UD 2: LA ATMÓSFERA. propiedades físicasf. 2. Actividad reguladora y protectora de la atmósfera. 3. Inversiones térmicast

Transcripción

1 UD 2. LA ATMÓSFERA

2 UD 2: LA ATMÓSFERA 1. La atmósfera: estructura, composición n química y propiedades físicasf 2. Actividad reguladora y protectora de la atmósfera 3. Inversiones térmicast 4. Contaminación n atmosférica 5. La lluvia ácida 6. El agujero de la capa de ozono 7. Aumento del efecto invernadero 8. El cambio climático global

3 1. LA ATMÓSFERA: ESTRUCTURA, COMPOSICIÓN QUÍMICA Y PROPIEDADES FÍSICAS 1.1. INTRODUCCIÓN Atmósfera: envoltura gaseosa que rodea a la Tierra. Principales transformaciones: Atmósfera original: H y He, barridos por el viento solar. Atmósfera reductora: CH4, NH3, vapor de agua /CO2, CO, N2, vapor de agua (volcanes). Atmósfera oxidante: la actual, formada por gases y aerosoles (concentrados en los primeros kilómetros: polvo, partículas salinas, humos, cenizas, microorganismos, polen, esporas y agua).

4 1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA ATMÓSFERA GASES PRINCIPALES SÍMBOLO % Componentes mayoritarios y minoritarios Nitrógeno Oxígeno N2 O GASES RAROS Argón Dióxido de carbono Ar CO a.- GASES PERMANENTES ppm b.- GASES REACTIVOS ppm Helio He 5.2 Monóxido de carbono CO 0.1 Neón Ne 18.0 Metano CH4 1.4 Kriptón Kr 1.1 Otros hidrocarburos 0.02 Xenón Xe Óxido nítrico NO 0.2 a Hidrógeno H2 0.5 Amoníaco NH3 6 a 0.02 Óxido nitroso N2O 0.25 Dióxido de azufre SO a Ozono O

5 Homosfera y heterosfera La homosfera: abarca hasta los 80 km. En ella la proporción de los gases anteriores se mantiene casi invariable (composición homogénea (salvo vapor de agua y ozono) gracias a los vientos). La heterosfera: el resto (hasta los km). En esta zona los gases aparecen dispuestos en capas, repartidos por gradiente gravitacional: Capa de N2 ( km). Capa de O ( km). Capa de He ( km). Capa de H ( km).

6 1.3. PROPIEDADES FÍSICAS DE LA ATMÓSFERA Destacaremos tres: presión, temperatura y humedad. Presión Peso de la masa de aire ejercido sobre la superficie terrestre. Se mide con el barómetro. A nivel del mar es de 1 atm (1.013 milibares, hpa, 760 mm Hg). Al ascender la presión desciende. Ligado a la presión: el viento (el aire en movimiento). A B presión A > presión B

7 Temperatura El aire no se calienta homogéneamente, depende de la latitud (cantidad de radiación solar), además de factores regionales, como el albedo (capacidad que tiene la superficie terrestre de reflejar la radiación solar). Se mide con el termómetro. Se emplea también el termómetro de máximo y mínimo. Se expresa en grados Celsius o centígrados (ºC).

8 Humedad Cantidad de vapor de agua que hay en una masa de aire. Grado de saturación: valor máximo de humedad que puede contener una masa de aire, por encima comienza la condensación. A mayor temperatura mayor cantidad de agua se puede contener (mayor humedad). Punto de rocío: temperatura en la que se produce la condensación. Humedad absoluta: cantidad real de vapor de agua contenida en un volumen de aire. Se mide con el higrómetro y se expresa en g/m 3. Humedad relativa: relación entre la humedad absoluta y el grado de saturación. Se expresa en %.

