LA ATMSFERA

TEMA 2

ATMSFERA TERRESTRE

La atmsfera es una envoltura gaseosa que rodea a la Tierra.

Su masa se encuentra concentrada a unos 200 km. de altitud

CONTIENE LOS ELEMENTOS

INDISPENSABLES PARA LA FORMACIN

DE LA VIDA O2, CO2, N2,

metales pesados, etc.

CONTAMINACIN ATMOSFRICA

REVOLUCIN INDUSTRIAL

EXPLOTACIN EXTENSIVA

Su misin fundamental es la de absorber las radiaciones de longitud de onda corta que provienen del Sol

COMPOSICIN DE LA ATMSFERA

La atmsfera tiene una composicin adecuada para el desarrollo de las reacciones vitales.

Composicin de aire seco a nivel del mar:

Todos estos compuestos se encuentran en la parte baja de la atmsfera, pues son compuestos muy pesados.

La mayor densidad de la atmsfera se encuentra en la parte ms cercana al suelo.

Vapor de Agua: Se encuentra en cantidad muy variable y participa en la formacin de nubes.

Partculas slidas y lquidas: En el aire se encuentran muchas partculas slidas en suspensin, como por ejemplo, en polvo que levanta el viento o el polen. Estos materiales tienen una distribucin muy variable, dependiendo de los vientos y de la actividad humana.

Variacin de la presin atmosfrica con la altitud.

La distribucin de la materia en la atmsfera est relacionada con las presiones.

A medida que nos elevamos sigue habiendo materia, pero en menor proporcin.

En la parte alta de la atmsfera habr sustancias menos pesadas como el helio y el hidrgeno.

Esto es consecuencia de la fuerza de la gravedad, y de la propiedad que tienen los gases para comprimirse.

A partir de los 50 km. sigue habiendo molculas gaseosas pero en concentraciones mucho ms bajas.

La presin disminuye linealmente con la altitud en las capas inmediatas, despus llega un momento donde la variacin se hace exponencial.

CAPAS DE LA ATMSFERA TERRESTRE

Atendiendo a diferentes caractersticas la atmsfera se divide en:

La troposfera, que abarca hasta un lmite superior llamado tropopausa que se encuentra a los 9 Km en los polos y los 18 km en el ecuador.

LA TROPOSFERA

Se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de agua, por su cercana a la hidrosfera.

Es la zona de las nubes y los fenmenos climticos: lluvias, vientos, cambios de temperatura, etc.

Es la capa de ms inters para la ecologa.

En la troposfera la temperatura va disminuyendo conforme se va subiendo, hasta llegar a -70C en su lmite superior.

La estratosfera Comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un lmite

superior llamado estratopausa que se sita a los 50 kilmetros de altitud.

En esta capa la temperatura cambia su tendencia y va aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0C en la estratopausa.

Estratosfera

Casi no hay movimiento en direccin vertical del aire

Los vientos horizontales llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/hora

Esto que facilita el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez

En esta parte de la atmsfera, entre los 30 y los 50 kilmetros, se encuentra el ozono.

La ionosfera y la magnetosfera

Se encuentran a partir de la estratopausa.

En ellas el aire est tan enrarecido que la densidad es muy baja.

Son los lugares en donde se producen las auroras boreales y en donde se reflejan las ondas de radio, pero su funcionamiento afecta muy poco a los seres vivos.

CAPAS DE LA ATMSFERA TERRESTRE Y LA TEMPERATURA

Exosfera: 500 - 1500/2000

km

Tropsfera: 0 - 8/16 km, la T

disminuye con la altitud. Estratosfera: 8/16 - 50 km, la

T permanece ctte. para

despus

aumentar con la altitud.

Mesosfera: 50 - 80/85 km, la T

disminuye con la altitud.

Termosfera o Ionosfera: 80/85 - 500 km,

la T aumenta con la altitud.

Capas de la atmsfera terrestre y la temperatura

RECORDEMOS

FOTOQUMICA ES:

Ilustracin del espectro electromagntico.

