bloque 2: la atmósfera

BLOQUE 2: LA ATMÓSFERA
EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA
La tierra, cuando se formó hace 4600 millones de años, estaba formada por un núcleo
incandescente fundido rodeado por una espesa nube de gases y polvo. Gases ligeros como el
hidrógeno y el helio, que eran muy abundantes, escaparon barridos por el viento solar, pero la
atmósfera se rehízo con los gases procedentes de las erupciones volcánicas que había en esas etapas
iniciales de su formación.
Así se formó la protoatmósfera o atmósfera primitiva, que era uma atmósfera reductora formada
por gases como H2, CH4, N2, NH3, COX y H2S. Posteriormente su composición cambió a una
atmósfera oxidante, a partir de los 2500 millones de años, debido al aporte de O2 fotosintético de
las cianobacterias.
La concentración de CO2 inicial ha ido disminuyendo, mientras que la de N2 ha ido aumentando.
En las etapas iniciales también había mucho vapor de agua, que al enfriarse la Tierra para
formar la primitiva corteza, este vapor de agua se condensó hasta formar los primitivos océanos.
Componentes mayoritarios
Componente % en volumen
N2
78
O2
20,9
Ar
0,93
CO2
0,038 (380 ppm)
Otros
0,14
Componentes minoritarios (presentes en ppm)
Gases raros reactivos
G. raros no reactivos
H2
Metano CH4
dióxido de nitrógeno NO2
los gases nobles He, Ne,
Amoniaco NH3
Kr, Xe,
Dióxido de azufre SO2
Óxido nitroso N2O
Ozono O3
Oxido nítrico N2O5
Composición de la atmósfera: En la atmósfera podemos diferenciar:
a) Aire formado por una mezcla de gases. En el aire puro y seco estos gases son:
- Mayoritarios, N2 (78%), O2 (21%), Argón (0,93 %) y CO2 (0,038 % ó 380 ppm)
- Minoritarios: CH4, NH3, NO2, N2O, SO2, O3, CO, Hidrocarburos, gases nobles, etc.
- Variables: vapor de agua, que puede llegar a ser del 4% en la troposfera.
b) Aerosoles formados por partículas sólidas y líquidas en suspensión, como partículas salinas de
origen marino, humos y cenizas volcánicas o de combustiones naturales o antrópicas,
microorganismos, esporas y polen.
Las partículas en suspensión se concentran en la parte baja de la atmósfera. Pueden ser
partículas de polvo, sales procedentes del mar, humos y cenizas de las erupciones volcánicas, de la
combustión natural y la provocada por el hombre (fábricas, centrales térmicas, etc.), polen, esporas,
microorganismos, etc.
La composición de la atmósfera varía con la altitud. Tanto la densidad como la presión,
descienden con la altura. El aire es muy compresible, por lo que la mayor parte de los gases se
encuentran en los primeros 5 km de la atmósfera (la atm. es más densa).
La presión atmosférica al nivel del mar es de 760 mm de Hg o 1 Atmósfera de presión
(=1,013.105 N/m2 o 1.013 milibares = 1013 hPa (hectopascales)). En los mapas del tiempo, se
utilizan isobaras, líneas que unen puntos de igual presión.
ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA
De acuerdo con sus características físico-químicas, se encuentra estratificada en las siguientes
capas:
1.- Troposfera. Alcanza hasta una media se 12 Km. de altitud, aunque en el ecuador, debido a la
dilatación puede alcanzar los 18 km. Contiene el 75% de la masa total de la atmósfera y
prácticamente todo el vapor de agua (hasta un 4%) y las partículas en suspensión.
En ella se desarrollan los fenómenos meteorológicos y los movimientos del aire tanto
horizontales como verticales, que determinan el clima, como la formación de nubes, las
precipitaciones, los vientos, etc.
En esta capa, la temperatura desciende con la altura, lo que se denomina Gradiente Vertical de
Temperatura, que tiene un valor de 0,65 ºC por Km, pasando de los 15 ºC de temperatura media en
la superficie terrestre, hasta alcanzar los -70 ºC en la Tropopausa.
En los primeros 500 m existe la denominada capa sucia, donde se concentran las partículas en
suspensión procedentes de los volcanes, desiertos, sales marinas y la contaminación de las ciudades
y las actividades industriales. Este polvo es el responsable del color rojizo del cielo al amanecer y al
atardecer.
En esta capa tiene lugar el efecto invernadero originado por diferentes gases, que por orden de
importancia son el vapor de agua, el CO2, el CH4 (metano), N2O (óxido nitroso), CFCs y O3
(ozono), que absorben la radiación infrarroja que emite la superficie terrestre y provocan una
“contrarradiación” que calienta el aire.
2.- Estratosfera. Alcanza hasta aproximadamente los 50 Km., donde se sitúa la Estratopausa. Entre
los 15 y los 35 Km., se encuentra la capa de ozono, que tiene un papel fundamental, ya que
absorbe la “radiación ultravioleta”.
Los movimientos del aire son solamente horizontales. El aumento de la temperatura en esta
capa, se debe a la absorción de los rayos ultravioleta por las moléculas de ozono.
3.- Mesosfera. Se extiende entre los 50 y 80 km de altura donde se sitúa la mesopausa y contiene
sólo el 0,1% de la masa total del aire.
En esta capa la temperatura disminuye de nuevo, hasta los -80º C y en ella se observan las
estrellas fugaces, debido a la entrada en la atmósfera de pequeñas partículas.
4.- Termosfera o Ionosfera. Se extiende hasta la Termopausa, situada a unos 600 Km.
En esta capa los átomos de oxígeno y moléculas de nitrógeno absorben los rayos X y rayos γ
(gamma) que provocan su ionización. Este fenómeno trae como consecuencia el aumento de
temperatura que llega a alcanzar más de 1000º C.
5.- Exosfera. Es la última capa y su límite viene marcado por una densidad atmosférica similar a la
del espacio exterior.
A lo largo de toda la atmósfera, la presión disminuye con la altura, siendo mayor esta
disminución en la Troposfera.
LAS RADIACIONES SOLARES Y TERRESTRES
El Sol y la Tierra emiten radiaciones electromagnéticas (que se propaga a 300.000 km/s en el
vacío), de una amplia gama de longitudes de onda.
Según la Ley de Planck, la energía de las radiaciones electromagnéticas es inversamente
proporcional a la longitud de onda, de manera que a menor longitud de onda mayor energía, y por
tanto más penetrante, perjudicial para la vida, provocando mutaciones o muerte de fitoplancton.
1. La radiación solar está formada por un conjunto de radiaciones:
a) La radiación visible, comprendida entre los 0,4-0,7 micras (= micrómetros µm). Entre 400700 nm. La mayor parte atraviesa la atmósfera y llega a la superficie terrestre.
b) La radiación ultravioleta es la zona del espectro anterior a la luz visible, con λ<0,4 µm.
Esta radiación es absorbida por la capa de ozono (O3).
c) Los rayos X y los rayos γ (gamma), de λ más corta que los UV, absorbidos por la ionosfera.
d) La radiación infrarroja con una longitud de onda λ>0,7 µm. (λ>700 nm). La mayor parte
es absorbida por el agua.
2. La radiación terrestre: la superficie terrestre, al calentarse, emite radiación infrarroja de onda
larga (calor).
FUNCIÓN REGULADORA Y PROTECTORA DE LA ATMÓSFERA
Atmósfera como filtro protector.
Las capas altas de la atmósfera funcionan como un filtro que protege a los seres vivos de las
radiaciones de longitud de onda corta y alta energía (rayos X y rayos gamma).
En la estratosfera el ozono absorbe las radiaciones ultravioleta mas letales para la vida,
llegando sola una mínima cantidad a la superficie terrestre.
Atmósfera como reguladora del clima.
La atmósfera, debido a su composición química y estructura, crea unas condiciones térmicas
especiales en nuestro planeta que lo hacen apto para la vida.
El aumento del albedo provocado por las partículas de polvo en suspensión o nubes en la
atmósfera, o bien de nieve y hielo, llevaría a un enfriamiento progresivo de la Tierra.
El efecto invernadero natural debido a la presencia en la atmósfera de determinados gases
(CO2, CH4, N2O, O3), capaces de absorber y contrarradiar la radiación infrarroja emitida por
la Tierra, permite que la temperatura media de la Tierra sea de 15º C.
La circulación general de la atmósfera (junto con la circulación de las aguas oceánicas)
redistribuye la energía solar que llega a la Tierra, disminuyendo las diferencias entre el
Ecuador y las latitudes altas (zonas polares).
BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL DE LA TIERRA
Radiación solar. La radiación que llega del sol al planeta se distribuye de la siguiente manera:
-
Un 25 % aproximadamente es reflejada por las nubes (hay un pequeño porcentaje que es
reflejado en la superficie terrestre, principalmente en las áreas glaciares). A esto se le
denomina albedo.
-
Otro 25 % aproximadamente es absorbida por el vapor de agua y el polvo de la
atmósfera, las nubes y el ozono.
-
El 50 % restante aproximadamente llega a la superficie terrestre, un 45 % es absorbida
por la superficie terrestre (océanos, continentes y un porcentaje muy bajo por los
vegetales) y un 5 % es reflejada sobre todo en las zonas glaciares.