9 1.4. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

10 Troposfera: Hasta los km (tropopausa). En ella se encuentran el 80% de los gases atmosféricos. La temperatura desciende con la altura (GVT: 0,65 ºC/100 m: de 15 ºC a 70 ºC). En ella tienen lugar los fenómenos atmosféricos (nubes, viento, precipitaciones ). Estratosfera: Desde la tropopausa hasta la estratopausa (50-60 km). La temperatura aumenta hasta los 0-4 ºC, por la absorción de UV. Entre los 25 y 30 km se encuentra la ozonosfera o capa de ozono: O2 + UV O + O O + O2 O3 + calor O3 + UV O2 + O O + O3 O2 + O2

11 Mesosfera: Desde la estratopausa hasta la mesopausa (80 km). La temperatura disminuye hasta unos 80 ºC. En ella se produce la inflamación de los meteoritos (estrellas fugaces). Termosfera (Ionosfera): Desde la mesopausa hasta la termopausa (600 km). La temperatura aumenta hasta los 1000 ºC, por la absorción de rayos gamma (auroras boreales). La ionosfera (provocada por la absorción de rayos gamma por el N2 y el O) hace posible las comunicaciones. Exosfera: Hasta los km. Se trata de la transición hasta el espacio exterior, con una densidad de partículas extremadamente mínima.

12 2. ACTIVIDAD REGULADORA Y PROTECTORA DE LA ATMÓSFERA 2.1. BALANCE DE LA RADIACIÓN SOLAR El calentamiento del aire en las capas bajas no se debe a la radiación que llega del Sol, sino de la que resulta reflejada por la Tierra y es, a su vez, absorbida por los gases invernadero.

13 2.2. FUNCIÓN PROTECTORA DE LA ATMÓSFERA En la troposfera: se mantienen los niveles de O2 y CO2, necesarios para la respiración y la fotosíntesis. En la estratosfera: la capa de ozono absorbe los UV. En la mesosfera: se queman los meteoritos. En la termosfera: la ionosfera absorbe los rayos X y gamma. En la magnetopausa ( km): se desvía el viento solar.

14 2.3. FUNCIÓN REGULADORA DE LA ATMÓSFERA Distribución del calor por la superficie terrestre (circulación general del aire). Papel importante de la hidrosfera. Efecto invernadero: mantiene la temperatura media del planeta en 15 ºC (sin ella sería de 18 ºC). El albedo responsable del calentamiento del aire. Interviene en los ciclos biogeoquímicos.

15 2.4. DINÁMICA DE LA ATMÓSFERA A nivel de la troposfera: la atmósfera se calienta principalmente a nivel del ecuador, luego reparte ese calor por toda la superficie. Se producen movimientos verticales y horizontales de las masas de aire. Movimientos verticales: Debidos a: Convección térmica: el aire caliente (menos denso) asciende, el frío (más denso) desciende. Convección por humedad: el aire húmedo (menos denso) asciende, el seco (más denso) desciende. Por la presión atmosférica: depende de la temperatura y humedad del aire: Aire asciende (cálido y/o húmedo): se produce una disminución de la presión y se forma una borrasca (B). Aire desciende (frío y/o seco): se produce un aumento de la presión y se forma un anticiclón (A).

16 Convección térmica Convección por humedad

17 Tipos de nubes Formación de nubes y precipitaciones

18 Formación de una borrasca (nubosidad) Formación de un anticiclón (despejado)

19 Mapa de isobaras (líneas que unen puntos de igual presión)

20 Se produce un frente cuando hay dos masas de aire en contacto de diferente temperatura y humedad. Tipos de frentes: 1. Frente frío. 2. Frente cálido. 3. Frente ocluido. Representación de los frentes

21 1. Frente frío: El aire frío llega a una zona donde hay una masa de aire caliente. Esto hace que el aire caliente ascienda. Se producen nubes de desarrollo vertical y precipitaciones intensas en zonas poco extensas.

22 2. Frente cálido: El aire caliente llega a una zona donde hay una masa de aire frío. El aire caliente asciende sobre el frío como si fuera una rampa. Se producen nubes de tipo estrato y precipitaciones extensas y menos intensas.

23 3. Frente ocluido: Un frente frío con forma de cuña, alcanza a un frente cálido y lo empuja hacia arriba. Los dos frentes continúan moviéndose uno detrás del otro y la línea entre ellos es la que forma el frente ocluido. Por lo general, aparecen nubes de tipo estratos y precipitación ligera. Los frentes ocluidos se forman, generalmente, alrededor de áreas de baja presión y cuando éstas están debilitándose. B B

24 Efecto Foehn (nubes por ascenso orográfico): Influencia de las montañas en la formación de nubosidad y precipitaciones. Este efecto es el responsable de las grandes diferencias de pluviosidad que se producen entre zonas muy cercanas de la península Ibérica, por ejemplo entre el sur y el norte de los Pirineos o de la Cordillera Cantábrica.

