la atmosfera 2 ucss tarma set 2015

8/20/2019 La Atmosfera 2 Ucss Tarma Set 2015

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UNIVERSIDAD CATÒLICA SEDESSAPIENTIAE

CURSO : QUIMICA AMBIENTAL

“LA QUIMICA DE LAATMOSFERA”

Mg. Godofredo Román Lobato Calderón

INGENIERIA AMBIENTAL


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ATMÓSFERAATMÓSFERAEstructura, composiciónEstructura, composición

químicas, propiedadesquímicas, propiedades

físicasfísicas


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La atmósfera es una capa fluida (porque está constituida principalmente por unfluido, el aire) de unos 10.000 km, de altura (límite superior estimado), según

algunos autores, que rodea la Tierra.Está formada por gases, líquidos (agua líquida en las nues) ! s"lidos ensuspensi"n (esporas, polen, ceni#as, microorganismos, pol$o ! agua s"lidaen las nues formando minúsculos cristales de %ielo).

• Debido a la compresibilidad (que se puede comprimir, reduciendo su volumen) de

los gases y a la atracción gravitatoria el 95% de su masa se encuentra comprimidaen los primeros 5 !m (es decir en la troposfera), en ellos se concentran el "#% delos gases atmosf$ricos (&, '&, '&) que posibilitan la vida

• o obstante, las proporciones de los diferentes gases (aire) se mantienen casiinalterables *asta los "#+## !m de altitud (%omosfera), el resto tiene unacomposición más variable (%eterosfera).

• n su l-mite superior (seg.n algunos autores unos #### !m) la concentraciónde gases es tan ba/a (prácticamente despreciable) que se aseme/a a la del espacioe0terior 1unque, algunos autores, estiman el l-mite en 2#### !m, e inclusoalgunos en 3#### !m


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&'u podemos deducirde esta imagen

El gas presente en las bolsas se expande, estamos a....


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1.* +omposici"n química de la atm"sfera

1) omponentes mayoritarios y minoritarios (liro pág. 1*)

4) omosfera y eterosfera

-omosfera. asta los "#+##6m de altitud

7a composición del aire es *omog$nea, se mantienenproporciones iguales de los gases

-eterosfera. 1 partir de los "#+##6m de altitud

7a composición del aire var-a, ya que las proporciones de losgases no se mantienen iguales, sino que *ay unos gases que abundanmás que otros seg.n la altitud


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omposición media del aire seco de la %omosfera.

+ itrógeno (&) 88888888888888888",#"2%+ '0-geno ('&) 888888888888888888,935%+ 1rgón (1r)8888888888888888888#,923%

+ Dió0ido de carbono ('&)888888888888 #,#25%+ 'tros: eón (e), elio (e),riptón (6r), idrógeno (&),;enón (;e), metano (3),'


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*

/*+-

-*/

r

e

-e+/*


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omposición de la %eterosfera.

23 45E6/78TE LT8T96

apa de itrógeno molecular (&) 8888888888ntre ## y # 6mapa de '0-geno atómico (')888888888888 ntre # y ### 6mapa de elio (e) 8888888888888888,ntre ### y 25##6m

apa de idrógeno atómico () 8888888888881 partir de 25## 6m

1 mayor altura el gas predominante es más ligero (menor masa atómica)


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Troposfera

Estratosfera

Elevada concentración de O3 – ozonosfera-Nubes noctilucientes de hielo .

Movimientos verticales de aire muy reducidos,pero los horizontales son muy importantes.

99.9 masa

Mesosfera99 resto

! resto

Termosfera o

ionosfera

" #$%m. abundan los vapores de sodio.

&art'culas car(adas y no car(adas.

TROPOPAUSA

ESTRATOPAUSA

MESOPAUSA

LAS CAPAS E LA ATMÓSFERALAS CAPAS E LA ATMÓSFERA

≈ 10 - 12 km

≈ 50 km

≈ 80 km

$-)$$m* capa sucia.