Radiación terrestre. La superficie terrestre, al calentarse, emite radiación infrarroja (radiación de
onda larga). Esta radiación emitida por los continentes y océanos, es absorbida por algunos gases de
la atmósfera como el vapor de agua, CO2, CH4, y otros. Estos vuelven a reemitirla a la tierra,
originando el efecto invernadero natural que mantiene estable una temperatura media de 15 º C en
el planeta.
La radiación que llaga a un punto de la Tierra, depende de dos factores:
1. El tiempo de exposición al sol, que varía según las estaciones.
2. El ángulo de incidencia. Cuanto mayor sea la inclinación, mayor recorrido y dispersión de
los rayos solares a través de la atmósfera y más se reparte la radiación sobre la superficie. La
insolación por unidad de superficie disminuye.
HUMEDAD ABSOLUTA Y HUMEDAD RELATIVA. LA FORMACIÓN DE NUBES
El agua en la atmósfera puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso. El vapor de agua no
se ve, el agua que se observa en nubes o nieblas está en estado sólido o líquido.
La humedad del aire, puede medirse de diversas maneras:
•
Humedad absoluta.- Es la masa de vapor de agua contenido en 1 m3 de aire, se expresa
en g/m3. Existe una relación directa entre la cantidad de vapor de agua admitida por el
aire y la temperatura a la que se encuentra, de modo que alcanzado un cierto límite el
aire se satura de humedad y el vapor comienza a condensar.
•
Humedad relativa.- Es la cantidad de vapor de agua, expresada en %, que hay en 1 m3 de
aire, en relación con la máxima posible que podría contener, a una temperatura
determinada. Por ejemplo, si decimos que la humedad relativa es del 25%, quiere decir
que el aire contiene la cuarta parte del vapor de agua que podría contener a un
determinada Tª.
Humedad relativa =
Humedad absoluta
×100
Humedad de saturación
Punto de rocío.- Es la temperatura a la que la humedad relativa es del 100% y por tanto la
temperatura a la que se produce la condensación del vapor de agua. De esta manera puede formarse
rocío sobre algunas superficies a consecuencia de un intenso enfriamiento. Si el enfriamiento es
inferior a 0º C, se formará escarcha.
La formación de nubes. Cuando una masa de aire se eleva, se
expande (al estar sometida a menor presión) y se enfría hasta que
llega un momento en que alcanza el punto de rocío, entonces el
vapor de agua comienza a condensarse y se empieza a formar una
nube constituida por pequeñas gotitas de 0,02 mm. Cuando las
pequeñas gotas de agua adquieren un cierto tamaño, no pueden
mantenerse en suspensión y caen en forma de precipitaciones
líquidas, lluvia, o sólidas, nieve y granizo.
Por tanto, para la formación de nubes es necesario:
1. Una humedad relativa del 100%.
2. Que existan en la atmósfera núcleos de condensación, que
pueden ser partículas de polvo, humo, gases como el H2S, NOx,
NaCl, etc.
Las nieblas son nubes bajas, a nivel del suelo, formadas por pequeñas gotas de agua en
suspensión. La mayor parte de las nieblas se producen cuando una masa de aire cargado de vapor de
agua, se condensa cerca del suelo, dando lugar a la formación de estas nubes bajas.
DINÁMICA ATMOSFÉRICA
MOVIMIENTOS VERTICALES DE LA ATMÓSFERA
Cuando el aire asciende en la atmósfera, se desplaza de una zona de mayor presión a otra de
menor presión, debido a esto, el aire se expande y se va enfriando. En la troposfera, la temperatura
del aire desciende hasta los -50º C debido a una disminución de la presión, de la densidad del aire y
el menor efecto de la gravedad.
La disminución de la presión en la troposfera es constante, así que el enfriamiento también.
Cuando el aire desciende se comprime y aumenta la temperatura.
Cualquier proceso que se produce en el aire en el que no hay intercambio de calor, se denomina
proceso adiabático. Los procesos de enfriamiento y calentamiento del aire por los movimientos
ascendentes o descendentes son procesos adiabáticos, es decir no existe un intercambio de calor
con el medio que les rodea. Lo que existe es una expansión o compresión de los gases.
La variación de temperatura que experimenta una masa de aire en movimiento vertical, sin
intercambio de calor, se llama gradiente adiabático. Se representa mediante una gráfica llamada
curva de estado o curva de evolución. Existen 2 posibilidades:
1. Gradiente adiabático seco (GAS). Si el aire no está saturado y por tanto no hay
condensación del vapor de agua, decimos que se produce un gradiente adiabático seco, y los
cambios de temperatura se deben por completo a expansiones o contracciones. Tiene un
valor fijo de 1ºC cada 100 m y se denomina gradiente adiabático seco (GAS).
Una masa de aire en elevación se expande debido a que la presión desciende con la altura; por
tanto, su Tª también desciende debido a que la fricción entre las moléculas es menor.
El descenso en la práctica es menor de 1ºC, debido al contacto al subir y a las turbulencias,
siendo en realidad 0,65ºC cada 100 m., a este descenso real se denomina gradiente vertical de
temperatura (GVT). Este gradiente varía con la altura, latitud, estación, etc.
2. Gradiente adiabático húmedo (GAH). A medida que el aire asciende la humedad
relativa va aumentando hasta alcanzar el punto de rocío (temperatura a la cual la humedad
relativa es del 100 %); esto produce la condensación del vapor de agua y la liberación de
calor (calor latente de vaporización), lo que hace
disminuir el ritmo de descenso de la temperatura
de 0,5 ºC cada 100 m. (de 0,3 ºC a 0,6º C cada
100 m.). El paso de gas a líquido es una reacción
que libera calor. Este gradiente que se da con
fenómenos de condensación es lo que se llama
gradiente adiabático húmedo (GAH) o
saturado, el cual no tiene un valor constante, ya
que varía con la temperatura.
El aire, cuando se enfría, comienza siguiendo el
gradiente adiabático seco, y cuando llega al punto de
rocío o punto de condensación, sigue el enfriamiento
según el gradiente adiabático húmedo.
BORRASCAS: SITUACIONES DE INESTABILIDAD ATMOSFÉRICA
Se dan cuando las masas de aire que ascienden crean en la superficie un área de bajas presiones,
llamadas ciclones, depresiones o borrascas. El aire al ascender se enfría (porque se expande) y el
vapor de agua se condensa formando nubes que van
creciendo y pueden dar lugar a precipitaciones. El
lugar dejado por el aire cálido que asciende, es
ocupado por el aire más frío de los alrededores que
se dirige hacia el centro de la borrasca, girando en
sentido contrario a las agujas del reloj.
Se tiene que cumplir que GVT > GAS o lo que es
lo mismo, que el aire exterior se enfríe más deprisa
(sea más denso) que el interior.
Los ciclones tropicales,
también llamados
huracanes o tifones son
borrascas muy
destructivas que se
desarrollan sobre los
océanos entre los 8º y
15º de latitud norte o sur.
Un tornado, es una
depresión muy pequeña
pero de vientos muy
fuertes.
Las condiciones de inestabilidad son propicias para la dispersión de la contaminación, ya que el
aire ascendente provoca la elevación y la dispersión de la misma.
GVT > GAS
ANTICICLONES: CONDICIONES DE ESTABILIDAD O
SUBSIDENCIA
Se producen cuando una masa de aire frío y denso desciende hacia la superficie, originando un
“anticiclón” (altas presiones) por el aumento de la presión atmosférica en esa zona (el aire al
comprimirse se calienta). En esta situación, los vientos partirán desde el centro hacia fuera,
impidiendo la entrada de precipitaciones, con lo que el tiempo será seco.
Los anticiclones más intensos suelen producirse en invierno, con viento en calma, cuando las
noches son largas y la atmósfera está muy fría en las zonas próximas al suelo. Se dan situaciones
especialmente peligrosas cuando existe contaminación, porque ésta queda atrapada. La dispersión
de contaminantes sólo es posible cuando el sol llega a calentar la superficie terrestre, que a su vez
calienta el aire y éste asciende por convección térmica.
Hay dos situaciones de estabilidad:
1. Que el GVT sea positivo y menor que el GAS. GTV < GAS y 0 < GVT < 1
No se producen movimientos verticales por enfriarse más rápido la masa ascendente que el aire
exterior. En la gráfica el GTV está a la derecha del GAS.
2. Que el GTV sea negativo GTV < 0. Es un caso de inversión térmica, con nubes a ras de suelo
(niebla), que atrapa la contaminación por aplastamiento contra el suelo.
INVERSIÓN TÉRMICA
ESTABILIDAD
GTV < GAS
LA INVERSIÓN TÉRMICA
En condiciones normales, en la troposfera, la temperatura disminuye con la altura a razón de
aproximadamente 6,5 °C/km (GVT), pero hay situaciones en las que se produce lo contrario, es
decir, un incremento de la temperatura con la altura. A veces, esa inversión, se produce en una
capa a una cierta altura (Capa de inversión) donde ocurre el incremento.