25 EFECTO FOEHN DEBIDO AL RELIEVE DEL SURESTE PENINSULAR SOBRE LOS VIENTOS DE DIRECCIÓN OESTE Y SUROESTE QUE ALCANZAN LA REGIÓN DE MURCIA.

26 Movimientos horizontales: Llevados a cabo por el viento: Viento superficial divergente en anticiclones y convergente en borrascas. El viento superficial sopla desde el anticiclón a la borrasca, en altura lo hace en sentido contrario.

27 Fuerza de Coriolis

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29 2.5. CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMÓSFERA Si la Tierra fuese un cuerpo liso y fijo: En el ecuador (aire cálido y húmedo) una zona de borrascas, en los polos (aire frío y seco) una de anticiclón. El aire superficial iría de los polos al ecuador, calentándose poco a poco.

30 Sin embargo, debido al hecho de que las masas de aire se calientan y enfrían en su recorrido por la superficie terrestre y a la fuerza de Coriolis, la circulación global real:

31 Se produce como resultado de la suma de tres factores: mar caliente, atmósfera inestable en la superficie y aire frío en altura. Formación de la gota fría

32 3. INVERSIONES TÉRMICAS Desplazamiento anómalo de una masa de aire frío que se sitúa debajo de capas de aire más caliente, quedando atrapada sobre el terreno sin posibilidad de circulación vertical. Este fenómeno se ve favorecido en noches despejadas y zonas de valles. En grandes ciudades y zonas industriales está relacionado con la aparición de smog (mezcla de niebla y contaminación), manteniéndose hasta que aparecen días de fuertes vientos o precipitaciones.

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34 4. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA 4.1. CONCEPTO DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Presencia en la atmósfera de una o más sustancias o niveles de energía en concentraciones y duraciones tales que puedan originar riesgos, daños o molestias a las personas y al resto de los seres vivos, perjuicios a los bienes, o cambios de clima. Para que exista contaminación, deben cumplirse por tanto, estas premisas: Presencia de una sustancia extraña no deseada en el aire. Concentración suficiente. Permanencia suficiente. Interferir con el confort, salud, bienestar, o disfrute de bienes de las personas.

35 4.2. FUENTES DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE Según el origen hablamos de contaminación natural o antrópica, según la forma de emisión encontramos fuentes puntuales y difusas. Contaminación de origen natural: Volcanes. Bosques. Océanos. Descomposiciones. Viento. Contaminación de origen antrópica: Industrial (combustión industrial, metalurgia, refinerías, papeleras ). Combustión doméstica. Tráfico. Emisión radiactiva. Agricultura y ganadería. Incineradoras. Otras: minería a cielo abierto, obra civil

36 Naturales

37 Artificiale s

38 4.3. TIPOS DE CONTAMINANTES Contaminación física: Térmica. Radiaciones ionizantes y ondas electromagnéticas. Acústica. Contaminación lumínica Contaminación biológica (legionela, gripe, tuberculosis ). Contaminación química: Contaminantes primarios: partículas en suspensión, compuestos de azufre, compuestos orgánicos, compuestos de nitrógeno, óxidos de carbono, compuestos halogenados y sus derivados, metales pesados. Contaminantes secundarios: ozono troposférico, ácidos nítrico y sulfúrico, aldehidos.

39 Contaminación n físicaf Contaminación térmica

40 Radiaciones ionizantes: Radiaciones cósmicas. Transformaciones de materiales radiactivos de la corteza. Origen artificial. Escape de gas radón.

