TEMA 1 Composicion de La Atmosfera

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CONTROL DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA

TEMA 1: COMPOSICION DE LA ATMOSFERA SUBTEMA 1.1 Principales caractersticas de la atmosfera y su composicin

La atmsfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra, y que se adhiere a ella gracias a la accin de la gravedad. Esta capa contiene partculas ionizadas y partculas neutras, siendo una mezcla de gases en la cual se hallan en suspensin cantidades variables de partculas solidas y liquidas. Es difcil determinar exactamente su espesor, puesto que los gases que la componen se van haciendo menos densos con la altura, hasta prcticamente desaparecer a unos pocos cientos de kilmetros de la superficie. La atmsfera est formada por una mezcla de gases, la mayor parte de los cuales se concentra en la denominada homosfera, que se extiende desde el suelo hasta los 80-100 kilmetros de altura. De hecho esta capa contiene el 99,9% de la masa total de la atmsfera. Entre los gases que componen la atmsfera, hay que destacar el Nitrgeno (N2), el Oxgeno (O2), el Argn (Ar), el Dixido de Carbono (CO2) y el vapor de agua. En la tabla 2.1 recoge el porcentaje de volumen de aire que cada uno de ellos representa. Es importante recordar que la concentracin de estos gases vara con la altura, siendo especialmente acusadas las variaciones del vapor de agua, que se concentra sobre todo en las capas prximas a la superficie.

Tabla 1: Composicin de la atmosfera

La presencia de los gases que componen el aire es esencial para el desarrollo de la vida sobre la Tierra. Por un lado, el O2 y el CO2 permiten la realizacin de las funciones vitales de animales y plantas, y por otro, la presencia del vapor de agua y del CO2, permiten que las temperaturas sobre la Tierra sean las adecuadas para la existencia de la vida. El vapor de agua y el CO2, junto con otros gases menos abundantes como el metano o el ozono, son los llamados gases de efecto invernadero.

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SUBTEMA 1.2: Divisin de la atmsfera

La estructura de la atmsfera puede ser hecha bajo criterios distintos, dependiendo de los parmetros elegidos para ello. La estratificacin trmica podemos considerarla como la ms importante desde el punto de vista meteorolgico. Una segunda divisin de la atmsfera se hace sobre la base de un criterio elctrico, ionizacin (presencia de partculas atmicas con carga elctrica). Por ltimo, podramos dividir la atmsfera atendiendo a su composicin.

a. DISTRIBUCIN TRMICA DE LA ATMSFERA Tomando la temperatura como base, la atmsfera podemos dividirla en las siguientes capas, separadas entre ellas por sus correspondientes zonas de transicin: Troposfera: Es la capa que se encuentra en contacto con la superficie terrestre. Su espesor es variable, dependiendo de la latitud y la estacin. Es mnima en los polos (8 km), mxima en el ecuador (17 km) y de unos 13 km en latitudes medias. Su espesor depende de la temperatura sobre la Tierra. Por eso podemos encontrarnos con variaciones entre el da y la noche, continentes y mares o con la estacin del ao, siendo esta ltima la razn de que en verano sea mayor que en invierno. Resumiendo, podemos decir que la altura de la troposfera cambia constantemente debido a las variaciones de la temperatura de la atmsfera. Su estructura trmica es consecuencia de la transparencia del aire a la radiacin infrarroja solar, que puede as calentar la superficie terrestre para que esta irradie desde el suelo en forma de rayos infrarrojos de distinta longitud de onda y que esta vez s son atrapados por el vapor de agua en la troposfera. La troposfera tiene como caracterstica ms relevante la de que su temperatura decrece con la altura uniformemente a razn de 0,65C cada 100 metros de altitud. Es la capa ms inestable de la atmsfera y en su seno tienen lugar la mayor parte de los fenmenos meteorolgicos, debido fundamentalmente a que en ella se encuentra el 90% del vapor de agua y los ncleos de condensacin necesarios para la formacin de las nubes, a las variaciones de temperatura de unos lugares a otros y a los movimientos de las masas de aire en su seno.

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La disminucin de temperatura cesa alcanzado cierto nivel que constituye su lmite superior, siguiendo a continuacin una superficie de separacin llamada tropopausa, capa de transicin entre la troposfera y la estratosfera, que se encuentra en el ecuador a una altitud de 18 km con una temperatura de 80C, en latitudes medias a una altitud de 13 km y 65C de temperatura y en los polos a 8 km de altitud y una temperatura de 50C. Esta capa tiene como caracterstica principal la de manifestarse en ella las corrientes de chorro jet streams con ms intensidad. Estratosfera: Es la capa situada por encima de la tropopausa y se extiende hasta una altitud de 50 km aproximadamente. Su temperatura permanece constante o casi constante hasta el 33 km de altitud, aumentando despus hasta alcanzar en su lmite superior temperaturas semejantes a las de la superficie terrestre. La ausencia de movimientos verticales del aire, permite la estratificacin en todos sus niveles, de donde le viene el nombre. Mientras en la troposfera el enfriamiento tiene lugar de abajo hacia arriba, en la estratosfera y debido a la presencia del ozono, es de sentido inverso, ya que ste absorbe parte de la radiacin ultravioleta solar en sus niveles altos, impidiendo que alcance los inferiores. En esta capa se encuentra la mayor cantidad de ozono (oxgeno cuya molcula tiene 3 tomos) concentrado, principalmente entre los 20 y 25 km de altitud. En esta capa han sido observadas formaciones de hielo (nubes nacaradas) aunque no son, ni muy frecuente, ni abundantes. Su lmite superior es la estratopausa, as llamada a la capa de transicin entre la estratosfera y la mesosfera, situada a 50 km de altitud, con una temperatura aproximada de 18C y a partir de la cual comienza la mesosfera.

