ATMÓSFERAATMÓSFERAEstructura, composición Estructura, composición químicas, propiedades químicas, propiedades

físicasfísicas

celiacelia

La atmósfera es una capa fluida (porque está constituida principalmente por un fluido, el aire) de unos 10.000 km, de altura (límite superior estimado), según algunos autores, que rodea la Tierra.

Está formada por gases, líquidos (agua líquida en las nubes) y sólidos en suspensión (esporas, polen, cenizas, microorganismos, polvo y agua sólida en las nubes formando minúsculos cristales de hielo).

• Debido a la compresibilidad (que se puede comprimir, reduciendo su volumen) de los gases y a la atracción gravitatoria el 95% de su masa se encuentra comprimida en los primeros 15 km (es decir en la troposfera), en ellos se concentran el 80% de los gases atmosféricos (N2, O2, CO2) que posibilitan la vida.

• No obstante, las proporciones de los diferentes gases (aire) se mantienen casi inalterables hasta los 80-100 km. de altitud (homosfera), el resto tiene una composición más variable (heterosfera).

• En su límite superior (según algunos autores unos 10.000 km.) la concentración de gases es tan baja (prácticamente despreciable) que se asemeja a la del espacio exterior. Aunque, algunos autores, estiman el límite en 30.000 km, e incluso algunos en 40.000 km.

¿Qué podemos deducir de esta imagen?

El gas presente en las bolsas se expande, estamos a....

1.2 Composición química de la atmósfera

A) Componentes mayoritarios y minoritarios. (libro pág. 192)

B) Homosfera y Heterosfera.

Homosfera. Hasta los 80-100Km de altitud.

La composición del aire es homogénea, se mantienen proporciones iguales de los gases.

Heterosfera. A partir de los 80-100Km de altitud.

La composición del aire varía, ya que las proporciones de los gases no se mantienen iguales, sino que hay unos gases que abundan más que otros según la altitud.

Composición media del aire seco de la homosfera.

- Nitrógeno (N2) …………………………………………….78,083%- Oxígeno (O2) ………………………………………………20,945%- Argón (Ar)…………………………………………………..0,934%- Dióxido de carbono (CO2)……………………………….. 0,035%- Otros: Neón (Ne), Helio (He),Criptón (Kr), Hidrógeno (H2),Xenón (Xe), metano (CH4),Ozono (O3), óxidos deNitrógeno (NOx), etc. ………………………………………..0,003%

A esto habría que añadir el vapor de agua, que no se ha puesto porque varía mucho de unas zonas a otras desde el 4% al 1%

Componentes Volumen (%) Masa (%)

Nitrógeno 78,084 75,510

Oxígeno 20,946 23,150

Argón 0,934 1,280

CO2 0,033 0,046

N2

O2

CH4

H2O

Ar

Ne

HeCO2

Composición de la heterosfera.

GAS PREDOMINANTE ALTITUD

Capa de Nitrógeno molecular (N2) …………………………..Entre 100 y 200 Km.Capa de Oxígeno atómico (O)……………………………….. Entre 200 y 1000 Km.Capa de Helio (He) …………………………………………....,Entre 1000 y 3500Km.Capa de Hidrógeno atómico (H) ………………………………A partir de 3500 Km.

A mayor altura el gas predominante es más ligero (menor masa atómica)

Troposfera

Estratosfera

Elevada concentración de O3 – ozonosfera- Nubes noctilucientes de hielo .

Movimientos verticales de aire muy reducidos,pero los horizontales son muy importantes.

99.9% masa

Mesosfera 99% resto

1% resto Termosfera oionosfera

A 70km. abundan los vapores de sodio.

Partículas cargadas y no cargadas.

TROPOPAUSA

ESTRATOPAUSA

MESOPAUSA

LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERALAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA

10 - 12 km

50 km

80 km

0-500m: capa sucia.

Espesor: De 9km (Polos) a 16km (Ecuador).

Movimientos de aire verticales y horizontales.

La Tª llega a alcanzar los -140ºC.

La Tª llega a alcanzar los 1.000 ºC.

En ella se originan las estrellas fugaces.

Fenómenos meteorológicos. Efecto invernadero

80% masa atm. y 99% agua atm.

Gradiente Vertical de Tª GVT = -6’6ºC/km.

