia el fondo de la olla.

RADIACIÓN: Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición.

Por ejemplo, si colocamos un objeto (tal como una moneda, un coche, o a nosotros mismos) bajo los rayos del Sol directos; al poco tiempo notaremos que el objeto se calentará. El intercambio de calor entre el Sol y el objeto ocurrirá por medio de radiación.

Un Depósito de Calor es un sistema capaz de absorber calor de un objeto con el que está en contacto térmico sin que ocurra un cambio de fase o una variación significativa en su temperatura.

En la ubicación de la Tierra, el espacio exterior, el campo gravitacional (Guth. 1999. Pág. 29-31) y el falso vacío son Depósitos de Calor.

El agua tiene un Calor Específico de 4190 j/Kg-°C, mientras que el aire y el suelo tienen un Calor Específico de 1050 J/Kg -°C cada uno.

El agua tiene un Calor Específico más alto que el suelo y el aire; así, la Capacidad Térmica del agua es más alta que la Capacidad Térmica del aire y la tierra. A una Capacidad Térmica más grande, una tasa más lenta en la disipación del calor.

La atmósfera y la tierra no pueden mantener una generación de calor por períodos más largos que el agua porque tienen una Capacidad Térmica más baja que el agua. Para volúmenes iguales (1 Kg de cada medio), el agua absorbe más calor que el aire o la tierra, así que las aguas absorben más calor –que se convierte en energía cinética y potencial- que la tierra o el aire. Un cuerpo con una alta densidad de

energía demorará más para consumir su energía interior que un cuerpo con una densidad más baja de energía. Por ejemplo, si usted tiene diez dólares y su amigo tiene cinco dólares, y cada uno se obliga a gastar un dólar por día, usted demorará diez días para gastar su dinero, mientras que su amigo demorará sólo cinco días para gastar su dinero.http://www.biocab.org/Transferencia_Calor.html#anchor_21

6.

Óxidos de carbono:

Incluyen el dióxido de carbono (CO2) y el monóxido de carbono (CO)

Óxidos de azufre:

Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3)

Óxidos de nitrógeno:

Incluyen el óxido nítrico (NO), el dióxido de nitrógeno (NO2) y el óxido nitroso (N2O)

http://www4.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/10CAtm1/200Conta.htm

8. existe una pequeña diferencia entre el criterio de la ionización y el de la temperatura, y es que debido a la variación de la radiación solar entre el día y la noche, la ionización de las capas altas de la atmósfera cambian más bruscamente con el ciclo diario que el perfil de temperatura vertical, que se mantiene aproximadamente constante. Por ese motivo, los límites asociados a la ionosfera son todavía más variables que los de la termosfera. De hecho, el límite inferior de la ionosfera es muy variable: mientras que por la noche se encuentra en la capa E, a unos 110 km, durante el día aparece una capa D, alrededor de los 60 km. La explicación de este hecho es relativamente sencilla: la radiación ultravioleta es absorbida por los gases que forman el aire en las capas atmosféricas más elevadas durante la noche y también durante el día (en mayor proporción, obviamente) y transformada en iones, que son buenos conductores de la electricidad, lo mismo que vemos en un tubo de neón y en la producción de las auroras polares, las cuales se deben también a este proceso.

Dicho en otros términos: la radiación solar contiene longitudes de onda que van desde los rayos infrarrojos (los de mayor longitud de onda) hasta los ultravioleta (los de menor longitud de onda). El espectro visible sólo va desde el rojo hasta el violeta. Los seres humanos tienen que protegerse tanto de la radiación infrarroja (cremas o filtros solares, que deben aplicarse independientemente de la temperatura como sucede en los lugares nevados, donde las quemaduras por el sol pueden ser muy graves) y también de los ultravioleta (rayos UVA) especialmente en los lentes de sol para protegernos los ojos. Pero la mayor parte de los rayos ultravioleta que nos llegan del sol son "filtrados" en las capas superiores de la atmósfera transformando los escasos átomos de gases atmosféricos en iones y esta ionización es la que calienta esa capa ionizada ya que dicha ionización corresponde a una verdadera excitación electrónica que causa el aumento del calor de la termosfera. Dicho calor, aunque puede ser muy elevado, carece de sentido por estar producido en un ambiente muy enrarecido de gases (se trata de un proceso similar al de los hornos de microondas, donde el calor producido se disipa con mayor rapidez que en un horno convencional al cesar la excitación producida electrónicamente en los alimentos).

