LA ATMOSFERA

Definición y masa total

La atmósfera es una capa gaseosa de aproximadamente 10.000 km de espesor que rodea la litosfera e hidrosfera. Está compuesta de gases y de partículas sólidas y líquidas en suspensión atraídas por la gravedad terrestre. En ella se producen todos los fenómenos climáticos y meteorológicos que afectan al planeta, regula la entrada y salidos de energía de la tierra y es el principal medio de transferencia del calor.

Por compresión, el mayor porcentaje de la masa atmosférica se encuentra concentrado en los primeros kilómetros. Es así como el 50% de ella se localiza bajo los 5 km, el 66% bajo los 10 km y sobre los 60 km se encuentra sólo una milésima parte.

La atmósfera presenta una composición uniforme en los primeros niveles y está estructurada en capas horizontales de características definidas.

Composición gaseosa y aire puro

Aire puro: se define como aquél que no tiene partículas sólidas ni líquidas.

Aire seco: es aquél que no tiene vapor de agua.

Tanto las partículas sólidas como el vapor de agua se encuentran en forma natural en la atmósfera. El vapor de agua procede de la evaporación de las aguas superficiales y de la transpiración de las plantas. Su concentración varía desde un 5% en volumen de aire (cerca del suelo en las regiones ecuatoriales), hasta desaparecer por encima de los 10 o 12 km.

La atmósfera es tan antigua como nuestro planeta (5.000 millones de años aproximadamente) y, al igual que éste, ha ido cambiando a través del tiempo. Los hitos más importantes que ha sufrido la atmósfera en cuanto a su composición gaseosa comenzaron a gestarse hace 3.000 millones de años, cuando apareció la vida en los océanos, y más tarde, hace 400 millones de años, con la formación de los grandes bosques y selvas.

En la actualidad, la atmósfera está compuesta por tres gases fundamentales: nitrógeno, oxígeno y argón, los cuales constituyen el 99.95% del volumen atmosférico. De ellos, el nitrógeno y el argón son geoquímicamente inertes, lo que implica que permanecen en la atmósfera sin reaccionar con ningún otro elemento. En cambio, el oxígeno es muy activo y su presencia está determinada por la velocidad de las reacciones del oxígeno libre con los depósitos existentes en las rocas sedimentarias.

Los restantes componentes del aire están presentes en cantidades muy pequeñas y se expresan en volumen en partes por millón (ppm) o en partes por billón (ppb)

El dióxido de carbono es un gas invernadero. Llega a la atmósfera por la acción de los organismos vivos y en menor medida por la descomposición de elementos orgánicos y la quema de combustibles fósiles. Mantiene su equilibrio gracias al proceso de fotosíntesis y la absorción de la biosfera y los océanos.

La presencia de ozono es relativamente pequeña y está determinada por el balance entre las reacciones que lo producen y destruyen. Se origina en la atmósfera superior por la

acción de la radiación ultravioleta que disocia las moléculas de oxígeno permitiendo su recombinación en ozono (O3).

Los aerosoles son partículas en suspensión: humo, polvo, cenizas, sales y materia orgánica.

 

COMPONENTESFÓRMULA QUÍMICA

VOLUMEN % (AIRE SECO)

Nitrógeno N2 78,08

Oxígeno O2 20,95

Argón Ar 0,93

Dióxodo de Carbono CO2 350 ppmv

Neón Ne 18,2 ppmv

Helio He 5,24 ppmv

Metano CH4 2 ppmv

Criptón Kr 1,1 ppmv

Hidrógeno H2 0,5 ppmv

Oxido Nitroso N2O 0,3 ppmv

Xenón Xe 0,08 ppmv

Monóxido de Carbóno

CO 0,05 - 0,2 ppmv

Ozono O3 0,02 - 0,03 ppmv

Estructura y características

La atmósfera puede dividirse en capas altitudinales según presión, temperatura, densidad, composición química, estado molecular, eléctrico y magnético. Sin embargo, hasta ahora no hay definiciones universalmente aceptadas para los distintos niveles. Una de las diferenciaciones más usadas en los textos de climatología y meteorología es:

1. Homosfera: Se encuentra en los primeros 80 kilómetros de la atmósfera. Su composición química es uniforme y en ella se cumplen las leyes de los gases perfectos.

Su estructura física se divide en tres capas según presión, densidad y temperatura. Estas son Troposfera, Estratosfera y Mesosfera.

2. Heterosfera: Se encuentra a partir de los 80 kilómetros de altitud. En ella no se cumplen las leyes generales de la hidrostática. Su principal característica es la disposición de capas altitudinalmente definidas más por la composición química que por sus características físicas. Estas son:

- capa de Nitrógeno molecular: ubicada entre los 80 y los 200 km de altitud

- capa de Oxígeno atómico: ubicada entre los 200 y 1000 km de altitud

- capa de Helio: ubicada entre los 1000 y los 3000 km de altitud

  La atmósfera y la energía solar

El sol es nuestra principal fuente de energía; por lo tanto las variaciones que se manifiesten en él necesariamente se reflejan en la Tierra. Una de estas variaciones son las manchas solares; ellas afectan el viento solar y los campos magnéticos de nuestro planeta. Las manchas solares son áreas más frías, y por lo tanto más oscuras, que aparecen en la superficie luminosa del sol (Fotosfera). Se presentan de manera cíclica pero con un número y tamaño variables. Existen registros de su ocurrencia desde 1700 hasta nuestros días.

