La atmósfera

LA ATMOSFERA
TERRESTRE
Introducción





El medio ambiente
global consiste de
cuatro sistemas
mayores:
1.
2.
3.
4.
Atmósfera gaseosa.
Hidrósfera líquida.
Litósfera sólida.
Biósfera viviente.
La Atmósfera


La atmósfera corresponde a
todo los gases (aire) que
rodean la tierra.
Función:
•
•
•

Proporcionar el aire que
respiramos
i
Regular la temperatura global
Filtrar la radiación solar
Composición:
•
Los mayores componentes por
volumen son:




Oxígeno (21%)
Nitrógeno (78%)
Argón (0.93%)
+ Otros gasas en traza (O3,
CO2, CFCs; ppm, ppb, ppt)
La Atmósfera Actual

La atmósfera
L
ó f
actuall de
d la
l tierra
i
probablemente
b bl
no es la
l
original.
Actual: atmósfera oxidante
Original: atmósfera reductora (sin oxígeno)

Origen:


• La atmósfera original
g
pudo haber tenido una composición
p
p
similar a la de la nebulosa solar y cercana a la composición
actual de los planetas Gigantes Gaseosos.
• Esa atmósfera se perdió en el espacio y fue reemplazada por
compuestos desgasificados de la corteza o desde el
i
impacto
t de
d meteoritos/planetesimales
t
it / l
t i
l
ricos
i
en
materiales volátiles.
• Casi todo el oxígeno de la atmósfera fue producido por
plantas (cyanobacteria o blue-green algae).
Estructura de la Atmósfera









Los gases que rodean la tierra están divididos en varias capas
esféricas concéntricas separadas por delgadas zonas de
transición.
Espesor: ~1000 km s.n.m.
M
Masa:
5 15 x 10E15 tons
5.15
t
(99% concentrada
t d en los
l primeros
i
40
km ).
Las capas atmosféricas se caracterizan por diferencias en su
composición
i ió química,
í i
l que produce
lo
d
variaciones
i i
en su
temperatura.
1.
2.
3.
4.
5
5.
Tropósfera
Estratósfera
Mesósfera
Termósfera (Ionósfera)
Exósfera
La Tropósfera (Región de mezcla)










Capa más cercana al planeta que contiene el >% masa atmosférica.
atmosférica
Se caracteriza por la densidad de su aire y por un gradiente térmico de
6°C/Km
T° y vapor de agua decrecen rápidamente con la altura.
Vapor de agua regula la T
T° del aire (absorbe E
E° solar y radiación
térmica de la superficie)
Contiene 99 % del vapor de agua en la atmósfera, que varía con la
latitud (alto en los trópicos y bajo ~3% hacia las regiones polares).
Todos los fenómenos climáticos ocurren el la tropósfera, aunque
algunas
l
turbulencias
t b l
i pueden
d
alcanzar
l
lla estratósfera.
t tó f
Ocurren fuertes corrientes de aire convectivas dentro de esta capa.
Limite superior ~8/18 Km (varía con latitud y estación del año)
Una delgada zona llamada la tropopausa la separa de la estratósfera
L T° del
La
d l aire
i en la
l tropopausa
t
permanece cte.
t con la
l altura.
lt
La Estratósfera











Es la segunda mayor capa en la atmósfera.
Se ubica entre los 1010 y 50 Km.
Km
T° del aire cte. hasta 25 km altitud, luego aumenta gradualmente a 200220 K en la estratopausa (~50 km), caracterizada por una baja de T°
Región estable debido al gradiente de T° del aire (no hay convección).
El Ozono (O3) regula mayormente la T
T°, ya que hay poco vapor de agua
 T° aumenta con la concentración de ozono (E° solar convertido en K°
cuando O3 absorve UV)  calentamiento
La capa de O3 se ubica entre 20-30 km (90% O3 de la atmósfera esta
aquí).
O3 ~10
10 ppm estratósfera
t tó f
v/s
/ O3 ~ 0.04
0 04 ppm tropósfera
t
ó f
O3 absorbe el grueso de la radiación UV solar
Condiciones meteorológicas afectan fuertemente la distribución del O3.
La mayor producción de O3 ocurre en la estratósfera superior
tropical donde se concentran las mayores radiaciones UV.
tropical,
UV
La disociación ocurre en las partes bajas y a mayores latitudes.
Ozono

Dependiendo donde este el ozono, este puede proteger o dañar la
vida en la tierra.
tierra

Ozono Bueno:
• Mayor parte concentrada en la estratósfera(~25 km)
• Crucial
C
i l para lla vida
id en lla ti
tierra
• Actúa como escudo para proteger la sup. de la tierra absorviendo la
radiación UV. (cancer a la piel, cataratas, sist. Imunológico)
• Una disminución de 1% en la columna de O3  aumento en la
radiacion transmitida de UV de 2%