Así pues, los rayos ultravioleta del espectro solar ionizan las capas altas de la atmósfera y, a su vez, la capa ionizada impide la propagación hacia la superficie terrestre de los nuevos rayos ultravioleta. Como resulta lógico, cuando mayor

es la intensidad de la radiación solar (en horas del mediodía y algo después), la ionización profundiza más en la atmósfera (hasta más abajo).

Durante la noche, la capa D no recibe viento solar, por lo que rápidamente desaparece.

12.

Variaciones en su composición

Las variaciones en su composición se deben principalmente a la altura, la latitud, la estación y el tiempo cronológico.

               Variaciones con la altura

Las variaciones que se dan con la altura están relacionadas con la localización de las fuentes de los dos principales gases no permanentes: el vapor de agua y el ozono.El vapor de agua constituye un volumen de hasta un 4 % de la atmósfera ( aprox. un 3 % de peso) cerca de la superficie.Por encima de los 10 a 12 Km es sólo 3-6 partes por millón en volumen.El vapor de agua es sumistrado a la atmósfera por evaporación del agua superficial o por la transpiración de las plantas.Es trasladado hacia arriba por la turbulencia atmosférica.

El ozono se concentra principalmente entre los 15-35 km.El ozono (un isótopo del oxígeno con tres átomos en cada molécula) está presente en la parte más baja de la atmósfera en cantidades muy pequeñas. La capa atmosférica que va de los 20 a los 48 km tiene un mayor contenido en ozono (0,001 %), producido por la radiación ultravioleta procedente del Sol.

Estos átomos separados pueden combinarse individualmente con otras moléculas de oxígeno para crear ozono:

(Siendo M el equilibrio del momento o impulso y la energía que proporciona la colisión con un tercer átomo o molécula)Estas colisiones son rarísimas a 80-100 km debido a la bajísima densidad de la atmósfera.Distintas proporciones de ozono son arrastradas hacia la superficie terrestre por las perturbaciones atmosféricas y las corrientes descendentes. En las capas bajas de la atmósfera, la actividad del hombre incrementa la cantidad de ozono, que se convierte en un contaminante que ocasiona graves problemas.La capa de ozono se ha convertido en motivo preocupante desde hace unas décadas, cuando se descubrió que los clorofluorocarbonos (CFC), estaban siendo echados a la atmósfera en grandes cantidades. La preocupación se centra en que estos compuestos pueden destruir el ozono que protege la superficie de la Tierra del exceso de la radiación ultravioleta del Sol. Estos productos químicos, que contienen cloro, son liberados a la atmósfera, ascienden y se descomponen por acción de la luz solar, tras lo cual el cloro reacciona con las moléculas de ozono y las destruye.

               Variaciones con la latitud y la estación

Las variaciones de la composición con la latitud y la estación son importantes en el vapor de agua y el ozono.

El contenido en la atmósfera de vapor de agua está relacionado con la temperatura del aire. Es mayor en verano y en las latitudes bajas. Existen excepciones como en los desiertos tropicales de todo el mundo.

El contenido de ozono es bajo sobre el ecuador y alto en las latitudes subpolares en primavera.Si la distribución fuese sólo el resultado de procesos fotoquímicos, el máximo se daría cerca del ecuador en junio, y por lo tanto esta distribución anómala tiene que deberse al transporte de ozono hacia los polos. Se almacena durante la noche polar, y da lugar a una capa rica en ozono a principios de primavera en condiciones naturales. Esta característica primaveral ha sido perturbada en la Antártida por el llamado agujero de ozono, deconociendo con certeza qué tipo de circulación es responsable.

El contenido de dióxido de carbono del aire ( promedio de 360 partes por millón) tiene una gama estacional mayor en las latitudes altas del hemisferio norte, este hecho viene asociado con la fotosíntesis y la descomposición de la biosfera. Los valores estivales bajos están relacionados con la asimilaciónde CO2 por los mares fríos polares.

Variaciones con el tiempo cronológico

La cantidad de dióxido de carbono, otros gases invernadero y partículas de la atmósfera pueden estar sujetas a variaciones a largo plazo.La revolución industrial trajo un aumento en casi todos ellos.Las actividades industriales, la calefacción y el transporte generan casi 5 x 1020 J/ año de energía.

