Temario: I. Características físicas y químicas de las diferentes capas que la constituyen. II. III. IV. Origen y evolución de la atmósfera. Posibles procesos de desarrollo del oxígeno. Principales pérdidas y adiciones a la atmósfera, formas en que se producen. Prof. Grony Garbán G. (2013)
Atmósfera: Es la capa gaseosa de la Tierra, siendo por esto la capa más externa y menos densa del planeta. Está constituida por varios gases que varían en cantidad según la presión a diversas alturas. Esta mezcla de gases que forma la atmósfera recibe genéricamente el nombre de aire. El 75% de masa atmosférica se encuentra en los primeros 11 km de altura, desde la superficie del mar. Los principales elementos que la componen son el oxígeno (21%) y el nitrógeno (78%).
Tropósfera: es la capa más baja de la atmósfera de la Tierra. La troposfera comienza a nivel del suelo y sube a una altura de 7 a 20 kilómetros sobre el nivel del mar. La mayor parte de la masa (cerca de 75-80%) de la atmósfera está en la troposfera. La temperatura en la troposfera desciende a razón de aproximadamente 6,5 ºC por kilómetro de altura, por encima de los 2000 metros de altura. Estratósfera: esta se sitúa entre la troposfera y la mesosfera, y se extiende en una capa que va desde los 10 hasta los 50 km de altura aproximadamente. La temperatura aumenta progresivamente desde los -55 C de la tropopausa ha sta alcanzar los 0 C de la estratopausa, aunque según algunos autores puede alcanzar incluso los 17 C o más. Es decir, en esta capa la temperatura aumenta con la altitud, al contrario de lo que ocurre en las capas superior e inferior. Cerca del final de la Estratósfera se encuentra la capa de ozono que absorbe la mayoría de los rayos ultravioleta del Sol. Mesósfera: es la parte de la atmósfera situada por encima de la estratosfera y por debajo de la termosfera. En la mesosfera la temperatura va disminuyendo a medida que se aumenta la altura, hasta llegar a unos -80 C a los 50 millas ap roximadamente. Se extiende desde la estratopausa (zona de contacto entre la estratosfera y la mesosfera) hasta una altura de unos 80 km donde la temperatura vuelve a descender hasta unos - 70 C u -80 C. Es importante por la ionización y las reaccione s químicas que ocurren en ella.
Termósfera: es la capa de la atmósfera terrestre que se encuentra entre la mesosfera y la exosfera, cuya extensión comienza aproximadamente entre 80 y 120 kilómetros de la Tierra. prolongándose hasta entre 500 y 1000 kilómetros de la superficie terrestre. Dentro de esta capa, la radiación ultravioleta, pero sobre todo los rayos gamma y rayos X provenientes del Sol, provocan la ionización de átomos de sodio y moléculas. En dicho proceso los gases que la componen elevan su temperatura varios cientos de grados. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1.500 C. Exósfera: Se localiza por encima de la termosfera, aproximadamente a unos 690 kilómetros de altitud, en contacto con el espacio exterior, donde existe prácticamente el vacío. Es la región atmosférica más distante de la superficie terrestre. En esta capa la temperatura no varía y el aire pierde sus cualidades físico químicas. Su límite inferior se localiza a una altitud generalmente de entre 600 y 700 km, aproximadamente. Su límite con el espacio llega en promedio a los 10 000 km por lo que la exosfera está contenida en la magnetosfera (representa el campo magnético de la tierra) (500-60 000 km). Está constituida por materia plasmática.
Composición de la atmosfera (tropósfera)
Formación de Ozono El ozono es uno de los principales constituyentes de la estratosfera. En alturas medias entre 15 a 30 km puede alcanzar concentraciones cercanas a 12 ppm. Los mecanismos de formación de ozono en la estratosfera comprenden dos pasos fundamentales: a. Descomposición de la molécula de oxígeno O 2 (hν) O + O λ < 242 nm La ruptura de la molécula de oxígeno requiere de gran cantidad de energía solar, propiciando la absorción de radiaciones solares de alta energía (λ < 242 nm) que no llegan a la superficie terrestre.
Formación de Ozono Los mecanismos de formación de ozono en la estratosfera comprenden dos pasos fundamentales: b. Reacción de los átomos de oxígeno con moléculas no descompuestas O 2 + O (M) O 3 Esta reacción ocurre en presencia de otras moléculas M (nitrógeno u oxígeno) que permiten disipar la energía producida.
