Curso Física de la Atmósfera

Transcripción

1 Curso Física de la Atmósfera Lección Nro. 1 Unidad Nro. 1 Composición de la Atmosfera La atmósfera (del griego atmos= vapor y sphaira=esfera) es la envoltura gaseosa de nuestro planeta. La materia constitutiva de la misma, el aire, no es un elemento químico simple, sino una mezcla de elementos y combinaciones químicas que no reaccionan entre sí, los cuales, además, contienen en suspensión gran variedad de productos sólidos y líquidos en finísimas gotas o partículas, desde materia orgánica (polen, productos de combustión, etc.) hasta iones y material radiactivo, pasando por la abundante gama de agentes contaminantes que polucionan las ciudades y las zonas industriales. La composición del aire de la troposfera, que permanece casi constante, se recoge en la tabla 1. En atención a sus propiedades térmicas, en la atmósfera se distinguen varias regiones (ver fig. 1). Desde la superficie de la Tierra hasta el Espacio son las siguientes:

2 Estructura térmica de la Atmósfera Figura 1

3 Nota: La relación entre los grados Celsius ( 0 C) y la temperatura Kelvin (K) es: K= 0 C + 273,15 Tropósfera Parte inferior de la atmósfera donde se concentra la mayor parte de la masa (75%), así como la totalidad de la humedad y de las partículas de polvo. Tiene un espesor variable, máximo en el ecuador (16 km) y mínimo en los polos (8 km). En ella se desarrollan todos los fenómenos meteorológicos (vientos, lluvias, etc.). La temperatura es decreciente con la altura con un fuerte gradiente, del orden de 6,5 0 C/km, hasta llegar a una temperatura de 50 0 C. En su parte final existe una pequeña capa de transición denominada tropopausa. Estratósfera Se extiende desde la tropopausa hasta unos 50 Km de altura. Es una zona caracterizada por una estratificación muy estable, con temperaturas constantes y sin movimientos verticales. En esta capa se acumula la mayor parte del ozono del aire que detiene las radiaciones ultravioleta que son nocivas para el hombre, aumentando la temperatura hasta los 0 0 C. La capa de transición hacia la mesosfera se denomina estratopausa. Mesósfera Está comprendida entre los 50 y los 80 km de altura aproximadamente y es una capa caliente debido a la absorción de radiaciones ultravioletas. Existe una temperatura casi constante de 0 0 C. Aunque en su parte final se alcanzan los 80 0 C. Termina en la llamada mesopausa. Termósfera En ella la temperatura aumenta sin interrupción, hasta llegar a los C a unos 500 km de altitud. Finaliza en la termopausa, donde da comienzo la Exósfera, zona exterior, ilimitada, de la atmósfera. Está formada por moléculas sueltas cuya concentración va disminuyendo progresivamente hasta que se convierte en espacio interplanetario. Convencionalmente se fija el límite externo de la atmósfera en los 2000 km.

4 De acuerdo a los cambios Físico Químicos tenemos: La Ozonósfera Se denomina capa de ozono, u ozonósfera, a la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 50 km de altitud, reúne el 90% del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97% al 99% de la radiación ultravioleta de alta frecuencia. El equilibrio dinámico del ozono Ciclo del Ozono: El ozono se produce mediante la siguiente reacción: O 2 + hν > O + O 2 O + O 2 > O 3 E=hν, E= energía de un fotón o paquete de luz, h=6,63x10 34 J.s (Constante de Planck), ν=frecuencia del fotón (Hz = s 1 ) Es decir, el oxígeno molecular que se encuentra en las capas altas de la atmósfera es bombardeado por la radiación solar. Del amplio espectro de radiación incidente una determinada fracción de fotones cumple los requisitos energéticos necesarios para catalizar la rotura del doble enlace de los átomos de oxígeno de la molécula de oxígeno molecular. Posteriormente, la radiación solar convierte una molécula de ozono en una de oxígeno biatómico y un átomo de oxígeno sin enlazar: O 3 + hν > O 2 + O Durante la fase oscura, (la noche de una determinada región del planeta) el oxígeno monoatómico, que es altamente reactivo, se combina con el ozono de la ozonosfera para formar una molécula de oxigeno biatómico: O 3 + O > 2O 2 Para mantener constante la capa de ozono en la estratosfera esta reacción fotoquímica debe hacerse en perfecto equilibrio, pero estas reacciones son fácilmente perturbables por moléculas, como los compuestos clorados (como los clorofluorocarbonos) y los compuestos bromurados.

5 La Ionósfera Se encuentra entre la mesósfera y exósfera, es una capa fuertemente ionizada, por lo cual se explica ciertos aspectos de la transmisión a larga distancia de las ondas de radio. Por otra parte las ondas de luz atraviesan la ionósfera casi sin reflejarse ni ser absorbidas. Si no fuera así, nuestras imágenes de las estrellas, del Sol y de la Luna, estarían muy deformadas. Si bien se puede despreciar la influencia de la ionósfera sobre la luz y las microondas, no se puede despreciar cuando se trata de las ondas cortas de radio. Entre la ionósfera y la superficie de la Tierra las ondas de radio se reflejan repetidamente y esto explica las grandes distancias que la transmisión de radio puede alcanzar. La estructura eléctrica de la ionósfera no es uniforme, sino que normalmente se presentan varia capas. La más baja refleja las ondas de radio de baja frecuencia y absorbe fuertemente las de frecuencias medias y altas. Solo está presente durante las horas que luce el Sol. Por encima de esta se encuentra la capa E fuertemente reflectora y luego une serie de capas o regiones, la más conocida es la F 2 (300 km). Su importancia es muy grande en la comunicación a larga distancia. También en la ionósfera, que se extiende hasta los 800 km sobre el nivel del mar, se producen las Auroras, causadas por el bombardeo de la atmósfera superior por chubascos de partículas cargadas que han sido arrojadas por el Sol. La atmósfera esta compuesta de nitrógeno (78,03%), oxígeno (20,95%), argón (0,94%), dióxido de carbono (0,035%) y gases nobles, vapor de agua, etc. (0,01%). Esta composición es prácticamente invariable por debajo de los 16 km (Troposfera). La atmósfera puede considerarse como un gas perfecto con masa molecular 28,966 UMA. Su densidad es de 1,293 g/litro. UMA: Unidad de Masa Atómica= 1/12 12 C Prof. Dr. Raúl Roberto Podestá Presidente LIADA Coordinador de las Secciones: Cohetería, Planetas, Cosmología, Astrofotografía, Astrometeorología y Exobiología. Asesor Científico y Coordinador de Cursos.._,_.