El fenmeno fotoqumico precisa de fases principales:

1. Recepcin de la energa luminosa

2. Reaccin qumica propiamente dicha.

Segn se opere con una sustancia nica o con un sistema de varios cuerpos en presencia, se realizar, bien una descomposicin de la sustancia en sus elementos (fotlisis), bien una combinacin de varios cuerpos en uno solo (fotosntesis).

La energa electromagntica que proviene del Sol e incide en las especies qumicas (molculas, tomos, etc.) puede provocar dos fenmenos:

Transformaciones qumicas de la materia

Almacenamiento de energa por medio de los estados excitados del electrn.

As que para que una onda electromagntica consiga romper un enlace qumico, producindose as una reaccin fotoqumica, debe tener una longitud de onda determinada:

REACCIONES FOTOQUMICAS EN LA ATMSFERA

ALGUNAS REACCIONES FOTOQUMICAS

FOTOQUIMICA DE LOS XIDOS DE AZUFRE

FOTOQUIMICA DE LOS OXIDOS DE NITRGENO

REACCIONES CON LOS H-C

Qumica de la estratsfera: La capa de Ozono

Se denomina capa de ozono, u ozonosfera, a la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentracin relativamente alta de ozono. Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 40 km de altitud, rene el 90% del ozono presente en la atmsfera y absorbe del 97% al 99% de la radiacin ultravioleta de alta frecuencia.

La capa de ozono fue descubierta en 1913 por los fsicos franceses Charles Fabry y Henri Buisson. Sus propiedades fueron examinadas en detalle por el meteorlogo britnico G.M.B. Dobson, quien desarroll un sencillo espectrofotmetro que poda ser usado para medir el ozono estratosfrico desde la superficie terrestre. Entre 1928 y 1958 Dobson estableci una red mundial de estaciones de monitoreo de ozono, las cuales continan operando en la actualidad. La Unidad Dobson, una unidad de medicin de la cantidad de ozono, fue nombrada en su honor.

Ozone_formation.png El ozono es una forma alotrpica del oxgeno, que slo es estable en determinadas condiciones de presin y temperatura. Es un gas compuesto por tres tomos de oxgeno (O3).

Los mecanismos fotoqumicos que se producen en la capa de ozono fueron investigados por el fsico britnico Sidney Chapman en 1930. La formacin del ozono de la estratosfera terrestre es catalizada por los fotones de luz ultravioleta que al interaccionar con las molculas de oxgeno gaseoso, que est constituida por dos tomos de oxgeno (O2), las separa en los tomos de oxgeno (oxgeno atmico) constituyente.

El oxgeno atmico se combina con aquellas molculas de O2 que an permanecen sin disociar formando, de esta manera, molculas de ozono, O3.

El ozono se produce mediante la siguiente reaccin:

O2 + h > O + O

O + O2 > O3

Es decir, el oxgeno molecular que se encuentra en las capas altas de la atmsfera es bombardeado por la radiacin solar. Del amplio espectro de radiacin incidente una determinada fraccin de fotones cumple los requisitos energticos necesarios para catalizar la rotura del doble enlace de los tomos de oxgeno de la molcula de oxgeno molecular.

Posteriormente, la radiacin solar convierte una molcula de ozono en una de oxgeno biatmico y un tomo de oxgeno sin enlazar:

O3 + h > O2 + O

Durante la fase oscura, (la noche de una determinada regin del planeta) el oxgeno monoatmico, que es altamente reactivo, se combina con el ozono de la ozonosfera para formar una molcula de oxigeno biatmico:

O3 + O > 2O2

Ciclo del ozono

Para mantener constante la capa de ozono en la estratosfera esta reaccin fotoqumica debe hacerse en perfecto equilibrio, pero estas reacciones son fcilmente perturbables por molculas, como los compuestos clorados (como los clorofluorocarbonos) y los compuestos bromurados.