Formación de Ozono La radiación solar es máxima en el Ecuador, por lo tanto allí se producen las mayores cantidades de ozono, concentrándose a una altura promedio de 25 km. El espesor es variable, siendo máximo en el Ecuador y mínimo en los polos
Formación de Ozono Junto al proceso de formación del ozono tiene lugar su proceso de descomposición fotoquímica. El ozono absorbe radiación UV, descomponiéndose de forma inversa a como se formó Descomposición fotoquímica del ozono O 3 (hν) O 2 + O 240 < λ < 310 nm Este proceso de descomposición fotoquímica es la que le confiere a la capa de ozono su papel de escudo protector al absorber las radiaciones UV. Se puede resumir las reacciones de formación-descomposición del ozono, mediante: O 3 (hν) O 2 + O
Destrucción de la capa de Ozono Sydney Chapman (1930) propone una reacción que supone una doble perdida atómica) en la reacción de la molécula de ozono: (molecular y O 3 + O 2O 2 Por una parte se pierde ozono y por otra oxígeno atómico capaz de producirlo. Cinéticamente esta reacción se encuentra desfavorecida; sin embargo, la presencia de algunas especies química X, catalizan de manera significativa la reacción. Estas especies pueden ser átomos de Cl, Br, H, radicales OH y moléculas de CO y NO
Destrucción de la capa de Ozono Aunque las concentraciones de las especies X sean pequeñas, sus efectos pueden ser considerables, ya que en la reacción final (proceso global), la especie X se recupera. Compuestos clorofluorocarbonados (CFC)
II. Origen y evolución de la atmósfera. El origen de la atmósfera terrestre se encuentra íntimamente ligado al proceso de desgasificación ocurrido durante la formación de la Tierra por la acreción planetesimal. En cuanto a la evolución de la atmósfera terrestre tiene que discutirse a partir de las siguientes consideraciones: 1) Composición de la atmósfera primitiva 2) Adición de constituyentes durante el tiempo geológico 3) Pérdida de constituyentes durante el tiempo geológico
II. Origen y evolución de la atmósfera. 1) Composición de la atmósfera primitiva Holland (1962) propone 3 estadio evolutivos de la atmósfera: El primer estadio se encuentra determinado por el tiempo entre la acreción de la Tierra y la formación del Núcleo. Durante este período los gases en equilibrio con el hierro metálico diseminado en el Manto eran: H 2, H 2 O y CO, con menores cantidades de N 2, CO 2 y H 2 S. Con el enfriamiento de gases como CO y CO 2 pudieron reaccionar con H 2 y generar CH 4. De igual forma el nitrógeno pudo reaccionar para formar NH 3 mayoritarios minoritarios traza CH 4, H 2 H 2 O, N 2, H 2 S, NH 3, Ar He
II. Origen y evolución de la atmósfera. 1) Composición de la atmósfera primitiva El segundo estadio se encuentra determinado por el tiempo entre la formación del Núcleo y la aparición de exceso de O 2 (la producción de oxigeno excede al uso del mismo). mayoritarios minoritarios traza N 2 H 2 O, CO 2, Ar Ne, He,CH 4, H 2 S, NH 3
II. Origen y evolución de la atmósfera. 1) Composición de la atmósfera primitiva El tercer estadio comprende la aparición de organismos fotosintéticos y generación de oxígeno. Se estima que los organismos fotosintéticos aparecieron entre 1700 a 2000 millones de años, pero la disponibilidad de oxígeno en grandes cantidades de dio a partir de aproximadamente unos 1200 millones de años mayoritarios minoritarios traza N 2, O 2 Ar, H 2 O, CO 2 Ne, He,CH 4, Kr
II. Origen y evolución de la atmósfera. 2) Adición de constituyentes durante el tiempo geológico. Las siguientes adiciones han sido realizadas a la atmósfera durante el tiempo geológico: a) Gases liberados durante la cristalización magmática (H 2 O, CO 2 y en menor HCl, HF, H 2 S y SO 2 ) b) O 2 producido por la disociación fotoquímica de agua. c) O 2 producido por la fotosíntesis. d) He proveniente del decaimiento radiactivo de U y Th e) Ar proveniente del decaimiento radiactivo del K f) Gases adicionados por vientos solares
II. Origen y evolución de la atmósfera. 3) Perdida de constituyentes durante el tiempo geológico. Las siguientes perdidas han sido realizadas a la atmósfera durante el tiempo geológico: a) Perdida de oxígeno por oxidación de hidrogeno para formar agua, ión ferroso a férrico, sulfuros a sulfatos, manganeso (II) a manganeso (IV), etc. b) Perdida de CO 2 por la formación de carbón, petróleo y carbono diseminado producto de la muerte y preservación de organismo. c) Perdida de CO 2 por la formación de carbonatos. d) Perdida de N 2 por la formación de óxidos de nitrógeno en el aire por la acción de bacterias nitrificantes en el suelo. e) Perdida de hidrógeno y helio por escape de la Tierra.
III. Posibles procesos de desarrollo del oxígeno. Discusión de artículo: