TEMA 3: LA ATMÓSFERA - Estructura de la atmósfera - Composición de la atmósfera - Estructura de la atmósfera y sus características físicas (temperatura y presión) - Funciones de la atmósfera: protectora (ionosfera, ozonosfera) y reguladora (efecto invernadero natural) - Dinámica de la atmósfera - Dinámica vertical; definición de gradiente vertical de temperatura (GVT). El efecto Foëhn, su importancia en Canarias. Los anticiclones y las borrascas (movimientos de masas de aire y sus consecuencias) - Dinámica horizontal: el efecto Coriolis en los anticiclones y borrascas. Circulación general de la atmósfera. Influencia y consecuencia de la circulación del aire sobre el mar y los continentes, las brisas marinas. Interpretación de algunos mapas de isobaras. - El clima - Concepto de clima. Diferencia entre clima y tiempo meteorológico. - Parámetros del clima: temperatura, humedad, precipitaciones (sus tipos) - Factores del clima: latitud, altitud, cercanía al mar. - Origen, ventajas e inconvenientes de los recursos relacionados con la atmósfera: Las energías solar y eólica. - Posibilidades de uso de las energías solar y eólica en Canarias. - Impactos en la atmósfera; la contaminación atmosférica. - La contaminación del aire. Fuentes de contaminación (natural, antrópica). Conceptos de nivel de emisión y de inmisión. - Tipos de contaminantes: primarios (partículas en suspensión, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, óxidos de carbono, metales pesados) y secundarios (ozono troposférico, ácido nítrico, ácido sulfúrico) - Efectos de la contaminación: - Efectos locales: características de las emisiones. Características atmosféricas y topográficas (zonas costeras, valles y laderas, núcleos urbanos) que influyen en el nivel de inmisión. El efecto Smog: fotoquímico y clásico. - Efectos regionales: la lluvia ácida: definición, origen, efectos, la contaminación transfronteriza. El agujero de ozono: formación y destrucción natural o inducida por contaminantes, efectos, agentes destructores del ozono. Alguna aclaración sobre el agujero de la Antártida. - Efectos globales: el cambio climático. Cambios climáticos pasados relacionados con fenómenos geológicos (actividad volcánica, desigual distribución de tierras y mares, cambios en la inclinación del eje de rotación, manchas solares), cambios climáticos actuales y futuros (el incremento del efecto invernadero o cambio climático, ejemplos de algunas cumbres como la de Kioto, Buenos Aires) - Riesgos climáticos generales: los huracanes y el Niño y la Niña. - Riesgos climáticos locales: la gota fría, las inundaciones y las avenidas. Predicción y prevención. - Medidas de carácter político tendentes a reducir los efectos de la contaminación atmosférica: Legislación Estatal (Ley 38/72 de Protección del Ambiente Atmosférico) y Comunitaria. - Definir, explicar y utilizar correctamente los conceptos: espectro electromagnético solar, albedo, gradiente vertical de temperatura, humedad absoluta, humedad
relativa, punto de rocío, lluvia horizontal, presión atmosférica, isobara, borrasca, anticiclón, inversión térmica, ozono, efecto invernadero, convección. - Indicar la composición de la atmósfera. - Explicar la estructura vertical de la atmósfera en función de parámetros físicos y químicos representados en tablas y gráficas. - Identificar borrascas y anticiclones en un mapa de isobaras y explicar la dinámica vertical de las masas de aire en los mismos, relacionándola con la estabilidad o inestabilidad de la atmósfera. - Definir explicar y utilizar correctamente los conceptos. Clima, tiempo meteorológico. - Indicar los parámetros que se utilizan para definir un clima. - Explicar los distintos tipos de precipitaciones - Explicar los factores que determinan un clima: orientación, latitud, cercanía al mar. Aplicarlos al estudio del clima en Canarias. - Explicar el efecto Foëhn y sus consecuencias climáticas en el caso de Canarias. - Analizar las ventajas e inconvenientes de la utilización de las energías solar y eólica en Canarias. - Interpretar el esquema de la circulación general de la atmósfera o representarla en un esquema, indicando los factores influyentes y localizando los vientos alisios. - A partir de un texto, tabla o gráfica, explicar la función protectora de la capa de ozono: localización de la capa de ozono, reacciones de formación y destrucción de ozono, importancia del ozono para el mantenimiento de la vida. - A