Una inversión térmica puede provocar que la contaminación (el smog), quede atrapada cerca del
suelo, debido a que el aire no puede elevarse puesto que es más frío y, por tanto, más denso en la
zona inferior. Esto tiene efectos nocivos para la salud.
El fenómeno de inversión térmica se presenta cuando en las noches despejadas, el suelo se
enfría rápidamente por radiación. El suelo a su vez enfría el aire en contacto con él (que se vuelve
más frío y pesado) provocando la condensación del vapor de agua cerca del suelo y la consiguiente
formación de nubes bajas.
Esto ocurre especialmente en invierno en situaciones anticiclónicas fuertes que impiden el
ascenso del aire y concentran la humedad en los valles y cuencas, dando lugar a nieblas persistentes
y heladas.
La inversión térmica se termina (rompe) cuando a medida que avanza el día se calienta el aire
que está en contacto con el suelo y se restablece la circulación normal en la troposfera. Esto puede
ser cuestión de horas, pero en condiciones meteorológicas desfavorables la inversión puede persistir
durante días y días.
MOVIMIENTOS HORIZONTALES DE LA ATMÓSFERA
Como vimos en el apartado anterior, en la superficie terrestre existen zonas con diferente presión
atmosférica, que van a provocar desplazamientos horizontales de aire desde los anticiclones hacia
las borrascas, es decir, se produce “el viento”.
El movimiento ascendente del aire en las borrascas, da lugar a vientos superficiales
convergentes hacia el centro de la borrasca. En este caso, hay contacto de masas de aire de origen
diverso (frentes), por lo que en ellas hay mal tiempo.
El aire que desciende en un anticiclón provoca vientos superficiales divergentes desde el centro
del anticiclón. No hay contacto entre masas de aire heterogéneas, el tiempo es bueno.
La atmósfera se encuentra en continuo movimiento debido a la diferente insolación que existe en
las diferentes zonas, llevando calor sensible y calor latente, desde las zonas ecuatoriales a las zonas
polares. Este transporte es facilitado por los vientos y las corrientes oceánicas, y es dificultado por
los continentes.
LA CIRCULACIÓN DEL VIENTO Y EL EFECTO CORIOLIS
Como vimos en el apartado anterior, el viento divergente que sale de los anticiclones penetra en
las borrascas, asciende, sale por arriba y vuelve a descender en los anticiclones, pero la trayectoria
del viento no suele ser rectilínea debido a la topografía del terreno y al efecto coriolis.
La fuerza o el efecto de coriolis es una consecuencia del movimiento de rotación de la Tierra
hacia el este (en sentido contrario a las agujas del reloj). Dicha fuerza o efecto no es constante, sino
que es máximo en los polos y mínimo en el ecuador.
La velocidad de rotación es mayor en los polos que en el ecuador. Un punto cercano a los
polos da una vuelta completa cada 24 horas, pero su recorrido es menor que el de un punto
cercano al ecuador. Se pueden dar dos situaciones en el hemisferio norte:
1. Debido a esto, si en el hemisferio norte parte el viento desde un punto “A” hacia el norte, se
desviará hacia la derecha o hacia el este, ya que al ser los paralelos cada vez más pequeños, el
viento tenderá a adelantarse a la rotación.
2. Si el viento parte desde ese punto “A” hacia el sur, también se desvía hacia la derecha, es decir,
hacia el oeste.
3. En el hemisferio sur ocurre lo contrario.
El efecto coriolis es el que provoca los particulares movimiento del aire en los anticiclones y las
borrascas. En el hemisferio norte:
• En las borrascas el aire gira en sentido contrario a las agujas del reloj.
• En los anticiclones el aire gira en el mismo sentido de las agujas del reloj.
CIRCULACION GENERAL DE LA ATMOSFERA.
Si la Tierra no tuviese un movimiento de rotación y fuese homogénea,
en las zonas ecuatoriales, el aire que está en contacto con la superficie se
calentaría y se elevaría a la parte superior de la troposfera, dirigiéndose
hacia los polos. El aire frio de las zonas polares descendería y volvería
hacia el ecuador, formando una sola célula convectiva en el hemisferio
norte y otra en el sur.
El “efecto coriolis” debido a la rotación de la Tierra, la distribución de continentes y la
topografía, provocan que la circulación atmosférica sea mucho más compleja. En el hemisferio
norte ocurre lo siguiente:
1. Zona de bajas presiones ecuatoriales: Debido a la fuerte radiación solar que incide
perpendicularmente en las zonas ecuatoriales, el aire caliente y húmedo (y por tanto menos
denso) asciende formando el cinturón de borrascas ecuatoriales. Posteriormente, por las capas
altas de la troposfera, se dirige hacia latitudes de los 30 º tanto hacia el norte como hacia el sur.
2. Cinturón anticiclónico subtropical: El aire frío y seco (y por tanto más denso) desciende a unos
30º de latitud creando una zona de altas presiones (cinturón de anticiclones tropicales). Una
parte de las masas de aire vuelven por la parte baja de la troposfera hacia el ecuador, dando
lugar a los vientos alisios. Esta primera célula convectiva entre los 0 y los 30º se denomina
“célula de Hadley”. Otra parte del las masas de aire que descienden se dirigen por la parte baja
de la troposfera hacia latitudes mayores (de los 60 º), desviándose hacia el este, dando lugar a
los vientos del oeste o Westerlies (van de oeste a este).
3. Los vientos alisios de ambos hemisferios convergen en una zona denominada “zona de
convergencia intertropical” conocida con las siglas “ZCIT”, que no coincide exactamente con
el ecuador.
4. La zona de bajas presiones templada: Los vientos del oeste que salen de los anticiclones
subtropicales (van hacia el noreste), al llegar a los 60º de latitud, vuelven a ascender al
calentarse de nuevo, originando la llamada “zona de bajas presiones subpolares o templada”.
Una parte de las masas de aire vuelve hacia los 30º donde desciende, completando una segunda
célula de convección (entre los 30º y los 60º) que se denomina Célula de Ferrel.
5. Zona de altas presiones polares: Una parte de las masas de aire que ascienden a los 60º se
dirige hacia las zonas polares por la parte alta de la troposfera, donde vuelve a descender,
originando el anticiclón polar. Estas masas de aire que descienden vuelven por la superficie
hacia los 60º en dirección SO, originando los vientos del este polares (o vientos de levante de
altas latitudes). Esta tercera célula de convección se denomina Célula polar.
RESUMIENDO
La circulación comienza en una zona de bajas presiones ecuatoriales denominada zona de
convergencia intertropical (ZCIT). Allí las lluvias son constantes debido a la confluencia e
intensidad de los alisios, de fuerte ascenso convectivo. Esta línea no coincide con el ecuador
geográfico desplazándose de 5º S a 10º N. Los vientos de altura generados por las bajas presiones
ecuatoriales, descienden en la zona de los anticiclones subtropicales, al los 30º de latitud. Estos
anticiclones generan vientos divergentes, los alisios y los del oeste, que soplan hacia las zonas
templadas. Los anticiclones que se asientan sobre los continentes dan lugar a los mayores desiertos
del planeta. Las zonas de borrasca subártica y subantártica, están situadas a los 60º de latitud
circundando a los polos. En ellas confluyen los vientos del oeste con los fríos de levante
procedentes de los polos, más intensos, que al no ser frenados y desviados por las masas
continentales constituyen un peligro para la navegación. De los anticiclones polares parten los
vientos del este que ocupan todo el espesor de la troposfera.
LAS ZONAS CLIMATICAS Y LOS CLIMAS LOCALES (El Clima de Asturias)
LAS ZONAS CLIMATICAS
El clima se define como el conjunto de fenómenos meteorológicos que caracterizan el estado
medio de la atmósfera en la superficie terrestre, en una zona determinada.
Cada clima se caracteriza por unos determinados valores de temperatura, precipitaciones,
humedad, presión y vientos predominantes, registrados durante períodos de 30 años o más.
Los factores naturales que afectan al clima de una zona determinada son la latitud, altitud,
continentalidad, corrientes marinas, vegetación y vientos predominantes.
Las grandes zonas climáticas de la Tierra, están directamente relacionadas con la circulación
atmosférica general descrita anteriormente, que a su vez está condicionada por la distinta
inclinación con que incide la radiación solar según la latitud, el “efecto coriolis” debido a la
rotación de la Tierra, la distribución de continentes y la topografía.
La Tierra se ha dividido tradicionalmente en 4 zonas climáticas en cada hemisferio, en
función de la latitud, a su vez subdivididas en dominios climáticos.
Se pueden distinguir:
1. Zona ecuatorial o zona de convergencia intertropical (ZCIT) (0º a 20º), con bajas
presiones, abundantes precipitaciones (sobre 2000 mm. /año ), y temperatura media
elevada (25º C)
2. Zona tropical (20º a 40º), caracterizada por altas presiones y precipitaciones escasas.
3. Zona templada (40º a 60º), temperaturas medias variables alrededor de 10º C,
pluviosidad abundante (alrededor de 1000 mm.), presiones bajas y estaciones marcadas.
Zonas barridas por vientos del oeste.
4. Zona polar (60º a 90º de latitud), caracterizadas por temperaturas bajas, altas presiones
y precipitaciones débiles.