Ozono Malo:
• Cerca de la superficie (aire)  dañino y contaminante (animalestejidos- y plantas); oxidante fotoquímico (plástico,
tejidos
(plástico goma)
• Reacciona con Hidrocarburos y gasolina (autos) => forma
contaminantes organicos secundarios (aldehidos y ketonas).
• Daña el DNA
Formación de la capa de Ozono








1Ba  organismos acuáticos primitivos (blue-green algae)
comienzan a usar E
E° solar para disociar moleculas de H2O y CO2 y
recombinarlas en compuestos organicos y oxigeno molecular (O2)
 FOTOSINTESIS
O2 + Corg → CO2
El resto se acumuló en la atmósfera
Creación de ozono (O3)
Alto en la atmósfera:
Moléculas de O2 absorben E° de los rayos UV solares y se disocian
para formar átomos de O. Estos átomos se recombinan con
oxígeno molecular (O2) para formar moléculas de ozono (O3)
O2 + luz UV (<240 nm)  2 O
O + O2 + M  O3 + M (M=conservación E° y momentum)
Radia
ación UV
Creación del ozono
O+O2  O3
Destrucción del Ozono


“La misma caracteristica que lo hace tan valioso lo
destruye
destruye”
Cuando una molécula de O3 se expone a UV este se separa
en O y O2. Durante
e
u a e la
ad
disociación
soc ac ó los
os o
oxigenos
ge os ga
ganan
a K,, lo
o
que produce calor ( aumento T°atm)

O3 + UV, luz visible  O + O2 (+ calor)

Luego,


O + O2 => O3
O3 + O => O2 + O2
Destrucción del Ozono




La mayoría de la destrucción del O3 ocurre a través de
procesos catalíticos.
catalíticos
Ozono es altamente inestable, fácilmente dona su O extra a
radicales libres como N, H, brominas, y clorinas.
Estos
s os ocurren
ocu e naturalmente
a u a e e en
e la
a atmósfera
a ós e a (provienen
(p o e e
desde el suelo, vapor agua, océanos)
O3 + X  XO + O2 (X = O, NO, OH, Br o Cl)




Manufacturas humanas también alteran (disminuyen)
niveles de O3
Clorinas (océanos,
(océanos CFCs
CFCs-AC
AC, aerosoles
aerosoles, refrigeradores
refrigeradores,
solventes-)
Brominas (Br) (extinguidores)
Destrucción del Ozono




CFCs: sustituyentes de refrigerantes tóxicos. Inofensivos
en la sup
sup., pero
pero…
CFCs estables en la troposfera  indestructibles!
(insolubles)
Permanecen en la tropósfera por mas de 40 AÑOS antes de
migrar a la estratósfera.
estratósfera
En la estratósfera…
• UV alta energia disocia CFCs  un producto: clorinas
(catalizadores de la destrucción de O3 )
• Cl reaccionan y permanecen inalteradas
• Cl + O3 => ClO + O2
• y Luego... ClO + O  Cl + O2
• y Luego...



No CFCs => No Clorinas
(1960s) => CFC-12 ppt <100 ppt
(1987) => 400 ppt
La Mesósfera




La mesósfera se extiende entre 50 - 80 Km.
S caracteriza
Se
t i por un descenso
d
en lla T° (190-180
(190 180 °K a 80 Km.)
K )
O3 y vapor de agua son mínimas  menor T° que abajo.
Bajísimas T° permiten la formación de “Nubes Noctilucentes”
• Las nubes noctilucentes se ven mejor después del atardecer. Al brillar,
muestran un bello
b ll color
l eléctrico
lé i blanco
bl
azulado.
l d Por
P lo
l general,
l se les
l
puede ver en lugares cercanos a los polos de la Tierra, pero en años
recientes, se les ha visto en lugares de menor latitud (como en
Colorado o Virginia, en EEUU).
• Este
s e cambio
ca b o en
e las
as observaciones
obse ac o es de nubes
ubes noctilucentes
oc uce es hace
ace que los
os
científicos piensen que esto es una señal en el cambio de clima global
de la Tierra, que es influenciado por la actividad de los seres humanos.


Al aumentar la distancia de la superficie, la composición
química del aire se hace dependiente de la altitud y se
enriquece en gases livianos.
livianos
A grande alturas los gases residuales se estratifican de acuerdo
a sus pesos moleculares (separación gravitacional)
La Termósfera (aumento de T°)
T)





Ubicada sobre la mesósfera y separada
p
de
ella por la mesopausa
La T° generalmente aumenta con la
altitud (1000
(1000-1500
1500 K) debido a la intensa
absorción de radiación solar del poco
oxigeno molecular que existe.
A altitudes
ltit d d
de 100-200
100 200 km,
k
t d í llos
todavía
mayores componentes son Ni y O
A esta altitud las moléculas de gas están
extremadamente separadas
Aquí se forman las auroras boreales a
latitudes altas
La Ionosfera (parte de la
T
Termósfera)
ó f )