partir de un texto, tabla, gráfica o esquema, explicar la función reguladora de la atmósfera: transmisión de calor entre latitudes, el efecto invernadero (principales gases que lo producen, explicación del proceso, influencia den la temperatura media de la Tierra, importancia para la vida) - Definir, explicar y utilizar correctamente los conceptos: contaminación atmosférica, contaminante primario, contaminante secundario, smogs o nieblas contaminantes, agujero de ozono, CFCs, lluvia ácida, contaminación transfronteriza, deposición seca, deposición húmeda, nivel de emisión, nivel de inmisión. - Indicar las fuentes de contaminación atmosférica. - Indicar los principales contaminantes de la atmósfera, su origen, los efectos locales que producen en la salud, en los materiales y en los ecosistemas. - Explicar las causas de la formación del agujero de la capa de ozono y sus consecuencias. - Explicar las causas de la lluvia ácida y sus efectos. - Explicar las causas del incremento del efecto invernadero y sus consecuencias. - Analizar, en situaciones concretas, la influencia que tienen los siguientes factores en la dispersión o acumulación de contaminantes: las características de las emisiones, las condiciones atmosféricas y las características geográficas y topográficas. - Interpretar gráficos y gráficas sobre niveles de contaminantes y sus efectos. - Indicar medidas para la detección, prevención y corrección de la contaminación atmosférica. - Explicar por qué se dice que, en la actualidad, se está produciendo un cambio climático, indicando sus causas, consecuencias y posibles soluciones. - Explicar en qué consisten los siguientes fenómenos: el Niño y la Niña, vendavales, tornados, huracanes y gota fría. - Indicar tanto los factores de riesgo como los riesgos derivados que se pueden producir y los métodos de predicción y de prevención de los huracanes, la gota fría, las inundaciones y las avenidas. - Conocer algunas obras de constructivos o intervenciones en el medio que, por su efecto negativo potencial sobre la atmósfera, están sujetos a evaluación de impacto ambiental, según la ley de Prevención de Impacto Ecológico de Canarias (Ley
11/1990). Fábricas de cemento y de aglomerados asfálticos, actividades extractivas, centrales térmicas y refinerías, entre algunas otras. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea la Tierra. La atmósfera actual tiene su origen en la desgasificación sufrida por la tierra en su proceso de enfriamiento. Además hay que añadir las emanaciones volcánicas de la Tierra durante su formación, las aportaciones de los seres vivos (aumento de O2 y N2 y disminución de CO2) y las de la hidrosfera, que aporta vapor de agua, sal marina y compuestos de azufre. Sus componentes se clasifican en: Mayoritarios: Se compone principalmente de N2 (78%), O2 (21%), Ar y CO2 Minoritarios: están en muy pequeñas proporciones (ppm)y se dividen a su vez en reactivos (como CO, metano, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, amonio, ozono) y no reactivos (hidrógeno y gases nobles). Variables: vapor de agua y contaminantes: Naturales: polvo, humo y cenizas de incendios, partículas volcánicas, sal, polen y esporas, cristales de hielo. Antrópicos: humos procedentes de combustibles fósiles, humo y cenizas de quema de rastrojos, productos industriales. (ver tablas pag 192) El nitrógeno es el principal componente. Es un "gas inerte", y se le considera un relleno atmosférico. El oxígeno, por el contrario, es un gas muy activo que reacciona fácilmente con otros elementos y los oxida, tanto en la biosfera como en la litosfera. El argón, uno de los gases nobles, es inerte, y se produce por la desintegración radiactiva del potasio en el manto y la corteza. Es desprendido a la atmósfera a través de las erupciones volcánicas. La cantidad de vapor de agua es pequeña y depende de la temperatura del aire. El aire caliente admite mayor proporción de vapor de agua. Los restantes componentes del aire están presentes en cantidades muy reducidas, por lo que se mide en partes por millón (ppm). Por su importancia destaca, entre estos últimos, el dióxido de carbono (CO2), que representa 340-355 ppm de aire seco, aunque subiendo. Todos los gases del aire se distribuyen de una manera homogénea hasta los 90 km de la Tierra. Por encima de esta zona, los gases ya no se disponen de una manera homogénea, sino que forman capas con una composición química determinada.