LA CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA: LAS ZONAS CLIMÁTICAS Y LOS BIOMAS
Teniendo en cuenta la circulación atmosférica y otros factores, en el mundo se diferencian cuatro
grandes zonas climáticas:
1.- Zona de convergencia intertropical.- La podemos llamar también zona ecuatorial porque se
sitúa en las cercanías del ecuador. En esta zona el aire cálido y húmedo tiende a ascender,
especialmente con la insolación del día. Al ir subiendo se enfría por lo que se forman grandes
nubes que, prácticamente todos los días al atardecer, descargan lluvia. La abundancia de lluvias
y las elevadas temperaturas favorecen el desarrollo de la vegetación y es en esta zona en la que
se desarrollan las selvas. Esta zona climática no se sitúa a lo largo de todo el año en el mismo
sitio, sino que sufre desplazamientos de 10º hacia el norte y de 5º hacia el sur, dependiendo de
las estaciones.
2.- Zonas tropicales.- situadas entre los 20º y 40º de latitud. En ellas predominan los llamados
vientos alisios que se forman cuando las masas de aire se mueven para ocupar el espacio que
deja libre el aire ascendente de la zona ecuatorial. Por el efecto Coriolis, en el hemisferio norte
los alisios soplan predominantemente de noreste a suroeste.
En las zonas tropicales en las que el aire desciende desde la altura, se caracterizan por el
predominio de las altas presiones (aire frío y seco que se acumula contra la superficie). Esto
supone precipitaciones escasas, normalmente inferiores a los 250 mm anuales, originando
grandes extensiones desérticas en los continentes.
3.- Zonas templadas.- Situadas entre los 40º y 60º. Una parte de las masas de aire que descienden a
los 30º se dirigen hacia los 60º de latitud, originando los vientos del oeste o Werterlies (de oeste
a este) típicos de las latitudes templadas.
Las masas de aire que arrastran los vientos del oeste llegan a chocar con las masas de aire frío
procedentes de las zonas polares y se desplazan montándose sobre ellas, al ser más calientes.
Este ascenso provoca la formación de nubes y precipitaciones que llamamos borrascas, que
tienden a desplazarse de oeste a este, de tal manera que al paso de un frente cálido le suele
seguir una mejoría transitoria y viene luego un frente frío con empeoramiento del tiempo. Estas
continuas variaciones provocadas por la alternancia de anticiclones (altas presiones) y borrascas
(bajas presiones) son las típicas del "tiempo" atmosférico de las zonas templadas. Este clima es
propicio para la formación de bosques (caducifolio y mediterráneo).
4.- Zonas polares.- En ellas la situación es casi siempre anticiclónica porque las masas de aire frío
descienden desde las alturas y se desplazan lateralmente hacia latitudes de los 60º. En estas zonas
llueve muy poco, menos de 250 mm anuales (situación anticiclónica), por lo que se suele hablar
de desiertos fríos, a pesar de que se mantengan cubiertos por hielo y nieve. En las zonas más
próximas a las zonas templadas, donde las temperaturas son menos frías, podemos encontrar la
tundra y la taiga.
EL CLIMA DE ASTURIAS
En las distintas regiones o localidades hay una gran variación de tipos de clima que no se pueden
explicar si atendemos sólo a las grandes zonas climáticas. Esto sucede por la importante influencia
de la distribución de las masas de tierra y de agua, de montañas y de vegetación en el clima.
a) Influencia de las masas de agua.- El agua tiene una gran capacidad de almacenar calor, por su
elevado calor específico, y durante el día o en verano toma calor que luego libera por la noche o
en la estación fría. Por esto las zonas costeras disfrutan de un clima suave, sin bruscas
variaciones de temperatura.
Las brisas que se forman en las zonas costeras desempeñan un importante papel en esa
dulcificación de las temperaturas. Durante el día soplan del mar a la tierra, trayendo aire fresco,
mientras que por la noche lo hacen de la tierra al mar.
Las corrientes marinas tienen una gran influencia en el clima de las zonas costeras que bañan.
Por ejemplo, la corriente del Golfo que es cálida, hace más suave y más húmedo el clima de toda la
Europa atlántica. Las corrientes frías provocan un clima más frío y brumoso, como la Corriente de
Labrador que baña las costas norteamericanas atlánticas.
b) Influencia de las montañas.- Cuando una masa de aire del océano cargada de humedad se
encuentran con las montañas, asciende para poder sobrepasarlas. "La masa de aire a medida que
asciende, se enfría primero según el GAS a razón de 1ºC por cada 100 m de ascenso. Tras esta
fase, una vez superado el nivel de condensación, donde la masa de aire alcanza el punto de rocío,
sigue enfriándose pero ahora más despacio según el GAH a razón de 0,5 por cada 100 m. A
partir de ese nivel es cuando se forman las nubes y puede llover. Una vez rebasado el relieve la
masa de aire empieza a descender y se calienta al comprimirse, al principio según el GAH hasta
una determinada altitud donde esté el nivel de condensación y más adelante según el GAS.". Así
las laderas de las montañas que reciben habitualmente aire del océano son más húmedas, pero
cuando el aire sobrepasa las montañas y desciende, puede contener más agua en forma de vapor
por lo que las nubes desaparecen y esas laderas reciben mucha menos lluvia.
Este efecto, denominado Efecto Foehn, es el responsable de las grandes diferencias de
pluviosidad que se producen entre el sur y el norte de los Pirineos o de la cordillera Cantábrica.
c) Influencia de la vegetación.- Las plantas toman agua por sus raíces y la transpiran en forma de
vapor, por sus hojas. La evapotranspiración provoca un aumento de la humedad ambiental y por
tanto favorece la formación de nubes y la lluvia. Cuando en algunas zonas de selva tropical se
han talado grandes extensiones de árboles, han disminuido las precipitaciones.
LOS MAPAS METEOROLÓGICOS. MAPAS DE ISOBARAS (No entra en la PAU)
Al analizar un mapa del tiempo, podemos identificar isobaras, borrascas, anticiclones, frentes,
lluvias, vientos. Los principales elementos de un mapa son:
1. Las isobaras son aquellas líneas imaginarias que unen puntos de igual presión, a nivel del
mar, en un momento determinado. Si están muy próximas, indican fuertes vientos.
2. Se considera que hay un anticiclón cuando la presión atmosférica es superior a 1013 mb.
3. Se considera que hay una borrasca cuando la presión atmosférica es inferior a 1013 mb.
4. En la fig. A el viento procede del mar y del norte, por tanto será húmedo y frío, originando
lluvias o en invierno, nevadas. En la fig. B el viento procede del continente, por lo que será
más seco y frío. Las lluvias o nevadas, si se producen, serán menos intensas. La fig. C indica
viento sur, por lo que subirán las temperaturas y en Asturias, debido al efecto Foehn, no
lloverá.
Fig. A
Fig. B
Fig. C
5. Un frente cálido es una masa de aire cálido que se desplaza hasta entrar en contacto con una
masa de aire frío. El aire cálido, al ser menos denso se eleva sobre la rampa de aire frío y se
condensa provocando cirros y estratos (altoestratos y nimboestratos). Estas últimas son
nubes de desarrollo horizontal, nubes bajas que producen lluvias persistentes.
6.
Un frente frío es una masa de aire frío que se mueve. La masa fría, más densa, se introduce
a modo de cuña debajo de la cálida, obligándola a ascender. Durante el ascenso se produce
la condensación del vapor de agua, formando nubes de desarrollo vertical, cumulonimbos,
originando precipitaciones en forma de tormenta.
EJEMPLO DE EJERCICIO DE INTERPRETACIÓN DE UN MAPA METEOROLÓGICO
A partir del siguiente mapa meteorológico, contestar a las siguientes cuestiones:
1. ¿Qué son las isobaras?
2. Indica dónde están situados el centro de la borrasca y el centro del anticiclón, marcados con
los números “1” y “2”. ¿Por qué lo sabes? SOLUCIÓN: El centro de la borrasca está en
el Atlántico, al oeste de la península Ibérica, marcado con en nº 1 y se sabe porque la
presión atmosférica es inferior a 1013 mb. El centro del anticiclón está al oeste de las
islas británicas, marcado con un 2 y se sabe porque la presión atmosférica es superior
a 1013 mb.
3. ¿Dónde será más intenso el viento, en las islas británicas o en Andalucía? Razona la
respuesta. SOLUCIÓN: En las islas británicas las isobaras están más próximas, por
tanto la intensidad del viento será mayor (la diferencia de presión entre dos puntos
será mayor).
4. ¿Qué dirección tiene el viento en el norte de España? ¿Por qué? SOLUCIÓN: será viento
del norte, porque está bajo la influencia de un anticiclón y el viento gira en el sentido
de las agujas del reloj.
5. ¿Qué dirección tiene el viento en el punto 3, situado entre los puntos 1 y 2? SOLUCIÓN:
Habrá viento de componente sur, teniendo en cuenta que a la izquierda está el centro
de una borrasca y que el viento gira en sentido contrario a las agujas del reloj en el
hemisferio norte.