Auroras boreales y australes

LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERALAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA

Ondas absorbidas por la capa de ozono

Ionosfera/ Termosfera

Llega hasta unos 600 km aproximadamente, aquí la temperaturaaumenta hasta unos 1000ºC debido a la absorción de las radiacionessolares de onda más corta (rayos X y gamma ) llevada a cabo por lasmoléculas de nitrógeno y de oxígeno que, debido a ello, se ionizan, setransforman en cationes liberando electrones. Esto da lugar a un campo magnético terrestre entre la ionosferacargada positivamente y la superficie terrestre cargadanegativamente. Desde la ionosfera fluyen cargas positivas hasta lasuperficie terrestre y desde esta última ascienden capas negativashasta la ionosfera (tormentas).

En esta capa rebotan algunas ondas de radio emitidas desde la tierra,haciendo posible las telecomunicaciones, aunque a veces soninterferidas por las radiaciones solares.

Ionosfera/ Termosfera

El sol emite partículas subatómicas (protones y electrones) yradiaciones electromagnéticas (onda corta, visible y larga). Lamayoría de las partículas solares son desviadas por el campomagnético terrestre, por lo que no alcanzan la superficieterrestre.Sobre las zonas polares, el rozamiento de los electrones quellegan del sol contra las moléculas de esta capa produceespectaculares manifestaciones de luces y colores: son lasauroras boreales en el hemisferio norte y las auroras australesen el hemisferio sur.

Su color depende de la molécula contra la que choquen los electrones y de la presiónatmosférica. Es amarillo -verdoso cuando chocan contra las moléculas de oxígeno a bajapresión; rojo, si la colisión es a muy baja presión, azul si el impacto es contra una moléculade nitrógeno...

A) Presión atmósférica.

• Es el peso ejercido por la masa de aire atmosférico sobre la superficie terrestre.

• Casi la totalidad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeros kilómetros por encima de la superficie terrestre (debido a la fuerza de atracción gravitatoria sobre los gases), por lo que la presión atmosférica disminuye rápidamente con la altitud.

• El valor de esta presión se mide con el barómetro.A nivel del mar es 1 atmósfera o 1013 milibares, equivalente al peso de una columna de mercurio de 760 mm de altura y un cm2 de base.

• En los mapas meteorológicos, la presión atmosférica suele representarse mediante las isobaras, que son líneas que unen los puntos de igual presión.

1.3 Propiedades físicas de la atmósfera

B) Temperatura

El aire de la troposfera (capa inferior de la atmósfera) se calienta a partir del calor emitido por la superficie terrestre (radiación infrarroja).

• La temperatura es máxima en la superficie terrestre, alrededor de 15 ºC de media, y a partir de ahí comienza a descender con la altura según:

• A partir de 12 km, la temperatura asciende con la altitud hasta llegar a aproximarse a los 0-4 ºC en los 50 Km. Este incremento de temperatura está relacionado con la absorción por el ozono de la radiación solar ultravioleta.

•A partir de los 50km de altitud, la temperatura disminuye hasta alcanzar unos -100 ºC a los 80km de altitud.

• A partir de los 80 km de altitud, la temperatura va ascendiendo en altitud al absorber las radiaciones de alta energía, pudiendo alcanzar más de 1000 ºC a unos 600 Km de altitud.

• A partir de los 600 km la baja densidad de gases impide la transmisión del calor y carece de sentido hablar de temperatura.

Un Gradiente Térmico Vertical (GTV) de 6,5 ºC de descenso cada Km que se asciende en altitud (la temperatura baja 0,65 ºC cada 100m de altitud).

Hasta llegar a unos -70 ºC a los 12 Km de altitud.

PresiónTemperatura

120

100

80

60

40

20

Altu

ra (

km.)

-80 -40-60 0-20 20 6040 80

Temperatura (ºC)

Tropopausa

Estratopausa

Mesopausa

TROPOSF.

ESTRATOSF.

MESOSF.

TERMOSF.

Capa de ozono

1.4 Estructura de la atmósfera . Capas y propiedades básicas.

(libro pág. 193 y 194)

La belleza del cielo no es más que el resultado de la interacción de la LUZ del Sol con la atmósfera.

•Si dejamos pasar un rayo de sol por un prisma de vidrio. La luz se abre en un abanico de colores (se dispersa) por refracción y como resultado de esta dispersión vemos una gama de colores: violeta, azul, verde, amarillo y rojo.

