LA ATMÓSFERA

Capa gaseosa que rodea al planeta Tierra, se divide teóricamente en varias capas concéntricas sucesivas. Estas son, desde la superficie hacia el espacio exterior: troposfera, tropopausa, estratosfera, estratopausa, mesosfera y termosfera.

La atmósfera es uno de los componentes más importantes del clima terrestre. Es el presupuesto energético de ella la que primordialmente determina el estado del clima global, por ello es esencial comprender su composición y estructura. Los gases que la constituyen están bien mezclados en la atmósfera pero no es físicamente uniforme pues tiene variaciones significativas en temperatura y presión, relacionado con la altura sobre el nivel del mar.

La troposfera o baja la atmósfera, es la que en íntimo contacto con la superficie terrestre y se extiende hasta los 11km. s.n.m. en promedio. Tiene un grosor que varía desde 8km. en los polos hasta 16km. en el ecuador, principalmente debido a la diferencia de presupuesto energético en esos lugares. Abarca el 75% de la masa de gases totales que componen la atmósfera, el 99% de la masa de la atmósfera se encuentra bajo los 30km. s.n.m. Consta en particular, en 99% de dos gases, el Nitrógeno (N2, 78%) y oxigeno (O2, 21%). El 1% que resta consta principalmente de Argón (Ar, @1%) y Dióxido de Carbono (CO2,0,0,35%). El aire de la troposfera incluye vapor de agua en cantidades variables de acuerdo a condiciones locales, por ejemplo, desde 0,01% en los polos hasta 5% en los trópicos. La temperatura disminuye con la altura, en promedio, 6,5º C por kilómetro.

La mayoría de los fenómenos que involucran en el clima ocurren en esta capa de la atmósfera, en partes sustentando por procesos convectivos que son establecidos por calentamiento de gases superficiales, que se expanden y ascienden a niveles más altos de la troposfera donde nuevamente se enfrían. Esta capa incluye además los fenómenos biológicos.

La tropopausa marca el límite superior de la troposfera, sobre la cual la temperatura se mantiene constante antes de comenzar nuevamente a aumentar por sobre los 20 Km. s.n.m. Esta condición térmica, evita la convección del aire y confina de esta manera el clima a la troposfera.

La capa por sobre la tropopausa en la que la temperatura comienza a ascender se llama estratosfera, una vez que se alcanzan los 50 Km. de altura, la temperatura ha llegado a los 0º C. Por lo tanto se extiende desde lo 20 Km. hasta 48-50 Km. s.n.m. Contiene pequeñas cantidades de los gases de la troposfera en densidades decrecientes proporcional a la altura. Incluye también cantidades bajísimas de ozono (03) que filtran el 99% de los rayos ultravioletas (UV) provenientes de las radiaciones solares. Es esta absorción de UV la que hace ascender la temperatura hasta cerca de lo 0º C. Este perfil de temperaturas permite que la capa sea muy estable y evita turbulencias, algo que caracteriza a la estratosfera. Esta, a su vez, esta cubierta por la estratopausa otra inversión térmica a los 50 Km.

La mesosfera se extiende por encima de los 50 Km. , la temperatura desciende hasta los -100º C a los 80 Km. su límite superior.

Por sobre los 80 Km. s.m.n., por encima de la mesosfera, se extiende la termosfera, en ella la temperatura asciende continuamente hasta sobre los 1000º C. Por la baja densidad de los gases a esas altitudes no son condiciones de temperatura comparables a las que existirían en la superficie.

COMPOSICIÓN ATMOSFÉRICA

Es una mezcla de varios gases y aerosoles (partículas sólidas y líquidas en suspensión), forma el sistema ambiental integrado con todos sus componentes. Entre sus variadas funciones mantiene condiciones aptas para la vida. Su composición es sorprendentemente homogénea, resultado de procesos de mezcla, el 50% de la masa está concentrado por debajo de los 5 Km. s.n.m. Los gases más abundantes son el N2 Y O2. A pesar de estar en bajas cantidades, los gases de invernadero cumplen u rol crucial en la dinámica atmosférica. Entre estos contamos al CO2, el metano, los óxidos nitrosos, ozono, halocarbonos, aerosoles, entre otros. Debido a su importancia y el rol que juegan en el cambio climático global, se analizan a continuación.