6. ¿Dónde es más probable que llueva, en Francia o en el norte de África? Razona la respuesta.
SOLUCIÓN: en Francia, debido a que está recorrida por un frente frío procedente del
Atlántico norte, cargado de humedad. Es probable que las precipitaciones sean en
forma de nieve.
BLOQUE 2- CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Concepto de contaminación
Según la Ley 38/1972, se define como la presencia en el aire de materias o forman de energía,
que impliquen riesgo, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza. Por
tanto se considera contaminante atmosférico, aquella sustancia química o forma de energía,
presentes durante un tiempo y en una concentración suficientes como para producir un efecto
mesurable en el hombre, seres vivos o materiales.
Fuentes de contaminación
En función de su origen existen dos fuentes de contaminación:
Natural: es la originada por la dinámica terrestre biológica o geológica, por ejemplo
erupciones volcánicas, tempestades de polvo, incendios naturales.
Antrópica: cuando los contaminantes liberados a la atmósfera, son originados por las
actividades humanas.
Pueden clasificarse en:
o Focos fijos, como chimeneas industriales, plantas generadoras de energía y
calefacciones, quema de vegetación para la agricultura y basuras.
o Focos móviles, como aviones, automóviles, barcos y transportes en general.
o Focos compuestos, áreas urbanas y polígonos industriales, en los que se combinan los
dos focos anteriores, o sea chimeneas fabriles y de calefacciones con los transportes.
Tipos de contaminantes
En función de la naturaleza del contaminante atmosférico que predomine, se distinguen dos
grandes tipos de contaminación:
-
Contaminantes químicos, cuando el contaminante es una sustancia química concreta.
-
Contaminación física (Formas de energía), si la contaminación se debe a cambios en las
características físicas de la atmósfera. Es el caso de las radiaciones o el ruido.
CONTAMINACIÓN QUÍMICA
Puede llevarse a cabo por dos grandes grupos de contaminantes llamados: primarios y
secundarios.
-
Contaminantes primarios: son aquellos que llegan a la atmósfera directamente desde las
fuentes emisoras perfectamente identificables, por ejemplo, los gases de las chimeneas de
las industrias, las partículas de polvo acarreadas por el viento, los gases emitidos a través de
los escapes de los automóviles, etc. Ejemplos: óxidos de carbono, de azufre, de nitrógeno,
etc.
-
Contaminantes secundarios: se originan al sufrir una serie de reacciones los contaminantes
primarios. Ejemplos: ácido sulfúrico, ácido nítrico, ozono troposférico, peroxiacetilnitrato
(PAN), etc.
1 - Contaminantes primarios
AEROSOLES
En la atmósfera existe una fracción particulada, los aerosoles, que está formada por una
mezcla de partículas sólidas y líquidas de diverso tamaño.
Las partículas sólidas proceden del suelo, de la vegetación y otros seres vivos, o son
cenizas de origen volcánico, producidas en incendios forestales o en combustiones industriales y de
automóviles. Las altas concentraciones de partículas tienen efectos nocivos para la salud humana:
desde los humos producidos por la circulación, que afectan especialmente a los enfermos con
patologías pulmonares, a los polvos producidos en canteras que pueden producir cáncer, el polvo
de sílice que produce silicosis, el polvo de carbón, antracosis.
A esta fracción pueden ir asociados metales tóxicos como el plomo (Pb), que durante
mucho tiempo se ha utilizado como aditivo para la gasolina.
Entre las partículas líquidas se pueden citar el spray marino que resulta del oleaje y las
microgotas de ácido sulfúrico y nítrico.
COMPUESTOS DEL AZUFRE
Los más representativos son: Dióxido de azufre (SO2) y el sulfuro de hidrógeno ( H2S).
El dióxido de azufre, con una vida media en la atmósfera estimada en días, se combina
fácilmente con el agua de la atmósfera dando lugar al ácido sulfúrico, que será responsable de la
lluvia ácida
Fuentes emisoras: Combustión de carburantes fósiles y en las erupciones volcánicas y
en las zonas pantanos.
Efectos: Lluvia ácida, enfermedades del aparato respiratorio y corrosión de los
materiales de construcción y afecta a la vegetación.
COMPUESTOS DE NITRÓGENO
Los más representativos son: El dióxido de nitrógeno (NO2 ), el óxido nitroso (N2O), y el
óxido nítrico (NO) y el amoníaco (NH3 ). Todos los óxidos del nitrógeno se representan con la
fórmula NOx.
Fuentes emisoras: Industria química, procesos de combustión en general, motores,
incendios forestales y erupciones volcánicas.
Efectos: Potencialmente peligrosos para la salud. Causan daños en las plantas.
COMPUESTOS DE CARBONO
Los más representativos son: el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2)
CO2, no se le solía considerar un contaminante, pero el constante incremento de
emisiones antrópicas y naturales, junto con su capacidad para aumentar el efecto
invernadero, le han convertido en una de las sustancias más preocupantes para un
futuro próximo.
CO, gas que produce muerte por asfixia tóxica.
Fuentes emisoras: combustiones incompletas (CO), y el CO2 en la respiración,
combustibles fósiles, incendios forestales, motores.
Efectos: El CO se combina con la hemoglobina y bloquea su oxigenación.
El CO2 es responsable, en parte, del aumento del efecto invernadero.
HIDROCARBUROS
Son compuestos que contienen carbono e hidrógeno, siendo el más abundante el metano
(CH4).
Fuentes emisoras:
o En la atmósfera existen de forma natural en zonas pantanosas y en áreas próximas a
los pozos petrolíferos. También en el aparato digestivo de los rumiantes
o Su origen antropogénico radica en las industrias petrolíferas, las plantas de
tratamiento de gas natural y los vehículos.
Efectos: participa de manera importante en los procesos de oxidación fotoquímica
(smog fotoquímico) y en el efecto invernadero.
METALES PESADOS
Son elementos químicos de masa atómica y densidad elevadas, presentes en la atmósfera
como partículas y en pequeñas concentraciones. Se consideran muy peligrosos, puesto que no se
degradan ni química ni biológicamente, por lo que se acumulan en las cadenas alimentarías
(bioacumulación), Entre los más nocivos se encuentran el plomo, el cadmio y el mercurio.
ELEMENTO
Berilio (Be)
Cadmio (Cd)
Plomo (Pb)
Mercurio (Hg)
Níquel (Ni)
FUENTE
EFECTO SOBRE LA SALUD
Carbón, industria (nuevos empleos Probablemente sea el más tóxico de los
propuestos en la industria energética cinco, se acumula en los pulmones
nuclear, como carburante para cohetes). acarreando beriolisis, una enfermedad
grave; es carcinógeno para ratas al ser
inhalado.
Carbón, minería del cinc, conducciones Se sospechan enfermedades cardioy tuberías de agua, humo de tabaco.
vasculares e hipertensión, en el hombre
interfiere con el metabolismo del cinc
y del cobre.
Escape de los coches (procedente de la Daños
cerebrales,
convulsiones,
gasolina), pinturas (antes de 1948, desórdenes en el comportamiento,
aproximadamente).
muerte.
Carbón, aparatos eléctricos, funguicidas Daños en nervios y muerte.
industriales.
Carburantes para motores Diesel, Propiedades carcinógenas en animales,
petróleo residual, carbón, humo de así como en el hombre al inhalarse
tabaco,
productos
químicos
y como carbolito, Ni(CO)4.
catalizadores, acero y aleaciones no
férreas.
COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES
Los PCB (policlorobifenilos), las dioxinas y los furanos
Fuentes emisoras:
o Las dioxinas y furanos se forman en el tratamiento de productos químicos clorados y
en la incineración de residuos que contienen sustancias cloradas.
o Los PCB, aislamiento eléctrico y térmico.
Efectos: alteraciones metabólicas que pueden derivar en procesos tumorales
DERIVADOS HALOGENADOS (GASES ORGÁNICOS HALOGENADOS)
Los CFCs (clorofluorcarbonados).
Fuentes emisoras: propelentes de aerosoles, extintores y en la industria del frío.
Efectos, los CFCs destruyen la capa de ozono y aumentan el efecto invernadero
2 - Contaminantes secundarios
OZONO TROPOSFÉRICO
Gas de color azulado bastante más pesado que el aire y extraordinariamente reactivo
Fuentes emisoras:
o Acción de la luz ultravioleta sobre el oxígeno.
o Acción de la luz solar sobre ciertos contaminantes (NO2 y COV)
o Descarga eléctrica en la troposfera durante las tormentas.
Efectos: irritación del aparato respiratorio, dolores de cabeza, ataca las hojas de los
vegetales, agrieta el caucho.
DERIVADOS DE LOS NOX
Como NO3, HNO3 y PAN
El HNO3 origina lluvia ácida.
Como consecuencia de las reacciones fotoquímicas entre los NOx y los hidrocarburos se
producen compuestos orgánicos como el peroxiacetilnitrato (PAN), que origina el smog
fotoquímico.
DERIVADOS DE LOS SOx
Como el H2SO4, que origina lluvia ácida
CONTAMINACIÓN FÍSICA
FORMAS DE ENERGÍA
Las formas de energía constituyen el segundo gran grupo de contaminantes y son: las
radiaciones ionizantes, el ruido y la contaminación térmica.