•Los rayos violetas y azules, una vez desviados (difusión), chocan con partículas de aire y varían su trayectoria, y así sucesivamente: realizan, pues, una danza en zigzag en el seno del aire antes de alcanzar el suelo terrestre. Cuando, al fin, llegan a nuestros ojos, no parecen venir directamente del Sol, sino que nos llegan de todas las regiones del cielo, como en forma de fina lluvia. De ahí que el cielo nos parezca azul, mientras el Sol aparece de color amarillo, pues los rayos amarillos y rojos son poco desviados y van casi directamente en línea recta desde el Sol hasta nuestros ojos.

•Cuando existe una cantidad anormalmente elevada de aerosoles (polvo atmosférico), la luz del amanecer y del atardecer es especialmente roja.

O.L.

O.C.

Color del Sol

Atmósfera

El Sol y la Tierra emiten energía: el Sol de onda cortaSol de onda corta

(Tª = 6.000ºK) y la Tierra de onda largaTierra de onda larga (Tª = 288ºK =

15ºC).

En la atmósfera ningún gas absorbe radiación en ningún gas absorbe radiación en longitudes de onda entre 0.3 y 0.7 µmlongitudes de onda entre 0.3 y 0.7 µm, por lo que se tiene un vacío en la región de luz visible, que corresponde a una gran fracción de la radiación

solar (ventana atmosféricaventana atmosférica). Esto significa que la atmósfera es transparente a la radiación atmósfera es transparente a la radiación de onda corta del Solde onda corta del Sol, pero absorbe la radiación pero absorbe la radiación terrestre de onda largaterrestre de onda larga, por lo tanto la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino que se calienta desde el suelo hacia arriba. Mientras más lejos se está del radiador (la superficie de la Tierra), es mas fría, esto explica la disminución de la temperatura con la altura en la troposfera (GVT).

O.L.

Balance energético Balance energético de la radiación solarde la radiación solar

2. Actividad reguladora y protectora de la atmósfera.

2.1 El balance de radiación solar.

La Tierra tiene una temperatura media constante en el tiempo (unos 15ºC), por lo que existe un balance de radiación nulo entre la cantidad de radiación solar entrante y la radiación terrestre saliente, si no se calentaría y enfriaría continuamente.

De la radiación total proveniente del sol:

- un 30% es reflejada (albedo) por las nubes (17%), superficie terrestre (5%) y por la dispersión hacia el espacio por gases, polvo,…(8%)

• el 25% es absorbida por la atmósfera por el ozono estratosférico y por el vapor de agua (4%), por el agua líquida (19%). La radiación absorbida por la atmósfera (recibida tanto de la radiación solar como desde la superficie terrestre) es devuelta al espacio en forma de radiación de onda larga.

- un 45% es absorbida por la superficie (océanos > continentes), este calor saldrá de la superficie lenta y gradualmente hacia la atmósfera en forma de calor latente asociado a la evaporación, a la emisión de onda larga (radiación infrarroja), y a la convección y conducción térmica.

Ver gráfica del libro pág. 196

Directa

Difusa

Absorbida

Reflejada por las nubes

Reflejada por la Tierra

Hielo y nieve, máxima reflexión

Océanos, absorción

Luz visibleUltravioleta Infrarrojo

Nubes

Nubes

Albedo

Calentamiento

Radiación terrestre

Absorción (E. invernadero)

Albedo

Pérdida al espacio

Absorc. y contrarrad.

(E. invern.)

Toda la energía absorbida por la superficie terrestre se libera mediante la emisión de radiación térmica de onda larga y mediante procesos convectivos (calor latentecalor latente y calorcalor sensiblesensible).

Calor latenteCalor latente: calor absorbido o liberado en los cambios de estado sin variar la temperatura

Calor sensibleCalor sensible: es el que aumenta la temperatura de los cuerpos y que puede ser medido con un termómetro

Latente Latente (25%)(25%)

Sensible Sensible (7%)(7%)

CONVECCIÓN

O. L. O. L. (18%)(18%)

Contrarradiación Contrarradiación (96%)(96%)

114 %114 %

Como hemos visto, el balance de radiación solar depende, además, de la radiación incidente, de la estructura y composición química de la atmósfera, propiciando unas condiciones térmicas especiales en la Tierra que la hacen apta para la vida.