Aquí
q muchos átomos son ionizados.
Es una capa muy delgada, es
responsable de la absorción de los
fotones más energéticos del sol y
reflejar ondas de radio, permitiendo las
comunicaciones a larga distancia.
E t
Estructura
t
iinfluenciada
fl
i d por ell viento
i t solar
l
(partículas eléctricamente cargadas), a su
vez gobernada por la actividad solar.
Una medida de su estructura es la
densidad de electrones libres, que es un
indicador del grado de ionización.
ionización
La Exósfera





Es la región atmosférica más
alejada de la superficie de la
Tierra.
Su límite superior se extiende a
alturas de 960 a 1000 Km. y está
relativamente indefinido.
E la
Es
l zona de
d transición
t
i ió entre
t la
l
atmósfera terrestre y el espacio
interplanetario.
Comienza en el techo de la
termósfera y continía hasta que
q
se mezcla con los gases
interplanetarios o espacio.
En esta región de la atmósfera, el
H y el He son los componentes
primarios y están presentes a
extremadamente bajas
densidades.
Las capas de la Atmósfera
1% resto
T
Termosfera
f
Partículas cargadas
g
y no cargadas
g
Colisiones muy poco frecuentes
MESOPAUSA
99% resto
Mesosfera
 80 km
Partículas cargadas (ionosfera)
ESTRATOPAUSA
Estratosfera
99.9% masa
 50 km
Muy seca,
seca incremento concentración O3
Largos tiempos de permanencia de partículas
Mezcla vertical muy reducida
TROPOPAUSA
 10 - 12 km
grad T = -6.5 K·km-1
Troposfera
80% masa, 100% vapor de agua
Cortos tiempos de permanencia de partículas
Isótopos Estables
Nitrógeno
Oxigeno
g
Hidrógeno
Isótopos


Los átomos q
que son isótopos
p entre sí,, son
los que tienen igual número atómico
(número de protones en el núcleo), pero
diferente
d
e e te número
ú e o másico
ás co ((número
ú e o de
neutrones en el núcleo)
Un elemento químico tiene uno o varios
isótopos,, de los cuales todos,
isótopos
todos algunos,
algunos o
ninguno, pueden ser isótopos estables.
estables.
Los isótopos que no son estables, a
diferencia de los estables,
estables se desintegran
para dar lugar a otros nucleidos emitiendo
partículas o radiación electromagnética.
La Tabla de los Nucleidos
(Isótopos)
Núúmero A
Atómico (Z)
Masa atómica (A) = Z + N
Isótopos
Isotones
Isóbaros
Número de Neutrones (N)
Lluvia Ácida






Algunas industrias o centrales térmicas que usan combustibles de baja
calidad liberan al aire atmosférico importantes cantidades de óxidos de
calidad,
azufre y nitrógeno.
Estos contaminantes pueden ser trasladados a distancias de hasta cientos
de kilómetros por las corrientes atmosféricas, sobre todo cuando son
emitidos a la atmósfera desde chimeneas muy altas que disminuyen la
contaminación en las cercanías pero la trasladan a otros lugares.
lugares
En la atmósfera los óxidos de nitrógeno y azufre son convertidos en ácido
nítrico y sulfúrico que vuelven a la tierra con las precipitaciones de lluvia
o nieve (lluvia ácida).
Otras veces,, aunque
q
no llueva,, van cayendo
y
partículas
p
sólidas con
moléculas de ácido adheridas (deposición seca).
La lluvia normal es ligeramente ácida, por llevar ácido carbónico que
se forma cuando el dióxido de carbono del aire se disuelve en el agua que
cae. Su pH suele estar entre 5 y 6.
Pero en las zonas con la atmósfera contaminada por estas sustancias
acidificantes, la lluvia tiene valores de pH de hasta 4 o 3 y, en algunas
zonas en que la niebla es ácida, el pH puede llegar a ser de 2,3, es decir
similar al del jugo de limón o al del vinagre.
Lluvia Ácida
Ciclo del Agua






El agua permanece en constante movimiento.
El vapor d
de agua de
d la
l atmósfera
ó f
se condensa
d
y cae sobre
b
continentes y océanos en forma de lluvia o nieve.
El agua que cae en los continentes va descendiendo de las
o a as e
en ríos,
os, o se infiltra
a en
e el
e terreno
e e o acumulándose
acu u á dose
montañas
en forma de aguas subterráneas.
Gran parte de las aguas continentales acaban en los
océanos, o son evaporadas o transpiradas por las plantas
volviendo de nuevo de nuevo a la atmósfera.
atmósfera
También de los mares y océanos está evaporándose agua
constantemente.
La energía del sol mantiene este ciclo en funcionamiento
continuo.
ti
Ciclo del Agua