1. Radiaciones ionizantes. Son partículas u ondas electromagnéticas que pueden ionizar
átomos o moléculas, alterando el equilibrio químico de su estructura y sus funciones. Estas
radiaciones se clasifican en cuatro tipos: radiaciones alfa, beta, gamma y rayos X.
Las radiaciones alfa y beta son partículas cargadas eléctricamente y se diferencian
entre sí por su poder de penetración en la materia: las alfa poseen un poder de penetración
menor (una delgada hoja de papel las detiene), mientras que las beta tienen un poder mayor
(necesitan al menos una lámina de aluminio para ser retenidas) .
Los rayos X y las radiaciones gamma, al ser ondas electromagnéticas, poseen un alto
poder de penetración (decímetros para rayos X y metros para radiaciones gamma) por tanto
sus efectos sobre los seres vivos son mayores.
Fuentes: natural y antrópica (materiales radiactivos)
Cuando las radiaciones ionizantes alcanzan a los seres vivos, pueden afectar a los procesos
biológicos y provocar malformaciones genéticas, cáncer, etc. Pero también su uso bajo
control sirve para combatir enfermedades (Radioterapia).
2. Ondas sonoras
El sonido es la sensación sonora que percibe el nervio acústico a través de las diferentes
estructuras del oído.
La intensidad sonora es la cantidad de energía transportada por la onda por unidad de tiempo
y superficie.
La unidad fundamental que mide la sensación sonora, y que permite comparar el sonido
emitido por dos fuentes distintas es el belio, dado que el belio resulta una unidad muy
grande, usualmente se utiliza el decibelio (db.)
Uno de los instrumentos de medida del sonido es el sonómetro.
EMISIÓN E INMISIÓN. LA DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES
Las emisiones de los contaminantes a la atmósfera varían en función de las características de los
focos y de las condiciones es que se producen.
Se llama emisión a la liberación de contaminantes a la atmósfera por las fuentes contaminantes.
El nivel de emisión es la cantidad de cada contaminante vertido a la atmósfera en un período de
tiempo determinado. Dependiendo de las condiciones meteorológicas y de la capacidad dispersante
de la atmósfera, los contaminantes serán transportados, difundidos o atrapados en sumideros,
determinando unos niveles de inmisión que marcarán la calidad del aire.
Inmisión es la recepción de contaminantes en el medio ambiente (aire, suelo, agua) procedentes
de una fuente emisora. El nivel de inmisión, que es la concentración de contaminantes en una zona
determinada, medido en cantidad de contaminante por volumen de aire.
También se puede definir como el límite máximo tolerable de presencia de un contaminante en
la atmósfera.
Si los niveles de emisión no son adecuados, disminuye la calidad del aire y se originan los
efectos negativos de la contaminación sobre los distintos receptores (el ser humano, los animales,
los vegetales y los materiales)
Factores que influyen en la dispersión de contaminantes
Los factores que influyen en la dispersión de contaminantes son las características de las
emisiones, las condiciones atmosféricas (anticiclón o borrasca) y las características geográficas y
topográficas.
Las características de las emisiones
1. La naturaleza del contaminante: si es gas o partícula (las partículas se depositan con mayor
facilidad), su concentración, sus características fisicoquímicas, la temperatura de emisión
(cuando la temperatura de emisión de un gas es mayor que la del medio, el gas asciende) y
la velocidad de salida, dado que a una mayor velocidad existe más posibilidad de atravesar
las capas de inversión.
También la altura del foco emisor (chimenea), ya a que mayor altura, mayor posibilidad de
superar capas de inversión térmica y mayor facilidad para la dispersión del contaminante.
Las condiciones atmosféricas Las situaciones anticiclónicas dificultan la dispersión de los
contaminantes y aumentan los niveles de inmisión de los mismos. Las situaciones ciclónicas
o de borrascas facilitan la dispersión de la contaminación, al ascender el aire.
Entre los factores atmosféricos a tener en cuenta destacan:
La temperatura del aire y sus variaciones con la altura (gradientes verticales de
temperatura), que determinan los movimientos de las masas de aire y por tanto las
condiciones de estabilidad o inestabilidad atmosférica.
Los vientos relacionados con la dinámica horizontal atmosférica, tienen gran importancia
en la dispersión de contaminantes, en función de la dirección, velocidad y turbulencia. La
dirección nos señala la zona hacia la que se pueden desplazar los contaminantes, la
velocidad está en relación directa con la capacidad de dispersión y la turbulencia provoca
acumulación de contaminantes.
Precipitaciones, que producen un efecto de lavado sobre la atmósfera, al arrastrar parte de
los contaminantes al suelo.
Insolación, que favorece la formación del smog fotoquímico, sobre todo O3 troposférico.
Características geográficas y topográficas. La situación geográfica y el relieve tienen una
influencia en el origen de brisas, que arrastran los contaminantes o provocan su
acumulación.
o En las zonas costeras se originan las brisas. Durante el día, el aire se calienta más en el
continente, ascendiendo y dejando un hueco que es ocupado por una masa de aire más
fresco procedente del mar, provocando durante el día el desplazamiento de los
contaminantes hacia el interior, mientras que durante la noche, la circulación se invierte
y la contaminación se desplaza hacia el mar, en un movimiento cíclico que se repite cada
d
í
a
.
o E
n
las zonas de valles y laderas se generan las brisas de valle y de montaña. Durante el día
las laderas se calientan y se genera una corriente ascendente de aire caliente, mientras
que en el fondo del valle se acumula frío y se origina una situación de inversión que
impedirá la dispersión de los contaminantes. Durante la noche sucede lo contrario,
formándose las brisas de montaña, que también dan lugar a la misma situación.
La presencia de masas vegetales disminuye la cantidad de contaminación en el aire, al
frenar la velocidad del viento, facilitando la deposición de partículas. Además, la vegetación
absorbe CO2 para realizar la fotosíntesis, actuando como un sumidero y por tanto con una
función reguladora del mismo.
La presencia de núcleos urbanos contribuye a disminuir o frenar la velocidad del viento,
gracias a la existencia de edificios.
CONSECUENCIAS DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA. FUENTES
CONTAMINANTES. EFECTOS Y PREVENCIÓN
CONSECUENCIAS LOCALES:
1.- Islas térmicas.
En el centro de las ciudades, los edificios y el asfalto desprenden durante la noche el calor
acumulado durante el día.
En la zona central de la ciudad hay más contaminación y más calor, con lo que las masas de aire
ascienden, y al enfriarse descienden por la periferia de la ciudad, creando una circulación cíclica
local, que a modo de cúpula retiene la contaminación sobre ella y mantiene una temperatura
superior en unos grados a la de las zonas colindantes.
A este aislamiento se le conoce como isla térmica o isla de calor, que se ve favorecida por los
anticiclones y que puede ser eliminada por la presencia de frentes asociados a borrascas sobre el
núcleo urbano.
La elevación de la temperatura está causada por una suma de factores:
1. los edificios ofrecen más superficie para la absorción de la radiación solar, do forma que
durante la noche emiten radiación infrarroja (calor). Parte de este calor es retenido por la
propia contaminación creándose un efecto invernadero local. Además, los edificios frenan los
vientos suaves, por lo que los contaminantes no se dispersan y si no hay lluvias no se
depositan, originando a cierta altura una inversión térmica.
2. La falta de zonas verdes y la canalización de los ríos, reducen la transformación de la energía
solar por medio de la fotosíntesis y la evaporación.
3. La actividad doméstica genera calor, en particular el aire acondicionado, las calefacciones,
los escaparates, además del calor generado por el tráfico y la iluminación de la ciudad.
En ella la opacidad del aire inhibe tanto a la radiación entrante como a la saliente, siendo el
resultado de este balance el calentamiento de la ciudad
2.- El Smog.
El término smog, deriva de las palabras inglesas smoke —humo— y fog —niebla—). Es una
forma de contaminación originada a partir de la combinación del aire con contaminantes (humo) y
niebla en situaciones anticiclónicas (altas presiones), que provocan el estancamiento del aire y, por
lo tanto, la acumulación de los contaminantes en las capas bajas de la atmósfera.
Según sus componentes se distinguen dos tipos de smog:
Smog clásico, también llamado smog industrial o ácido. Causas en él, el principal
contaminante es el SO2 procedente de motores y calefacción. Este se oxida a SO3, que con el
vapor de agua atmosférico produce ácido sulfúrico.
Fue muy típico en grandes ciudades industriales (principalmente Londres), con clima húmedo,
con una atmósfera cargada de óxidos de azufre procedentes de la combustión del carbón en la
industria, las calefacciones y también al tráfico, formándose una atmósfera cargada de ácido
sulfúrico y una gran variedad de partículas en suspensión.
Esta espesa niebla cargada de contaminantes, es muy corrosiva y tiene efectos nocivos para el
aparato respiratorio de las personas, para los vegetales y la conservación de edificios, estatuas y otros
materiales, principalmente en las zonas urbanas. En 1.952, en Londres, murieron unas cuatro mil
personas como consecuencia de este smog llamado “puré de guisantes”.