2.2 Función protectora: la atmósfera como filtro protector.

La atmósfera absorbe de manera selectiva las radiaciones de diferentes longitudes de onda que nos llegan del Sol. De esta forma, la temperatura en la atmósfera va ascendiendo y descendiendo, determinando así su estructura en capas con diferentes temperaturas y características.

- En la ionosfera se absorben las radiaciones de onda corta y alta energía, rayos X, rayos gamma y parte de la radiación ultravioleta, todas ellas muy perjudiciales para la vida.

- En la ozonosfera (capa de la estratosfera) se absorbe gran parte de la radiación ultravioleta.

- Las radiaciones correspondientes al espectro visible atraviesan la atmósfera yalcanzan la superficie terrestre, se deduce que la atmósfera es casi transparente a dichas radiaciones y no experimenta un calentamiento apreciable al ser atravesada por las mismas.

- Las radiaciones infrarrojas y las de menor energía, son absorbidas por el CO2 y el vapor de agua atmosféricos y ocasionan un aumento de la temperatura atmosférica.

2.3 Función reguladora del clima por la atmósfera: variaciones del albedo, efecto invernadero y circulación general del aire.

La atmósfera, en líneas generales, contribuye a la regulación del clima terrestre de las siguientes formas:

- por el día refleja (albedo) y absorbe parte de la radiación solar, evitando el sobrecalentamiento de la superficie del planeta.

- además, absorbe parte de la radiación infrarroja que emite la superficie, evitando que se enfríe bruscamente por la noche, ya que, parte de ese calor vuelve a la Tierra como contrarradiación (efecto invernadero).

- y por último, la circulación del aire tiende a compensar los desequilibrios de temperatura originados por la diferente insolación en distintas zonas del planeta. (movimientos de masas de aire verticales y horizontales; libro pág. 191 y 192)

Recordar concepto y bucle del albedo. Pag. 20 del libro.

Recordar efecto invernadero. Pág. 19 del libro.

Circulación general del aire: la circulación general de la atmósfera redistribuye la energía solar que llega a la Tierra, disminuyendo las diferencias de temperatura entre el ecuador y las latitudes más altas; participa en el balance de calor con los grandes sistemas de vientos, huracanes y ciclones que transportan calor desde las zonas tropicales hacia los polos y frío desde zonas polares hacia el ecuador.

Curiosidad: las ¾ partes de la superficie de la Tierra están cubierta de agua, el agua absorbe muy bien la radiación solar y mediante las corrientes marinas cálidas (desde el ecuador hacia las altas latitudes) y frías (desde los polos hacia las latitudes más bajas) regulan el clima de manera mucho más eficaz que la atmósfera. Tanto el transporte oceánico como atmosférico están regulados por un bucle de realimentación negativa. Pág. 191 del libro.

Transporte oceánico y atmosférico

Contraste térmico __

ANGULO DE INCIDENCIA DE LA RADIACION SOLAR

Aire descendente en los polos fríos y ascendente en las latitudes ecuatoriales cálidas

NO TIENE EN CUENTA LA ROTACIÓN DE LA TIERRA

• Debido al giro de la Tierra (efecto coriolis), al rozamiento con la superficie y a la distribución de tierra y continentes el flujo es mucho más complejo.

A

0º

30º

60º

B B B

B B

A A A

B

Alisios del NE

Ponientes

Levantes polares

C. Polar

C. H

adle

y

C. Ferrell

Jet stream

Jet subtropical

Frente polar

http://es.youtube.com/watch?v=wizw0tMCpkw

3. INVERSIONES TÉRMICAS.

CONCEPTO: En la troposfera la temperatura disminuye con la altura (GTV= ↓ 0,65 ºC/ 100m), en la parte más baja el aire es más cálido y por lo tanto, menos denso, por lo que tiende a ascender, mientras que en la parte más alta el aire frío es más denso y tiende a descender por otro lugar donde no haya ascenso de aire cálido.

Pero podemos encontrar zonas en la troposfera en las que, existen perturbaciones en el GTV, la temperatura aumenta con la altura, a este hecho se le llama inversión térmica que impide el ascenso del aire situado abajo (más frío y por tanto más denso).