El consumo de petróleo y gas natural son responsables del 60 % de la energía mundial y el carbón del 25 % aprox.Factores relacionados con la agricultura también contribuyen a modificar la composición de la atmósfera a largo plazo.El CO2, dióxido de carbono. Las principales reservas de carbono son los sedimentos de piedra caliza y los combustibles fósiles que se hallan en la tierra y los océanos.La atmósfera contiene aprox. 750 x 1012 Kg de carbono, que corresponde a una concentración de CO2 de 360 ppm (partes por millón).El CO2 atmosférico es el resultado de la solución/disolución en el océano y la fotosíntesis/ respiración y descomposición de los seres vivos.El tiempo promedio para que una molécula de CO2 se disuelva en el océano o sea captada por las plantas es de 4 años aprox.La actividad fotosintética implica a 50 x 1012 Kg de carbono anuales, lo que corresponde el 7% del carbono atmosférico.

16. ¿Cómo se forma el radical OH?El OH gobierna la química atmosférica durante el día porque su formación depende fundamentalmente de la radiación del sol. La reacción inicial (arriba) es la ruptura del ozono por la luz del sol (fotolisis) a longitudes de onda menores de 310 nm, seguido de la reacción del átomo de O formado, con agua. Por eso es necesaria una cierta cantidad de ozono en la troposfera para su química, aunque mucho es perjudicial para la salud.

Otras fuentes de OH son la fotólisis del ácido nitroso HNO2, el peróxido de hidrógeno H2O2 y el peroxi metano H3OOH, la reacción del NO con el radical hidroperoxi HO2 o la reacción de alquenos con ozono. El esquema de la izquierda muestra el modo en que el OH se entrelaza con los ciclos de reacciones diurnos de los óxidos de nitrógeno.

¿Cómo reacciona el OH?La concentración de OH disminuye cerca del suelo. ¿Cuál es la razón? Muchos compuestos orgánicos, sobre todo el isopreno, son emitidos por el bosque y reaccionan con el OH, por lo que tiene lugar una fuerte eliminación de OH cerca del suelo. Se consume en reacciones químicas. El OH presenta una fuerte tendencia a captar un átomo de hidrógeno de los compuestos orgánicos RH, siempre que sea posible, para formar agua H2O. A continuación el radical R• reacciona con oxígeno dando lugar a peróxidos orgánicos, que por ejemplo son necesarios para el ciclo de formación del ozono.

El metano se forma cerca de la superficie, y es transportado a la estratosfera por el aire ascendente de los trópicos. El aumento de metano en la atmósfera de la Tierra es controlado naturalmente (aunque la influencia humana puede interferir en esta regulación) por la reacción del metano con el radical hidroxilo, una molécula formada por la reacción del oxígeno con el agua.

Distribución de los gases en la atmosfera.

Composición media del aire seco de la atmosfera.

-Nitrógeno (N2) 78,083%-Oxígeno (O2) 20,945% -Argón (Ar) 0,934%-Dióxido de carbono (CO2) 0,035%-Otros: Neón (Ne), Helio (He), Criptón (Kr), Hidrógeno (H2), Xenón (Xe), metano (CH4), Ozono (O3), óxidos de Nitrógeno (NOx), etc. 0,003%A esto habría que añadir el vapor de agua, que no se ha puesto porque varía mucho de unas zonas (4%) a otras (1%).

VAPOR DE AGUA: Componente atmosférico muy variable, llegando a un máximo cercano al 4%. Procede de la evaporación de las zonas húmedas, así como de las superficies terrestres cubiertas por hielo y nieve y también de la vegetación debido a su transpiración. Su importancia es fundamental en el ciclo del agua y formación de las nubes, así como en el balance de la radiación entre la Tierra y el Sol, ya que es muy permeable a la radiación solar de onda corta, pero absorbe parte de la radiación terrestre de onda larga.

OZONO: Su función principal es la de protegernos de las peligrosas radiaciones ultravioletas procedentes del Sol. Forma una especie de cinturón alrededor de nuestro planeta, alcanzando su máximo de concentración entre 25 y 30 kilómetros de altura.

DIOXIDO DE CARBONO: Más conocido normalmente como "CO2". Fundamental en los intercambios respiratorios y energéticos en los reinos animal y vegetal. Durante las últimas décadas, y debido a la acción del hombre, su cantidad está aumentando notablemente en la atmósfera, aproximadamente un 0.5% de su concentración al año, ayudando al aumento de las temperaturas medias de la Tierra, ya que permite el paso de la radiación solar pero absorbe fácilmente la radiación terrestre saliente.