Smog fotoquímico u oxidante. Causas: se forma cuando los óxidos de nitrógeno de la
atmósfera reaccionan con los hidrocarburos al ser excitados por las radiaciones ultravioleta, lo
que lleva a la formación de ozono, PAN (nitrato de peroxiacetileno.)
El NO (monóxido de nitrógeno), procedente de la quema de combustibles fósiles, reacciona
con el O2 (oxígeno) para formar NO2, un gas pardo-rojizo de olor axfixiante que contribuye
a enrarecer el aire de las ciudades. El NO2 puede absorber la radiación solar y escindirse
para liberar átomos de oxígeno, que se combinan con más O2, para formar ozono.
NO + O2
NO2 + hν
O + O2
NO2 + O
NO + O
O3
Efectos. El ozono es el componente más dañino del smog fotoquímico. Cuando está en
concentraciones elevadas, es un gas tóxico, un agente oxidante y frena el crecimiento de las
plantas. Irrita los ojos y puede provocar dificultades respiratorias. Es altamente reactivo y pude
afectar a los tejidos textiles y a los materiales a base de goma.
3.- Contaminación sonora.
Se produce cuando se da una intensidad o combinación de ondas acústicas que resulta molesta
para las personas, que conocemos como ruidos.
El ruido es un sonido excesivo o intempestivo que puede producir efectos fisiológicos y
psicológicos no deseados sobre las personas. Se trata, pues, de un término subjetivo, ya que cada
persona es más o menos sensible.
Causas de la contaminación sonora.
Las principales fuentes de ruido que la OMS considera son:
-
Las industrias: causado por la maquinaria que se emplea.
-
Los medios de transporte. Los automóviles, las motos, los aviones y las señales de alarma
(bocinas, sirenas).
-
Construcción de edificios y obras públicas. Las obras son causa abundante de ruido
debido a la maquinaria empleada (cementeras, grúas, martillos de perforación, etc.).
-
Viviendas: los electrodomésticos (los aparatos de radio y TV) los animales domésticos, las
tuberías, las cisternas, etc.
-
Los lugares de diversión (cafeterías, discotecas, ferias, etc.).
Efectos de la contaminación sonora.
El ruido actúa sobre el organismo por medio de las vías auditiva y psicológica, afectando a la salud,
la comunicación, la atención y el comportamiento de las personas.
-
Pérdidas de audición, que puede ser permanente o temporal
-
Aumento de la frecuencia respiratoria, aceleraciones del ritmo cardíaco, aumento de la
presión arterial y riesgo coronario. En el aparato digestivo, disminución de la secreción
salivar, náuseas, vómitos. Sobre el sistema endocrino provoca una alteración en la secreción
de las glándulas suprarrenales que ocasiona aumento en la secreción de adrenalina. Además
altera el órgano del equilibrio, lo que supone la pérdida de éste y vértigos.
-
Las alteraciones psíquicas más frecuentes son la neurosis, la irritabilidad y el estrés.
Prevención. Las medidas preventivas basan en la limitación, la reducción del ruido en la fuente
emisora y en la protección de la población más expuesta y pueden ser:
-
Reglamentaciones elaboradas por las administraciones públicas.
- Acciones directas sobre las fuentes de emisión, como limitar el nivel de actividad o reducir
su potencia sonora mediante aislamientos:
o Menor velocidad del tráfico.
o En los edificios con doble acristalamiento e insonorizaciones.
o Con pantallas acústicas.
o Con plantación de arbolado.
EFECTOS REGIONALES
La Lluvia ácida.
La lluvia normal tiene un pH ligeramente ácido, entre 5,5 y 6, debido al CO2 que contiene la
atmósfera, que al reaccionar con el vapor de agua, forma ácido carbónico, pero cuando la atmósfera
está muy contaminada con óxidos de azufre y de nitrógeno, se forman ácidos que disminuyen su pH
formándose la llamada lluvia ácida.
Causas de la formación de la lluvia ácida.
La emisión antrópica de SO2 y óxidos de nitrógeno de la industria, las centrales térmicas y el
transporte, reaccionan con el agua y el oxígeno atmosférico, originando H2SO4 y HNO3.
Estos contaminantes secundarios pueden ser transportados por el viento, ocasionando una
contaminación transfronteriza, cayendo al suelo en forma de lluvia ácida. En ausencia de lluvia,
también se puede producir la deposición seca, en forma de sulfatos y nitratos.
La lluvia ácida se transporta preferentemente en el mismo continente porque en los océanos se
frena debido a los cationes procedentes de la evaporación marina.
Efectos de la lluvia ácida.
- La corrosión de metales y descomposición de materiales de construcción.
- Acidificación de ecosistemas acuáticos. En lagos y ríos de Suecia y Noruega, entre los años
1960 y 1970, se vio que el nº de peces y anfibios iba disminuyendo de forma acelerada.
- La acidificación del suelo, sobre todo los que son pobres en calcio, como los suelos silíceos.
Puede provocar la lixiviación del calcio. Para restaurarlo se puede añadir cal al suelo.
- La acidificación del suelo, libera iones de aluminio del suelo hacia los lagos. La
combinación de ácido y aluminio en el agua mata a los peces, y deja lagos de agua cristalina
cubiertos de algas y musgos que reducen aún más la biodiversidad del agua.
- La destrucción de grandes masas forestales, sobre todo bosques de coníferas.
EFECTOS GLOBALES
1.- Incremento del efecto invernadero.
El efecto invernadero es el calentamiento de la superficie terrestre debido al papel de la
atmósfera, permitiendo la vida en la tierra al mantener una temperatura media de 15 º C.
Los componentes mayoritarios de la atmósfera, nitrógeno y oxígeno no pueden captar los rayos
infrarrojos terrestres (radiación de onda larga), siendo los componentes minoritarios, cuyas
concentraciones son muy dependientes de las actividades humanas las que realizan esta acción.
Gas
Contribución al
E. invernadero
CO2
60 %
CH4
20 %
N2O
6%
CFCs
2%
O3
2%
Otros
3%
Actividades humanas que los producen
Quema de combustibles fósiles, prácticas agrícolas que favorecen la
descomposición de humus, cementeras.
Flatulencias del ganado, fermentación de materia orgánica
(vertederos) zonas pantanosas, arrozales y fugas de gaseoductos.
Uso de fertilizantes, desnitrificación de materia orgánica, fabricación
de nylon y fibras sintéticas, subproducto de combustibles. Aviación.
Refrigerantes y aerosoles.
Óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles de zonas
urbanas.
En aumento. Gases de nueva generación, sustitutos de CFC como
hidrofluorocarbos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y SF6
hexafluoruro de azufre, de la industria del aluminio.
Causas del incremento del efecto invernadero.
Actualmente, las concentraciones de los gases del efecto invernadero en la atmósfera son más
elevadas que nunca. Los dos gases que más contribuyen son el CO2 y el metano, mientras que los
CFCs están disminuyendo en los últimos años, gracias al Protocolo de Montreal.
La concentración de estos gases depende de actividades humanas y de los ciclos biogeoquímicos
que emiten, absorben o retienen de manera natural estos gases. Así por ejemplo, el CO2, que es el
gas de mayor influencia, se fija en la fotosíntesis y se libera en la respiración aerobia, etc.
El ciclo natural del CO2, se desequilibra por las actividades humanas, especialmente la quema
de combustible fósiles, la intensa deforestación, la transformación de caliza en cemento, etc.
El metano se produce en las zonas pantanosas, en cultivos encharcados como los arrozales, en
los vertederos de residuos, fugas de oleoductos y la ganadería.
En los últimos años, debido al calentamiento global, el metano ha aumentado su concentración
como consecuencia de la fusión del permafrost, que está liberando a la atmósfera grandes
cantidades de este gas atrapado en la capa de hielo permanente.
CONSECUENCIAS DEL CALENTAMIENTO GLOBAL
El aumento de los gases efecto invernadero, está provocando un calentamiento global (global
warming) de la atmósfera terrestre, con importantes consecuencias como una mayor dinámica
atmosférica y un cambio climático en todo el mundo que originaria un ascenso del nivel del mar
por deshielo de los casquetes polares, un aumento del volumen del agua (dilatación térmica de los
océanos) al subir las temperaturas, aumento de los desiertos, huracanes de mayor intensidad,
climas más extremos, cambios en las migraciones y en la floración, y propagación de
enfermedades tropicales como el paludismo, que podrían llegar a España
EVIDENCIAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO. Informe del IPCC de 2007
Los autores de este informe recuerdan que desde que existen registros climáticos fiables a
mediados del siglo XIX, once de los doce años más calurosos se han dado desde 1995.
Sobre las razones del cambio climático, dicen que “existe una muy alta probabilidad de que se
deba a la actividad humana desde el comienzo de la era industrial” y en particular a las emisiones
de CO2, cuya concentración en la atmósfera ha llegado a 379 partes por millón en 2005. Además,
las concentraciones de CO2 han aumentado entre 1995-2005 en 1,9 ppm cada año.
Las principales evidencias constatadas son:
- La principal evidencia es el aumento de la temperatura de la atmósfera y del océano, de unos
0,7 ºC en los últimos 100 años.