Promedio anual de manchas solares entre 1700 y 1987 Fuente: Briggs et al.,1993.

A la intensidad de la radiación solar que incide sobre la atmósfera exterior se le llama Constante Solar. Se mide en Langley (ly), equivalente a una caloría por centímetro cuadrado.

Los fotones o partículas de materia emitidas por el sol se conocen como Energía Corpuscular (cuerpo) y viajan en forma de Viento Solar. Este comprime el campo magnético de la Tierra que mira hacia el sol y lo alarga a miles de kilómetros en el espacio en la mitad opuesta, creando una cola magnética ubicada en la Magnetósfera

Energía en la atmósfera  

Para comprender los procesos que se realizan en la atmósfera en su dimensión global es necesario conocer el balance energético en ella.  La radiación solar es vital, ya que desde el Sol emana toda la energía.  Las formas en que ésta llega y como se reparte determinará los climas y el comportamiento térmico de las masas de aire.

A continuación podra ver los aspectos mas relevantes de estos procesos:

- La radiación solar y el espectro electromagnético

- Angulos de incidencia /impactos en la intensidad de radiación UV-B

- Factores de distribución de la energía solar

- La atmósfera y los procesos energéticos

Los climas

Los procesos de contaminación en la atmósfera han acentuado la influencia del efecto invernadero que regula el comportamiento térmico de las masas de aire que la componen.  La consecuencia más importante derivada de los cambios en el efecto invernadero se halla en los cambios climáticos a nivel global.  Por ello, conocer los climas pasados y los factores que los han determinado, así como predecir lo que sucederá en los años venideros, es vital para comprender el futuro del planeta. A continuación se detallan los temas más influyentes en la dinámica atmosférica:

- El sistema climático

- Mecanismo de realimentación en la atmósfera

- Escalas cronológicas del sistema climático    Circulación de la atmósfera

Una de las causas más importantes en los procesos de contaminación atmosférica es la inversión térmica. A continuación se entregan antecedentes para  comprender la circulación general de la atmósfera, el comportamiento de las masas de aire según su temperatura y los factores que regulan los procesos energéticos vitales para analizar los distintos tipos de inversión que se producen en la atmósfera.

- Gradiente térmico vertical, inversiones térmicas y estabilidad

- Ascensos de masas de aire

- Gradientes térmicos verticales comunes

- Tipos de inversión térmica que acentúan procesos de contaminación

- Variación térmica durante un día soleado

- Situación sinóptica, centros de altas y bajas presiones

- Anticiclones, subsidencia e inversión térmica y depresiones - ascendencia

- Relación entre las perturbaciones en superficie y los flujos de aire en altitud

- Circulación general de la atmósfera y las células de Hadley, Ferrel y polares

- Variación vertical del viento

Relieves

Los contaminantes de un lugar sor transportados por los vientos a grandes distancias desde su origen.  Asimismo, los procesos de alta contaminación son fuertemente influidos por la circulación de las masas de aire.  Un lugar será más o menos contaminado dependiendo de los procesos de ventilación que se producen en la zona geográfica donde se halla.

Especialmente importante son las brisas que se detallas a continuación:

- Las brisas costeras : Existe una desigual conducta térmica de las aguas y de las tierras. Mientras las tierras absorben y pierden energía muy rápidamente, las aguas lo hacen a una velocidad menor. Esto se debe a que las aguas poseen un calor específico más alto y es necesario consumir mayor cantidad de energía para elevar su temperatura. Las tierras se enfrían más rápido ya que tienen un mayor poder de emisión.

Todo lo anterior genera un flujo de aire condicionado por los centros de alta y baja presión producidos por las diferencias térmicas diarias que se desarrollan en el mar y la costa.

De esta manera, durante el día el continente se calienta más rápido que el mar generando un centro de baja que condiciona un viento hacia el interior. En la noche, se produce el fenómeno inverso ya que la tierra irradia el calor acumulado durante el día y el mar presenta temperaturas más elevadas, atrayendo hacia sí el centro de baja. Consecuentemente, el viento cambia y se dirige del continente al mar.

- Brisas Valle-Montaña: Los rayos solares inciden desigualmente en las laderas de las montañas y en los valles; asimismo, varían su ángulo de incidencia a lo largo del día según la trayectoria del sol. Esto genera un flujo de aire condicionado por los centros de alta y baja presión producidos por las diferencias térmicas diarias que se desarrollan entre el valle y las montañas.

En este caso, las laderas de solana se calientan más rápidamente que los fondos de valles de un cordón montañoso. El flujo de aire durante el día va desde el valle hacia las partes más altas, que hacen de centros de baja respecto a los fondos de valle. Esto es en dos sentidos: a lo largo del valle hacia los sectores superiores y desde el fondo del valle hacia las laderas.