Formación del ozono

La formación del ozono de la estratosfera terrestre es catalizada por los fotones de luz ultravioleta que al interaccionar con las moléculas de oxígeno gaseoso, que está constituida por dos átomos de oxígeno (O2), las separa en los átomos de oxígeno (oxígeno atómico) constituyente. El oxígeno atómico se combina con aquellas moléculas de O2 que aún permanecen sin disociar formando, de esta manera, moléculas de ozono, O3.

El ozono se produce mediante la siguiente reacción:

3

Es decir, el oxígeno molecular que se encuentra en las capas altas de la atmósfera es bombardeado por la radiación solar. Del amplio espectro de radiación incidente una determinada fracción de fotones cumple los requisitos energéticos necesarios para catalizar la rotura del doble enlace de los átomos de oxígeno de la molécula de oxígeno molecular.

Posteriormente, la radiación solar convierte una molécula de ozono en una de oxígeno diatómico y un átomo de oxígeno sin enlazar:

Durante la fase oscura, (la noche de una determinada región del planeta) el oxígeno monoatómico, que es altamente reactivo, se combina con el ozono de la ozonosfera para formar una molécula de oxígeno biatómico:

Para mantener constante la capa de ozono en la estratosfera esta reacción fotoquímica debe hacerse en perfecto equilibrio, pero estas reacciones son fácilmente perturbables por moléculas, como los compuestos clorados (como los clorofluorocarbonos4 ) y los compuestos bromurados.

Transferencia de materia en la atmosfera

Ciclo del carbono

Ciclo del nitrógeno

Ciclo del agua

Temperatura máxima

Estratosfera: La temperatura aumenta progresivamente desde los −55 °C de la tropopausa hasta alcanzar los 0 °C de la estratopausa, aunque según algunos autores puede alcanzar incluso los 17 °C o más.2 Es decir, en esta capa la temperatura aumenta con la altitud, al contrario de lo que ocurre en las capas superior e inferior. Esto es debido principalmente a la absorción de las moléculas de ozono que absorben radiación electromagnética en la región del ultravioleta. “La estratósfera es una región en donde se producen diferentes procesos radiactivos, dinámicos y químicos. La mezcla horizontal de los componentes gaseosos se produce mucho más rápidamente que la mezcla vertical. Cerca del final de la estratósfera se encuentra la capa de ozono que absorbe la mayoría de los rayos ultravioleta del Sol.”

Mesosfera: En la mesosfera la temperatura va disminuyendo a medida que se aumenta la altura, hasta llegar a unos −80 °C a los 50 millas aproximadamente. Se extiende desde la estratopausa (zona de contacto entre la estratosfera y la mesosfera) hasta una altura de unos 80 km donde la temperatura vuelve a descender hasta unos −70 °C u −80 °C. La mesosfera es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra. La temperatura disminuye a medida que se sube, como sucede en la troposfera. Puede llegar a ser hasta de −90 °C. Es la zona más fría de la atmósfera.

NO2

Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxido de nitrógeno y radicales oxígeno:

NO2 + hν → NO + O·

El O· se combina con oxígeno molecular generando ozono:

O· + O2 → O3

En ausencia de COVs este ozono oxida al monóxido de nitrógeno de la etapa anterior:

O3 + NO → O2 + NO2

Pero en presencia de COVs, éstos se transforman en radicales peroxi que a su vez oxidan al NO:

ROO· + NO → RO· + NO2

De esta forma el NO no está disponible para reaccionar con el ozono y éste se acumula en la atmósfera.

Muchos de los radicales RO· generados terminan formando aldehídos. Éstos, cuando la concentración de NO es baja (conforme avanza el día), pueden reaccionar con NO2 dando lugar a compuestos del tipo RCOOONO2 (cuando R es un metilo se denomina peróxido de acetilnitrato, PAN, un compuesto tóxico).

La formación del HNO3 se produce al final del día por reacción del NO2 con radicales oxhidrilo:

NO2 + OH· → HNO3

Durante la noche los radicales OH· pueden reaccionar con el NO dando ácido nitroso, que se disocia en presencia de luz, pero es estable durante la noche.

OH· + NO → HONO

HONO + hν → OH· + NO

Durante la noche las reacciones de smog fotoquímico se ven muy reducidas al necesitar la luz para funcionar, aunque éstas pueden continuar a través de otros compuestos.