El ozono reacciona con los CFCs (Clorofluorocarbonos) y halogenuros, como el tetracloruro de carbono y el cloroformo, liberados en la atmsfera por la actividad humana.

Funcin de la capa de ozono

La concentracin del ozono estratosfrico vara con la altura, pero nunca es ms de una cienmilsima de la atmsfera en que se encuentra. Sin embargo, este filtro tan delgado es suficiente para bloquear casi todas las dainas radiaciones ultravioletas del sol. Cuanto menor es la longitud de la onda de la luz ultravioleta, ms dao pueda causar a la vida, pero tambin es ms fcilmente absorbida por la capa de ozono.

La radiacin ultravioleta de menor longitud, conocida como UV-C, es letal para todas las formas de vida y es bloqueada casi por completo. La radiacin UV-A, de mayor longitud, es relativamente inofensiva y pasa casi en su totalidad a travs de la capa. Entre ambas est la UV-B, menos letal que la UV-C, pero peligrosa: la capa de ozono la absorbe en su mayor parte.

Agujero en la capa de ozono

Se denomina agujero de ozono o agujero en la capa de ozono a la zona de la atmsfera terrestre donde se producen reducciones anormales de la capa de ozono, fenmeno anual observado durante la primavera en las regiones polares y que es seguido de una recuperacin durante el verano. El contenido en ozono se mide en Unidades Dobson, kilogramos por Metro cbico.

Sobre la Antrtida la prdida de ozono llega al 70%, mientras que sobre el rtico llega al 30%. Este fenmeno fue descubierto y demostrado por Sir Gordon Dobson (G.M.B. Dobson) en 1960, que atribuy a las condiciones meteorolgicas extremas que sufre el continente Antrtico.

Sin embargo, un amplio sector cientfico achac este fenmeno al aumento de la concentracin de cloro y de bromo en la estratsfera debido tanto a las emisiones antropognicas de compuestos clorofluorocarbonados (C.F.C.s) como del desinfectante de almcigos bromuro de metilo.

En 1995, Mario J. Molina, el primer cientfico en sostener esta teora, obtuvo el Premio Nobel de Qumica.

En septiembre de 1987 varios pases firmaron el Protocolo de Montreal, en el que se comprometan a reducir a la mitad la produccin de CFCs en un periodo de 10 aos. A pesar de estas medidas, el agujero de ozono contina con su ciclo de aparicin-desaparicin, segn la teora inicial de Dobson.

Imagen del agujero de ozono ms grande en la Antrtida registrada en septiembre de 2000. Datos obtenidos por el instrumento Total Ozone Mapping

Spectrometer (TOMS) a bordo de un satlite de la NASA.

Conceptos errneos sobre el agujero de ozono

La capa de ozono no es un objeto real. El concepto de "capa de ozono" quiere decir en realidad "zona donde el ozono es ms abundante de lo normal", pero no es en s misma un objeto real. Por lo tanto, el agujero tampoco existe realmente, slo es una zona donde la concentracin de ozono es menor de lo normal.

Los CFCs son demasiado pesados para llegar a la estratosfera. En los primeros 80 kilmetros de la atmsfera terrestre la composicin de los gases es prcticamente invariable con la altura, con la a excepcin hecha del vapor de agua. A esta capa se la llama a veces, por este motivo, homosfera. Se ha citado a veces como ejemplo el radn, gas muy pesado y que no se observa en la estratosfera. Sin embargo, el radn es un gas radiactivo, con un periodo de semi-desintegracin de unos pocos das. Debido a esto, en unas pocas semanas el radn que se produce a ras de suelo ha desaparecido completamente y no le da tiempo a subir en cantidades importantes a la estratosfera. En el caso de los CFCs, como son estables, s tienen ese tiempo.

Los pases productores de CFCs estn en el hemisferio norte, pero el agujero de ozono est en el hemisferio sur . De igual modo que en el punto anterior, los CFCs se reparten de forma homognea. El agujero de ozono es ms notorio en la Antrtida debido a temperaturas que se alcanzan all, lo que permite la formacin de nubes estratosfricas.