Diagrama de flujos energéticos atmosféricos (Miller, 1991)

Previamente es importante entender que el clima terrestre depende del balance energético entre la radiación solar y la radiación emitida por la tierra. En esta reirradiación, sumada a la emisión de energía geotectónica, los gases invernaderos juegan una rol crucial.

Al analizar los gases atmosféricos, incluidos los gases invernaderos, es importante identificar las fuentes, reservorios, o sinks y el ciclo de vida de cada uno de ellos, datos cruciales para controlar la contaminación atmosférica.

Una fuente es el punto o lugar donde un gas, o contaminante, es emitido o sea, donde entran a la atmósfera. Un reservorio o sink, es un punto o lugar en el cual el gas es removido de la atmósfera, o por reacciones químicas o absorción en otros componentes del sistema climático, incluyendo océanos, hielos y tierra. El ciclo de la vida denota el período promedio que una molécula de contaminante se mantiene en la atmósfera. Esto se determina por las velocidades de emisión y de captación en reservorios o sinks.

El aumento de gases invernaderos atmosféricos ha incrementado la capacidad que tiene para absorber ondas infrarrojas, aumentando su reforzamiento radiativo, que aumenta la temperatura superficial. Este fenómeno se mide en watts por metro cuadrado ( W / m²).

DIÓXIDO DE CARBONO

Es el más importante de los gases menores, involucrado en un complejo ciclo global. Se libera desde el interior de la Tierra a través de fenómenos tectónicos y a través de la respiración, procesos de suelos y combustión de compuestos con carbono y la evaporación oceánica. Por otro lado es disuelto en los océanos y consumido en los procesos fotosintéticos. En la actualidad su concentración ha llegado a 359 ppmv (partes por millón volumen), producto de la acción antropogénica: quema de combustibles fósiles y materia orgánica en general.

Fuentes naturales: respiración, descomposición de materia orgánica, incendios forestales naturales.

Fuentes antropogénicas: quema de combustibles fósiles, cambios en uso de suelos (principalmente deforestación), quema de biomasa, manufactura de cemento.

Sink: absorción por las aguas oceánicas, y organismos marinos y terrestres, especialmente bosques y fitoplancton.

Ciclo de vida: entre 50 y 200 años.

METANO

Otro gas de invernadero, CH4, el metano es producido principalmente a través de procesos anaeróbicos tales como los cultivos de arroz o la digestión animal. Es destruida en la baja atmósfera por reacción con radicales hidroxilo libres (-OH). Como el CO2, sus concentraciones aumentan por acción antropogénica directa e indirecta.

Fuentes: naturalmente a través de la descomposición de materia orgánica en condiciones anaeróbicas, también en los sistemas digestivos de termitas y rumiantes. Antropogénicamente, a través de cultivos de arroz, quema de biomasa, quema de combustibles fósiles, basureros y el aumento de rumiantes como fuente de carne.

Sink: reacción con radicales hidroxilo en la troposfera y con el monóxido de carbono (CO) emitido por acción antropogénica.

ÓXIDO NITROSO

El óxido nitroso (N2O) es producido por procesos biológicos en océanos y suelos, también por procesos antropogénicos que incluyen combustión industrial, gases de escape de vehículos de combustión interna, etc. Es destruido fotoquímicamente en la alta atmósfera.

Fuentes: producido naturalmente en océanos y bosques lluviosos. Fuentes antropogénicas, producción de nylon y ácido nítrico, prácticas agriculturales, automóviles con convertidores catalíticos de tres vías, quema de biomasa y combustibles.

Sink: reacciones fotolíticas, consumo por los suelos puede ser un sink pequeño pero no ha sido bien evaluado.