ESTRUCTURA y CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA ATMÓSFERA Se distinguen cinco capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera. La primera capa que está en contacto con la superficie de la Tierra se denomina TROPOSFERA. En ella se produce una disminución paulatina de la temperatura en altitud, hasta llegar a los -70ºC a una altura que oscila entre los 9 km en los polos y los 18 km en el ecuador. Esta capa, constituida por el 80% de los gases de la atmósfera (N2, O2 y CO2). En ella se producen la mayor parte de los fenómenos atmosféricos y meteorológicos que conocemos (capa del clima). Los primeros 500 m se denominan capa sucia, porque se concentra en ellos el polvo en suspensión que procede de los desiertos, los volcanes, sal marina y los contaminantes industriales (se detecta por la coloración rojiza del cielo del amanecer y atardecer. El límite de la troposfera se denomina tropopausa. A partir de la tropopausa, la temperatura aumenta hasta alcanzar los 0-10ºC en la segunda capa llamada ESTRATOSFERA. Esta capa se extiende hasta unos 50 km de altitud, y no presenta movimientos verticales de los gases que la componen. En la estratosfera se sitúa la capa de ozono (15-30 km), que es la causante del aumento de la temperatura en esta capa al absorber las radiaciones ultravioletas e infrarrojas procedentes del Sol. El final de la estratosfera se denomina estratopausa. La MESOSFERA se caracteriza por una fuerte disminución de la temperatura que alcanza los -80ºC. Da lugar a la formación de las estrellas fugaces (inflamación de meteoritos procedentes del espacio). Acaba a una altitud de 80 km donde se sitúa la mesopausa. La TERMOSFERA.Se la denomina también IONOSFERA porque sus gases están ionizados debido a la radiación de los rayos x y los rayos gamma. El oxígeno molecular y el nitrógeno son los encargados de la absorción de esta radiación, por lo que la termosfera alcanza, a los 600 km, temperaturas superiores a los 1.000ºC. Se producen auroras boreales y australes debido al rozamiento de electrones que proceden del Sol contra las moléculas de esta capa. La EXOSFERA. Se extiende hasta el km 800 aprox. Bajísima densidad. No puede captar luz solar y se va oscureciendo hasta alcanzar la negrura del espacio exterior
Existe otra propiedad física reseñable en la atmósfera: la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso que ejerce la atmósfera sobre la superficie terrestre. Se mide con un instrumento llamado barómetro, inventado por Torricelli en el s.xvii. La presión a nivel del mar y en condiciones normales es de 1 atmósfera (atm), 760 milímetros de mercurio (mm de Hg) ó 1.013 milibares (mb). En los mapas del tiempo se representa la presión mediante isóbaras, líneas que unen puntos de igual presión. Como cualquier gas, el aire es muy compresible, por lo que la presión disminuye con la altura en una proporción de unos 11 mb por cada 100 metros de ascenso en los primeros km; después el descenso es más lento. Tal es la diferencia de presión que el 99% de la masa de gases atmosféricos se localiza en las dos primeras capas, por tanto en los primeros 50 km (troposfera y estratosfera). En cambio, el 1% de su masa se localiza en el resto de las capas que ocupan un volumen muchísimo mayor. FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA El sol emite una serie de partículas (protones y electrones) y de radiaciones electromagnéticas. La mayoría de las partículas solares son desviadas por el campo magnético terrestre, por lo que no alcanzan la superficie terrestre. Las radiaciones electromagnéticas se dividen en tres grupos: radiaciones de onda corta, radiación visible y radiaciones de onda larga (ondas de radio). FUNCIÓN PROTECTORA. La función protectora de la atmósfera se debe a su acción de filtro protector, lo que permite la vida, especialmente debido a la acción de la ionosfera y la ozonosfera. En la ionosfera, se absorben los rayos X y rayos gamma. Tal absorción provoca el incremento de la temperatura de esta capa. Estas radiaciones afectan a la estructura de las moléculas, rompiéndolas. Su llegada provocaría la desaparición de la vida. En la ozonosfera (situada en la estratosfera) se encuentra la mayor parte del ozono atmosférico (no olvidemos que también existe en la troposfera constituyendo un contaminante). En esa subcapa se origina el ozono, que es una molécula triatómica (O3) gaseosa, de olor picante y bastante inestable. El ozono se forma en su mayor parte entre los 15-30 km, aunque se concentra más hacia los 25 km de la superficie terrestre. El espesor de la capa es máximo en el ecuador y mínimo en los polos trasladándose debido a los movimientos horizontales del aire. Formación y destrucción del ozono: Fotolisis del oxígeno: Formación del ozono: Destrucción del ozono: O 2 + UV ---------- O + O O + O 2 ---------- O 3 + calor O 3 + UV --------- O 2 + O O + O 3 ---------- O 2 + O 2 En condiciones normales, estas reacciones están en equilibrio dinámico, y además de retener el 90% de los rayos UV, producen un incremento en la temperatura de la estratosfera, debido a la liberación de calor. No nos olvidemos que al estar equilibrio, es
muy fácil que otros agentes puedan actuar para favorecer la destrucción en lugar de la formación. Si dichas radiaciones llegaran a la Tierra actuarían sobre los ácidos nucleicos de los seres vivos produciéndoles mutaciones de características letales. En cantidades mínimas como las que llegan normalmente resultan incluso beneficiosas porque permiten las mutaciones básicas para el proceso de selección natural. Además estimulan en nuestra piel a los precursores de la vitamina D. FUNCIÓN REGULADORA. La atmósfera tiene un papel importantísimo como reguladora del clima. El ALBEDO (% de radiación solar devuelto a la atmósfera del total de energía incidente sobre la superficie terrestre) ligado a la presencia de polvo en suspensión o nubes, de hielo o nieve, contribuye a refrescar la temperatura del planeta. La radiación infrarroja emitida por la tierra es absorbida por los gases de la atmósfera, principalmente co2 y vapor de h2o, que las devuelven de nuevo a la superficie terrestre, provocando su sobrecalentamiento. Es el llamado EFECTO INVERNADERO NATURAL, sin el cual la temperatura media de la tierra sería de 18 ºc, en lugar de los 15 ºc actuales y permite, por tanto, que el agua permanezca en estado liquido permitiendo de esta forma que exista vida. La CIRCULACIÓN GENERAL DEL AIRE en la atmósfera redistribuye la energía solar que llega a la Tierra, disminuyendo las diferencias de T entre el ecuador y las temperaturas más altas.