41 Ondas electromagnéticas

42 Contaminación acústica db-a 10 ejemplo Respiración. Rumor de hojas Efecto. Daño a largo plazo Gran tranquilidad 20 Susurro Gran tranquilidad 30 Campo por la noche Gran tranquilidad 40 Biblioteca Tranquilidad 50 Conversación tranquila Tranquilidad 60 Conversación en el aula Algo molesto 70 Aspiradora. Televisión alta Molesto 80 Lavadora. Fábrica Molesto. Daño posible Decibelios y efectos del ruido Moto. Camión ruidoso Cortadora de césped Bocina a 1 m. Grupo de rock Muy molesto. Daños Muy molesto. Daños Muy molesto. Daños 120 Sirena cercana Algo de dolor 130 Cascos de música estrepitosos Algo de dolor 140 Cubierta de portaaviones Dolor 150 Despegue de avión a 25 m Rotura del tímpano

43 Contaminación lumínica

44 Contaminación n biológica

45 Contaminación n química

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48 4.4. DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES Emisión: cantidad de contaminante que se vierte en un periodo de tiempo determinado. Inmisión: cantidad de contaminantes presentes en un lugar determinado (tras ser difundidos, mezclados con los componentes atmosféricos ).

49 Factores que influyen en la dinámica de dispersión: Características de la emisión: La naturaleza de la emisión (gas o partícula). Las características físico-químicas de los contaminantes (su concentración, su temperatura, velocidad de salida ). La altura del foco emisor.

50 Condiciones atmosféricas: Los vientos. La estructura vertical de la atmósfera (por ejemplo la presencia de inversión térmica). El tipo de tiempo (anticiclón, borrasca o situaciones intermedias).

51 Características geográficas y topográficas: La topografía del terreno (litoral, valles fluviales). La existencia de vegetación. La presencia de núcleos urbanos.

52 4.5. EFECTOS DE LA DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES Nivel local: Smog sulfuroso o húmedo (clásico): Se da en ciudades frías y húmedas, agravado por una situación anticiclónica. Producido por la unión de partículas de hollín y humo con SO2 (vehículos, calefacción, industria). Provoca afecciones respiratorias, irritación ocular, deterioro de las hojas de plantas Se manifiesta en forma de neblinas de color pardo-grisáceas en la estación fría. Smog fotoquímico: La luz solar provoca la aparición de contaminantes secundarios (O3, PAN (peroxiacetilenos), aldehidos ), todos ellos muy tóxicos y que además provocan irritación. Se manifiesta en forma de neblinas de color pardo-rojizas sobre ciudades con mucho tráfico e industrializadas. Propio de condiciones anticiclónicas y temperaturas elevadas (verano). Nivel regional: contaminación transfronteriza (lluvia ácida). Nivel global: destrucción de la capa de ozono y calentamiento global.

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54 5. LA LLUVIA ÁCIDA SO2 + H2O H2SO4 NOx + H2O HNO3

55 Zonas del planeta afectadas por la lluvia ácida Áreas de mayor industrialización del planeta: de 30º a 60º de latitud norte

56 En Europa

57 Efectos sobre los materiales: Es de destacar la descomposición de materiales de construcción, sobre todo calizas, mármoles y areniscas; en los que provoca el denominado mal de la piedra CaCO 3 + H 2 SO 4 CaSO 4 + CO 2 + H 2 O El sulfato cálcico se combina con el agua formando yeso (CaSO4.2H2O), que es soluble.

58 Efectos sobre los ecosistemas terrestres: Alteración de las características químicas del suelo (nutrientes). Muerte de los microorganismos edáficos. Graves daños en la vegetación: Menor tasa de germinación. Menor viabilidad de las plántulas. Problemas de crecimiento. Menor resistencia a las enfermedades. Necrosis tisular. Daños radiculares.

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60 Efectos de la lluvia ácida sobre las hojas

61 REGIONES FORESTALES MÁS M S AFECTADAS POR LA LLUVIA ÁCIDA: El este de Estados Unidos y Canadá Europa central Gran Bretaña La región n de Escandinavia La zona centro-oriental oriental de China

62 Efectos sobre los ecosistemas acuáticos: Acidificación n en lagos noruegos a lo largo de 40 añosa

63 6. EL AGUJERO DE LA CAPA DE OZONO

64 Papel de los NOx en la destrucción del ozono Los NOx proceden de: Uso indiscriminado de fertilizantes (desnitrificación bacteriana). Generado por combustión (tráfico, industrias, térmicas ). Emisiones de los aviones supersónicos (vuelan por la estratosfera). Modo de actuación: NO + O3 NO2 + O2 O3 + UV O + O2 NO2 + O NO + O2 Los NOx actúan como catalizadores en la reacción, pues no se consumen pudiendo llevar a cabo la reacción una y otra vez.

