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 atmósfera primitiva, que era una 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.
Composición de la Atmósfera
a) Aire: formado por una mezcla de gases. En el aire puro y seco son:
- Mayoritarios: N2, O2, Argón y CO2.
- Minoritarios: CH4, NH3, NO2, N2O, SO2, O3, CO, Hidrocarburos, gases nobles, etc.
- Variables: vapor de agua.
b) Aerosoles: formados por partículas sólidas y líquidas en suspensión. Las partículas en suspensión se concentran en la parte baja de la atmósfera.
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.
Estructura de la Atmósfera
Troposfera
Alcanza hasta aproximadamente los 50 Km, donde se sitúa la Estratopausa. Se encuentra la capa de ozono, que tiene un papel fundamental, ya que absorbe la radiación ultravioleta.
Mesosfera
Entre los 50 y 80 km de altura donde se sitúa la mesopausa y contiene sólo el 0,1% masa total del aire. 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.
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 gamma que provocan su ionización. Este fenómeno trae como consecuencia el aumento de temperatura que llega a alcanzar más de 1000ºC.
Exosfera
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.
Radiación Solar
a) La radiación visible, comprendida entre los 0,4-0,7 micras. 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
c) Los rayos X y los rayos 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.
La Radiación Terrestre
La superficie terrestre, al calentarse, emite radiación infrarroja de onda larga (calor).
Función Protectora y Reguladora de la Atmósfera
Atmósfera como Filtro Protector
- Las capas altas 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 más letales para la vida, llegando solo una mínima cantidad a la superficie.
Atmósfera como Reguladora del Clima
- 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 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 redistribuye la energía solar que llega a la Tierra, disminuyendo las diferencias entre el Ecuador y las latitudes altas (zonas polares).
El Smog
Es una forma de contaminación 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.
Tipos de Smog
- Clásico: el principal contaminante es el SO2 de motores y calefacción. Este se oxida a SO3, que con el vapor de agua atmosférico produce ácido sulfúrico. Esta espesa niebla cargada de contaminantes, es muy corrosiva y tiene efectos nocivos en todos los sentidos.
- 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).
Lluvia Ácida
La lluvia normal tiene un pH ligeramente ácido, debido al CO2 que contiene la atmósfera, pero cuando la atmósfera está muy contaminada con óxidos de azufre y de nitrógeno, se forman ácidos que disminuyen su pH formándose la lluvia ácida.
Causas de la Formación
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.
Efectos de la Lluvia Ácida
- La corrosión de metales y descomposición de materiales de construcción.
- Acidificación de ecosistemas acuáticos.
- La acidificación del suelo, sobre todo los que son pobres en calcio, como los suelos silíceos. Puede provocar la lixiviación del calcio.
- La destrucción de grandes masas forestales.
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 15ºC. 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.
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, 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. 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. La inversión térmica se termina 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.
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 no es constante, sino que es máximo en los polos y mínimo en el ecuador. Este 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 en sentido de las agujas del reloj.
En el hemisferio sur ocurre lo contrario.
Frentes
- 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. Estas últimas son nubes de desarrollo horizontal, nubes bajas que producen lluvias persistentes.
- 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, originando precipitaciones en forma de tormenta.
Isla de Calor
En la zona central de las ciudades hay más contaminación y más calor, debido a los edificios, tráfico, asfalto… 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 y mantiene una temperatura superior en unos grados a la que existe en la periferia de la ciudad. Los anticiclones favorecen la formación de islas térmicas.
Protocolo de Montreal (1987)
Tratado internacional para proteger la capa de ozono reduciendo la producción y el consumo de sustancias que lo destruyen (CFCs…). Se aceptaron reducir los niveles de consumo y producción de CFCs según el desarrollo económico de los países. Si se cumpliera la capa podría recuperarse para 2050.
Origen de la Contaminación
Fuentes de Contaminación
- Naturales: erupciones volcánicas e incendios.
- Antropogénicas:
- Calefacciones.
- Transporte.
- Industria (centrales térmicas…).
- Agricultura.
- Incineración de residuos sólidos urbanos.
Problemas Medioambientales
- Destrucción de la capa de ozono.
- Smog industrial y fotoquímico.
- Inversión térmica.
- Isla de calor.
- Lluvia ácida.
- Cambio climático.
- Calentamiento global.
- Aumento del efecto invernadero.
Contaminante
Cualquier sustancia, en el estado que sea, en concentraciones superiores a lo normal, que tiene efecto perjudicial.
Tipos de Contaminantes
:a) s.quimicas:c.primarios:(proceden de fuentes de emision)CO,CO2,NO,NO2,N20,SO2,CFCs..)C.secundarios:(originados en el aire x interaccion entre 2 o mas contaminantes primarios)O3,SO3,NO3,H2SO4,HN3.b)Formas de energia:radiacciones:Ionizantes(alfa,beta,gamma y rayos x)No ionizantes(UV,infrarrojos,radiofrecuencias y microondas.Ruido.
Dispersion contaminantes:Se llama emisión a la liberación de contaminantes a la atm. por ls fuentes contaminantes.El nivel d emisión es la cantidad d cada contaminante vertido a la atm. en un período d tiempo determinado.Dependiendo de las condiciones meteorológicas y de la capacidad dispersante d la atm,ls contaminantes serán transportados, difundidos o atrapados en sumideros,determinando unos niveles de inmisión que marcarán la calidad del aire.Inmisión es la recepción d contaminantes en el medio ambiente procedentes
de una fuente emisora.También se puede definir como el límite máximo tolerable de presencia de un contaminante en la atmósfera.
Contaminacion x fuentes:Puntual:cuando se puede identificar ls fuentes de emision(tubo escape..)no puntual:cuando no podemos identificar ls fuents d emision(cont.difusa d cultivos con pesticidas).