Las fuentes naturales de cloro son mucho ms importantes que las humanas. El cloro producido por la naturaleza, fundamentalmente en los volcanes, se disuelve fcilmente en las nubes, por lo que llega a la estratosfera en pequeas cantidades. En cambio los CFCs son qumicamente inertes en la troposfera y no se disuelven en agua.

SMOG

El smog es un tipo de contaminacin del aire. El "smog" es una mezcla de humo (smoke) y niebla (fog). Por lo general el "smog" se forma cuando el humo se mezcla con la neblina. Por ejemplo, en la ciudad de Londres, en Inglaterra, casi siempre hay neblina. La mayora de las personas en Londres solan calentar sus viviendas quemando carbn. El carbn genera mucho humo, y mezclado con neblina forma el "smog". Londres sola tener mucho smog.

Smog Industrial

El llamado smog industrial o gris fue muy tpico en algunas ciudades grandes, como Londres o Chicago, con mucha industria, en las que, hasta hace unos aos, se quemaban grandes cantidades de carbn y petrleo pesado con mucho azufre, en instalaciones industriales y de calefaccin. En estas ciudades se formaba una mezcla de dixido de azufre, gotitas de cido sulfrico formada a partir del anterior y una gran variedad de partculas slidas en suspensin, que originaba una espesa niebla cargada de contaminantes, con efectos muy nocivos para la salud de las personas y para la conservacin de edificios y materiales.

Smog Industrial En la actualidad en los pases desarrollados los combustibles que originan este tipo de contaminacin se queman en instalaciones con sistemas de depuracin o dispersin mejores y raramente se encuentra este tipo de polucin, pero en pases en vas de industrializacin como China o algunos pases de Europa del Este, todava es un grave problema en algunas ciudades.

Smog fotoqumico

En muchas ciudades el principal problema de contaminacin es el llamado smog fotoqumico. Con este nombre nos referimos a una mezcla de contaminantes de origen primario (NOx e hidrocarburos voltiles) con otros secundarios (ozono, peroxiacilo, radicales hidroxilo, etc.) que se forman por reacciones producidas por la luz solar al incidir sobre los primeros.

Smog fotoqumico

Oscurece la atmsfera dejando un aire teido de color marrn rojizo

componentes dainos para los seres vivos y los materiales.

Ms importante en ciudades que estn en lugares con clima seco, clido y soleado, y tienen muchos vehculos.

El verano es la peor estacin para este tipo de polucin y, adems, algunos fenmenos climatolgicas, como las inversiones trmicas, pueden agravar este problema en determinadas pocas ya que dificultan la renovacin del aire y la eliminacin de los contaminantes.

Generacin del smog fotoqumico

INVERSIN TRMICA

En la situacin habitual de la atmsfera la temperatura desciende con la altitud lo que favorece que suba el aire ms caliente (menos denso) y arrastre a los contaminantes hacia arriba.

INVERSIN TRMICA

En una situacin de inversin trmica una capa de aire ms clido se sita sobre el aire superficial ms fro e impide la ascensin de este ltimo (ms denso), por lo que la contaminacin queda encerrada y va aumentando.

INVERSIN TRMICA

Las reacciones fotoqumicas que originan este fenmeno suceden cuando la mezcla de xidos de nitrgeno e hidrocarburos voltiles emitida por los automviles y el oxgeno atmosfrico reaccionan, inducidos por la luz solar, en un complejo sistema de reacciones que acaba formando ozono.

INVERSIN TRMICA

El ozono es una molcula muy reactiva que sigue reaccionando con otros contaminantes presentes en el aire

Acaba formando un conjunto de varias decenas de sustancias distintas como nitratos de peroxiacilo (PAN), perxido de hidrgeno (H2O2), radicales hidroxilo (OH), formaldehdo, etc.

Estas sustancias, en conjunto, pueden producir importantes daos en las plantas, irritacin ocular, problemas respiratorios, etc