65 Papel de los compuestos de cloro (principalmente de CFCs) Los CFCs (clorofluorocarbonos) proceden de: Propelentes de aerosoles. Disolventes. Refrigerantes. Modo de actuación: Fotólisis de los CFCs: Destrucción del ozono: CFCl3 + luz CFCl2 + Cl Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 El cloro también actúa como un catalizador y puede permanecer en la estratosfera alrededor de 100 años destruyendo unas moléculas de ozono.

66 Efectos de la degradación de la capa de ozono: Descenso de la temperatura en la estratosfera e intercambio convectivo con la troposfera (graves consecuencias para el clima). Mayor radiación solar incidente sobre la superficie (aumento del efecto invernadero). Acción directa de los rayos UV sobre los seres vivos (cáncer, ceguera, trastornos de crecimiento en numerosas especies ).

67 Por qué la pérdida de ozono se produce sobre los polos y su efecto es mayor sobre la Antártida? Reacción que atrapa al cloro, en forma de nitrato de cloro: NO2 + ClO ClNO3 A temperaturas muy bajas (-80 ºC) el NO2 se hiela y se inactiva. Cae junto con la nieve y no captura al cloro. Cuando es verano en el hemisferio norte es invierno en el hemisferio sur, su invierno es más frío ya que la Tierra está más alejada del Sol en ese momento.

68 7. AUMENTO DEL EFECTO INVERNADERO

69 Protocolo de Kioto (1997) Reducción global del 5,2 % en la emisión de gases de efecto invernadero para el Gases incluidos: CO2, CH4, N2O, SF6, HFC y PFC. Se establece un objetivo diferente para cada país firmante. Se permite el comercio de emisiones.

70 Objetivo Kioto y distancia en 2004 a la senda de cumplimiento del objetivo Kioto de los Estados Miembros de la UE-15 (incluyendo mecanismos flexibles y sumideros)

71 8. EL CAMBIO CLIMÁTICO

72 Concentraciones globales de gases de efecto invernadero desde hace años, a a partir de datos de sondeos en hielo. (Fuente: Resumen técnico t del Grupo de trabajo I del IPCC, 2007)

73 Efectos del calentamiento global Ascenso del nivel del mar. Disminución del albedo. Reducción de los glaciares. Desplazamiento de las zonas climáticas hacia los polos. Aumento de las temperaturas en la troposfera 1.4 5,8 ºC durante los próximos cien años. Cambios en la distribución de las precipitaciones. Reducción de la calidad de las aguas. Problemas de salud (hambre y enfermedades).

74 Consecuencias del cambio climático en España Temperatura: aumento generalizado, especialmente en el centro de la península (hasta siete u ocho grados a final de siglo). Lluvia: disminución general en primavera y verano. Se extiende el clima árido y disminuye la disponibilidad de agua, especialmente en las cuencas del Segura, Júcar, Guadiana, Cuenca Sur, Baleares y Canarias. Nivel del mar: subidas de entre 10 y 68 cm a final de siglo. Turismo y agricultura: pérdidas importantes, al desaparecer zonas costeras y al variar el clima. Incendios: aumentará su frecuencia, intensidad y magnitud. Biodiversidad: variación en ciclos anuales de muchas especies, desplazamiento hacia zonas más septentrionales y de mayor altitud.

75 Modelo de aumento medio de temperatura máxima mensual para el periodo respecto al clima actual. Las cifras de la escala de colores están en º C. Significa que, por ejemplo, para la zona centro, en el mes de septiembre la temperatura máxima mensual respecto al clima actual podría ser de 8º C más alta. (Fuente: Instituto Nacional de Meteorología, 2007).

76 La Manga del Mar Menor a finales de Siglo

77 PARA TERMINAR: Algunas consecuencias de la contaminación atmosférica Calentamiento global (desertificación, sequías, inundaciones ). Lluvia ácida (acidificación de suelos y aguas). Destrucción de la ozonosfera (mutaciones, cáncer ). Smog e islas térmicas. Cáncer, enfermedades respiratorias, alteraciones nerviosas y cardiovasculares Destrucción de biodiversidad. Corrosión de materiales (rocas, metales ).