- La fusión generalizada de nieve y hielo de los glaciares de todo el mundo, sobre todo en el
Ártico. Es importante destacar la fusión del permafrost, que provoca liberación de metano.
- La subida del nivel del mar de entre 2 y 3 mm anuales desde 1960 hasta hoy.
- Aumento de la frecuencia e intensidad de los ciclones tropicales (huracanes) como consecuencia
de un mayor calentamiento del agua del océano.
LOS EFECTOS DEL CALENTAMIENTO
Los expertos del IPCC, basan sus estimaciones en las investigaciones realizadas en los últimos 6
años para corregir los datos de su anterior informe de 2001.
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En los próximos 100 años, la temperatura va a aumentar en 0,2 grados por decenio. Se prevé
un aumento de 0,1 ºC por decenio aunque las emisiones se contuvieran en el nivel de 2000.
El calentamiento previsto reducirá la cobertura de nieve y los casquetes polares e incluso
no se descarta que a finales de siglo XXI el hielo se derrita completamente el Polo Norte.
La fusión del hielo y la dilatación térmica provocarán la elevación del nivel del mar, que
para finales de siglo XXI, podría situarse entre 18 y 59 cm.
Fenómenos extremos como las olas de calor y las trombas de agua seguirán siendo cada
vez más frecuentes y los ciclones o huracanes tropicales más intensos, en particular la
velocidad del viento y las lluvias asociadas.
Es "muy probable", que aumente la cantidad de precipitación en zonas de mayor latitud,
mientras que disminuirá en la mayor parte de las zonas subtropicales (en torno al 20% en
2100), de acuerdo con las tendencias observadas, provocando la extensión de los desiertos.
La conocida Corriente del Golfo, en el Atlántico norte, se ralentizará durante la actual siglo
en torno al 25 %, aunque eso no impedirá la elevación de las temperaturas en la región.
Cambios en las migraciones de aves, y en la floración y la fructificación de las plantas.
España sufrirá más sequías, más lluvias torrenciales, más calor y menos nevadas.
Métodos para reducir las emisiones de gases invernadero
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Aumentar la eficiencia en el reciclado de materiales. Aplicar la regla de las tres
erres (Reducir, Reutilizar, Reciclar).
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Sustituir tecnologías antiguas por tecnologías modernas, más eficaces, que
consumen menos energía, como los electrodomésticos de bajo consumo.
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Usar más energías renovables: eólica, solar, biomasa, hidroeléctrica, geotérmica,
maremotriz.
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Utilizar más transporte público, con vehículos de transporte eficientes y ecológicos.
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Construir Edificios bioclimáticos: viviendas y edificios que usan la energía con
mayor eficiencia, con gran ahorro energético y que utilizan energías renovables.
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Sustituir el carbón por petróleo y estos dos por gas natural, en la medida de lo
posible.
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Sustituir en lo posible, la energía procedente de combustibles fósiles, por energía
nuclear, si se logran solucionar los problemas que supone.
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Evitar la tala de bosques, sobre todo de las selvas ecuatoriales.
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Subvencionar las energías renovables.
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Impuestos y multas para las industrias o actividades muy contaminantes.
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Acuerdos intergubernamentales e internacionales, como el Protocolo de Kioto
(1997) que pretende una reducción de los gases efecto invernadero (del 5 % a nivel
mundial y del 8 % para la Unión Europea) entre 2008 y 2012, respecto a los niveles
de 1990. España podría aumentar sus emisiones un 15% (pero no lo cumple, pues las
ha aumentado en más de un 50 %).
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Políticas de Educación ambiental.
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Investigación y desarrollo para hacer disponibles las nuevas tecnologías.
2.- La Destrucción de la capa de ozono.
Como ya hemos visto, el ozono se forma y se destruye continuamente desde que la atmósfera
primitiva se fue enriqueciendo en oxígeno, como consecuencia de la fotosíntesis.
El ozono se produce básicamente en las regiones ecuatoriales (más soleadas) y es transportado
por los vientos de la estratosfera hasta los polos, donde se acumula.
En la actualidad se está produciendo un deterioro de esta capa como consecuencia de la del
aumento de los óxidos de nitrógeno y de los gases orgánicos halogenados, como los
clorofluorcarbonados (CFCs) y el bromuro de metilo. Este adelgazamiento se observa en el
Antártico (agujero de ozono), que es más visible en la primavera antártica.
Causas de la destrucción de la capa de ozono.
El ozono es transformado en oxígeno por los óxidos de nitrógeno estratosférico y el cloro.
Los óxidos de nitrógeno se producen en la atmósfera de manera natural al reaccionar el oxígeno
con el nitrógeno por la energía de los relámpagos. También se originan de forma antrópica (N2O) en
las combustiones a altas temperaturas, aviones, etc.
Los NOx no sólo actúan de catalizadores en la destrucción de oxígeno sino que pueden también
pueden reaccionar con OH- para formar HNO3.
El cloro se produce por fotolisis de los CFCs (cada átomo de cloro puede llegar a destruir hasta
100.000 moléculas de ozono.
La concentración de CFCs en la estratosfera aumentó durante muchos años, debido al uso de
estos gases en los frigoríficos, congeladores, sprays, extintores, espumas, etc. (aunque en los
últimos años, su uso se ha reducido gracias al Protocolo de Montreal)
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Fotólisis de los CFCs: CFCl3 + UV
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Destrucción del ozono: proceso que puede durar 100 años, en el que cada átomo de
cloro es capaz de destruir hasta 100.000 moléculas de ozono:
CFCl2 + Cl
Cl + O3
ClO + O
O3 + O
ClO + O2
Cl + O2
O2 + O2
• Los óxidos de nitrógeno y cloro reaccionan entre sí, originando un sumidero:
NOx + ClO
ClNO3
Mediante éste, al formarse el nitrato de cloro se protege al ozono de la acción del cloro.
El agujero de la Antárdida se debe a que durante el invierno polar, debido al frío intenso del
continente, se forman nubes estratosféricas de hielo que actúan como núcleos de condensación del
NO2 que frena la destrucción del ozono y ejerce de sumidero. En la primavera la precipitación con
la nieve de este compuesto, da lugar a una atmósfera desnitrificada y con elevada concentración de
cloro que destruye masivamente el ozono.
Efectos de la destrucción de la capa de ozono
El efecto del uso de estos gases es el progresivo adelgazamiento de la capa de ozono
estratosférico y por lo tanto del incremento de la radiación ultravioleta que llega a la superficie
terrestre, lo trae como consecuencia
-
Una mayor frecuencia de cáncer de piel (melanoma).
-
Daños oculares como cataratas.
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Debilitamiento del sistema inmune.
-
Alteraciones básicas en las cadenas tróficas, por la muerte del fitoplancton de los océanos.
Prevención.
En todos estos casos deberán de evitarse el consumo de combustibles fósiles (carbón y petróleo),
en calefacciones, centrales térmicas, tráfico y cementeras.
Habría que controlar los contaminantes (SOx, NOx y CO2) producidos por los aviones y coches,
usando menos transportes privados y más los transportes públicos.
Utilizar menos los aerosoles y controlar el uso de los CFCs en la industria.
Cumplir El Protocolo de Montreal. Es un tratado internacional diseñado para proteger la capa
de ozono reduciendo la producción y el consumo de sustancias que destruyen la capa de ozono. El
acuerdo fue negociado en 1987 y entró en vigor el 1 de enero de 1989.
LA CALIDAD DEL AIRE: VIGILANCIA Y MEDIDAS DE PREVENCIÓN Y
CORRECCIÓN
Vigilancia de la calidad del aire
Es el conjunto de sistemas y procedimientos utilizados para evaluar la presencia de agentes
contaminantes en la atmósfera, así como la evolución de sus concentraciones en el tiempo y en el
espacio, con el fin de prevenir y reducir los efectos que pueden causar sobre la salud y el medio
ambiente.
Esta vigilancia puede ser local, comunitaria, estatal, europea y mundial.
Comentamos a continuación alguno de los procedimientos:
a)
Redes de estaciones de vigilancia, constituidas por equipos manuales, que se encargan
de la toma de muestras y su análisis en el laboratorio, y por equipos automáticos de
medida continua, que suministran datos hacia un centro de control.
b)
Métodos de análisis, que comprenden procesos físicos y químicos basados en someter
las muestras de aire a ensayos para determinar los contaminantes del mismo.
c)
Indicadores biológicos de contaminación, que se basan en la sensibilidad que presentan
algunas especies de seres vivos a ciertos contaminantes gaseosos atmosféricos, cuyos
efectos permiten identificar su presencia y vigilar la evolución de la contaminación
atmosférica. Entre los contaminantes más comúnmente detectados mediante indicadores
biológicos tenemos HF, SO2 oxidantes fotoquímicos, metales pesados e isótopos
radiactivos. Entre las especies empleadas destacan los líquenes, que son muy sensibles al
SO2, HF y HCl, ya que les producen alteraciones morfológicas y fisiológicas
importantes.
Las medidas de prevención y corrección se fundamentan en:
o Disminución de las emisiones.
o Ordenación del territorio.
o Empleo de filtros.
o Sistemas de depuración.