Las inversiones térmicas son muy negativas para los episodios de contaminación impidiendo la dispersión de la contaminación atmosférica, ya que impide los movimientos verticales de masas de aire.

Dicho de otra manera, si con la altura la temperatura va disminuyendo en suficiente proporción, los contaminantes ascenderán con el aire y según lo hagan se irán expandiendo, disminuyendo su concentración, hasta alcanzar la estratosfera, donde los vientos en altura los dispersarán totalmente.

Por el contrario, hay dificultad para que se produzca la dispersión de los contaminantes cuando no hay corrientes ascendentes de aire. Una situación especialmente grave se da cuando hay inversión térmica, ya que los contaminantes quedan atrapados cerca de la superficie. Sin vientos importantes, temperaturas bajo cero y una gran estabilidad atmosférica no hay dispersión de contaminantes.

El aire de las chimeneas no puede ascender

por una capa de inversión térmica

DESARROLLO: Las inversiones térmicas se suelen producir en invierno, cuando las noches son más largas y la superficie terrestre se enfría mucho, provocando que el aire en contacto con la superficie se enfríe más rápidamente que el aire situado por encima.

Este fenómeno se favorece en ausencia de nubes y de viento (la ausencia de nubes durante la noche produce un rápido enfriamiento, pues las nubes actúan de pantalla, evitando que el calor almacenado durante el día escape rápidamente). Con anticiclones es más probable que se desarrollen situaciones de inversión térmica (los anticiclones producen ausencia de nubes).

La situación se puede agravar si se forma niebla (nubes a ras del suelo), pues los contaminantes reaccionan con el agua de la niebla produciendo sustancias más dañinas como ácidos, el frío favorece la niebla pues a menor temperatura el vapor de agua se condensa formando gotas de agua en suspensión (niebla), la niebla reduce la visibilidad con lo que al amanecer tarda más el Sol en calentar la superficie para romper la inversión térmica.

La inversión térmica se rompe cuando la radiación solar llega a la superficie terrestre con la suficiente intensidad y duración como para calentarla, calentándose también el aire próximo. De esta forma se establece el GTV normal y la posibilidad de que se produzca un ascenso del aire.

La inversión por subsidencia generalmente está asociada con los anticiclones. El aire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación que sigue la dirección de las agujas del reloj. A medida que el aire desciende, la mayor presión existente en altitudes menores lo comprime y calienta en el gradiente vertical adiabático seco.

Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia se eleva a cientos de metros sobre la superficie.

Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia desciende debido al enfriamiento del aire superficial.

INVERSIÓN TÉRMICA POR SUBSIDENCIA

Los días despejados y sin nubes característicos de los anticiclones propician las inversiones por radiación, de modo que se puede producir una inversión superficial durante la noche y una elevada durante el día. Si bien la capa de mezcla que se encuentra debajo de la inversión puede variar diariamente, nunca será muy profunda.

Otras formas posibles de desarrollo de una inversión térmica:

- por el movimiento de una masa de aire desde una zona cálida a otra fría (el aire frío se sitúa abajo por ser mas denso y el aire cálido se sitúa a mayor altura por ser menos denso)

-por el choque de dos masas de aire con humedad, presión y temperaturas diferentes (una masa polar y otra tropical).

(Ver comentario inversión térmica en la pág. 198 del libro)

Inversión relacionada tanto con los frentes fríos como con los cálidos. En el avance de cada frente, el aire cálido desplaza al frío, de modo que se produce una circulación vertical mínima en la capa de aire frío más cercana a la superficie .

La fuerza de la inversión depende de la diferencia de temperatura entre las dos masas de aire.

Como los frentes se mueven horizontalmente, los efectos de la inversión generalmente duran poco y la falta de movimiento vertical suele compensarse con los vientos relacionados con el paso frontal.

Sin embargo, cuando los frentes se vuelven estacionarios, las condiciones de inversión pueden prolongarse.

INVERSIONES TÉRMICAS ADVENTICIAS O FRONTALES

4. Contaminación atmosférica

Tema 10 del libro pág. 234.

4.1 Concepto

4.2 Fuentes de la contaminación

Tema 10 del libro pág. 234 y 235.

4.3 Tipos de contaminantes

Tema 10 del libro desde pág. 236 a pág. 240 y fotocopias.

4.4 Dispersión de contaminantes

Tema 10 del libro pág. 234.