OZONO

El ozono (O3) en la atmósfera filtra los UV dañinos para las estructuras biológicas, es también un gas invernadero que absorbe efectivamente la radiación infrarroja. La concentración de ozono en la atmósfera no es uniforme sino que varia según la altura. Se forma a través de reacciones fotoquímicas que involucran radiación solar, una molécula de O2 y un átomo solitario de oxígeno. También puede ser generado por complejas reacciones fotoquímicas asociadas a emisiones antropogénicas y constituye un potente contaminante atmosférico en la troposfera superficial. Es destruido por procesos fotoquímicos que involucran a raciales hidroxilos, Nox y cloro (CL, CIO). La concentración es determinada por un fino proceso de balance entre su creación y su destrucción. Se teme su eliminación por agentes que contienen cloro (CFCs), que en las alturas estratosféricas, donde está la capa de ozono, son transformadas en radicales que alteran el fino balance que mantiene esta capa protectora (GCCIP, 1997).

HALOCARBONOS

Clorofluorocarbonos: Compuestos mayormente de origen antrópico, que contienen carbono y halógenos como cloro, bromo, flúor y a veces hidrógeno. Los clorofluorocarbonos (CFCs) comenzaron a producirse en los años 30 para refrigeración. Posteriormente se usaron como propulsores para aerosoles, en la fabricación de espuma, etc. Existen fuentes naturales en las que se producen compuestos relacionados, como los metilhaluros.

No existen sinks para los CFCs en la troposfera y por motivo de su casi inexistente reactividad son transportadas a la estratosfera donde se degradan por acción de los UV, momento en el cual liberan átomos libres de cloro que destruyen efectivamente el ozono.

Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) e Hidrofluorocarbonos (HFCs): compuestos de origen antrópico que están usándose como sustitutos de los CFCs, sólo considerados como transicionales, pues también tienen efectos de gas invernadero. Estos se degradan en la troposfera por acción de fotodisociación.

Por la larga vida que poseen son gases invernadero miles de veces más potentes que el CO2.

AGUA

El vapor de agua es un constituyente vital de la atmósfera, en promedio 1% por volumen, aunque con variaciones significativas en las escalas temporales y espaciales. Por su abundancia es el gas de invernadero de mayor importancia, jugando un rol de vital importancia en el balance global energético de la atmósfera.

AEROSOLES

La variación en la cantidad de aerosoles afecta también el clima. Incluye polvo, cenizas, cristales de sal oceánica, esporas, bacterias, etc. Sus efectos sobre la turbidez atmosférica pueden variar en cortos períodos de tiempo, por ejemplo luego de una erupción volcánica. En el largo plazo, los efectos son bastantes equilibrados debido al efecto natural de limpieza atmosférica, aunque el proceso nunca es completo. Las fuentes naturales se calculan que son 4 a 5 veces mayores que las antropogénicas. Tienen el potencial de influenciar fuertemente la cantidad de radiación de onda corta que llega a la superficie terrestre.

CONCLUSIÓN

Como conclusión la atmósfera está principalmente constituida por nitrógeno, oxígeno y algunos otros gases traza y aerosoles que regulan el sistema climático, al regular el balance energético entre la radiación solar incidente y la radiación terrestre que se emite. La mayor parte de la atmósfera se encuentra por debajo de los 10 Km., en la troposfera, en la que el clima terrestre opera, y donde el efecto invernadero opera en forma más notoria. Por encima de ella se encuentran capas que son definidas por sus temperaturas.

Chilean Eagles College

Depto. de Física

La Florida___________

“LA ATMÓSFERA TERRESTRE

Y SUS

COMPONENTES”

Integrantes:

Curso : 2 º A

BIBLIOGRAFÍA

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Y toda esta información recopilada en un trabajo realizado durante el curso de Tópicos de Ciencias Ambientales del Primer semestre del Programa de Doctorado en Ciencias Ambientales, Centro EULA-CHILE. Realizado por Mogens Gallardo.

www.proinco.net/staff/mogens/cambioglobal

INDICE

La Atmósfera.........................................................................................

Composición Atmosférica....................................................................

Dióxido de Carbono..............................................................................

Metano..................................................................................................

Óxido Nitroso........................................................................................

Ozono...................................................................................................

Halocarburos........................................................................................

Agua.....................................................................................................

Aerosoles.............................................................................................

Conclusión...........................................................................................