Mesosfera: Esta capa se extiende desde los 50 km de altitud a los 85 km aproximadamente. Su

temperatura decrece al principio lentamente para a partir de los 65 km hacerlo ms bruscamente, hasta llegar a 100C aproximadamente (la temperatura ms baja de la atmsfera).

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Termosfera: La caracterstica principal de esta capa es el aumento casi continuo de su temperatura,

producido por la absorcin de la radiacin extrema ultravioleta (longitudes de onda inferiores a 100 nanmetros) por el nitrgeno y el oxgeno molecular as como por la baja densidad del aire a estas altitudes, que hace que la temperatura se eleve rpidamente con la altura, alcanzando valores de 800C a unos 500 km de altitud. Exosfera: Comienza a los 500 km. Aproximadamente y se extiende ms all de los 1.000 km; est formada por una capa de helio y otra de hidrgeno. Despus de esta capa se encuentra una enorme banda de radiaciones (conocida como magnetosfera) que se extiende hasta los 55.000 km de altura, aunque no constituye propiamente un estrato atmosfrico.

b. DIVISIN DE LA ATMSFERA DESDE EL PUNTO DE VISTA FSICO/QUIMICO Un segundo criterio de divisin de la atmsfera es el basado en los procesos fsicoqumico que en ella se producen, bsicamente en la alta atmsfera, pudiendo establecerse tres capas principales: Ozonosfera: Es una capa gaseosa que se extiende aproximadamente entre los 15 km y los 80 km de altitud y cuya caracterstica como su nombre indica es el elevado contenido de ozono. La radiacin ultravioleta rompe la molcula de oxgeno (O2 = O + O). Una vez formado el oxgeno atmico, puede tener la posibilidad de combinarse con cualquiera de los gases que se encuentran a su alrededor, pero con el nitrgeno no lo hace pese a su abundancia, debido a ser muy estable. Le quedan entonces tres posibles combinaciones, consigo mismo (O + O = O2) con oxgeno molecular, produciendo ozono (O + O2 = O3 + M), representando (M), el movimiento y energa necesario, proporcionado por el choque entre ellos y finalmente la de combinarse con el propio ozono (O + O3 = O2 + O2). Como el ozono es muy inestable, se destruye fcilmente, chocando con otros tomos de oxgeno y volviendo a su estado primitivo o por la accin que la radiacin ejerce sobre l. Chapman, en su teora, distingue entre las radiaciones ultravioletas de longitud de onda comprendida entre 130 y 180 nanmetros (milmillonsima parte del metro), que

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disocian el oxgeno molecular (O2) y las de longitud de onda entre 210 y 290 nanmetros que son los que disocian el ozono. Esta cambio constante de (O2) en ozono y viceversa por procesos fotoqumicas hace que se mantenga un equilibrio por encima de los 40 km, aunque es entre los 20 y 25 kilmetros de altitud donde se va acumulando y donde finalmente se concentra la mxima densidad, al ser ms difcil su destruccin a estas alturas. Homosfera: Donde la densidad del aire disminuye rpidamente con la altura, pero manteniendo la misma proporcin de los distintos gases que la forman, debido a la existencia de una circulacin estratosfrica y troposfrica que los mezcla (mezcla turbulenta), salvo el ozono y el vapor de agua Heterosfera: A partir de los 100 kilmetros donde la composicin de la atmsfera vara debido al incremento del oxgeno atmico cuya densidad es semejante a la del oxgeno molecular y a la del nitrgeno. En esta capa las molculas de aire se acumulan de acuerdo a su fuerza de gravedad, siendo las ms pesadas las que se depositan o permanecen en las regiones bajas, mientras las ms ligeras como el hidrgeno se extienden a varios miles de kilmetros de altitud.

c. DIVISIN DE LA ATMSFERA DESDE EL PUNTO DE VISTA ELCTRICO

Atmsfera neutra: Que se extiende desde la superficie terrestre hasta los 80 kilmetros, aproximadamente.

Ionosfera: En esta zona, constituida por oxgeno (O2), la temperatura aumenta hasta los 1.000C Sus

lmites no estn muy definidos, se loc