Espesor* +e 9%m &olos a !%m Ecuador.

Movimientos de aire verticales y horizontales.

/a 01 lle(a a alcanzar los -!2$4.

/a 01 lle(a a alcanzar los !.$$$ 4.

En ella se ori(inan las estrellas 5u(aces.

6enómenos meteoroló(icos. E5ecto invernadero

7$ masa atm. y 99 a(ua atm.

8radiente ertical de 01 80 : -;4


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LAS CAPAS E LA ATMÓSFERALAS CAPAS E LA ATMÓSFERA


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Ondas absorbidas por la capa de ozono


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>onosfera? @ermosfera

/le(a hasta unos $$ %m apro=imadamente, a>u' la temperaturaumenta hasta unos !$$$34 debido a la absorción de las radiacionesolares de onda m?s corta rayos @ y (amma - llevada a cabo por lamolAculas de nitró(eno y de o='(eno >ue, debido a ello, se ionizan, strans5orman en cationes liberando electrones.

Esto da lu(ar a un campo ma(nAtico terrestre entre la ionos5eracar(ada positivamente y la super5icie terrestre car(adne(ativamente. +esde la ionos5era 5luyen car(as positivas hasta lsuper5icie terrestre y desde esta Bltima ascienden capas ne(ativahasta la ionos5era tormentas-.

En esta capa rebotan al(unas ondas de radio emitidas desde la tierrahaciendo posible las telecomunicaciones, aun>ue a veces sointer5eridas por las radiaciones solares.


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>onosfera? @ermosfera

El sol emite part'culas subatómicas protones y electrones- yradiaciones electroma(nAticas onda corta, visible y lar(a-. /amayor'a de las part'culas solares son desviadas por el campoma(nAtico terrestre, por lo >ue no alcanzan la super5icie

terrestre.Cobre las zonas polares, el rozamiento de los electrones >uelle(an del sol contra las molAculas de esta capa produceespectaculares mani5estaciones de luces y colores* son laauroras boreales en el hemis5erio norte y las auroras australes

en el hemis5erio sur.

Su color depende de la molécula contra la que choquen los electrones y de la presiónatmosférica. Es amarillo -verdoso cuando chocan contra las moléculas de oxígeno a baja presión rojo! si la colisión es a muy baja presión! a"ul si el impacto es contra una moléculade nitrógeno...


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) 4resi"n atm"sfrica.

• s el peso e:ercido por la masa de aire atmosfrico sore la superficieterrestre.

• asi la totalidad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeros!ilómetros por encima de la superficie terrestre (debido a la fuer


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4) @emperatura

l aire de la troposfera (capa inferior de la atmósfera) se calienta a partir delcalor emitido por la superficie terrestre (radiaci"n infrarro:a).

• 7a temperatura es má+ de

media, y a partir de a*- comien#a a descender con la altura seg.n:

• 1 partir de 1* km, la temperatura asciende con la altitud *asta llegar aapro0imarse a los 0? >+ en los =0 @m ste incremento de temperatura estárelacionado con la asorci"n por el o#ono de la radiaci"n solar ultra$ioleta

• 1 partir de los =0km de altitud, la temperatura disminu!e *asta alcan+ a los A0km de altitud

• 1 partir de los A0 km de altitud, la temperatura $a ascendiendo en altitud alasorer las radiaciones de alta energía, pudiendo alcan+ aunos B00 @m de altitud.

• partir de los B00 km la ba/a densidad de gases impide la transmisión del calor

y carece de sentido *ablar de temperatura

Bn 2radiente Trmico Certical (2TC) de B,= >+ de descenso cada @m que se asciende en altitud (la temperatura ba/a #,A5 C cada ##m de altitud)

asta llegar a unos ?D0 >+ a los 1* @m de altitud


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resión@emperatura

##

"#

A#

3#

1 l t u r a

( ! m )

+"# +3#+A# #+ A#3# "#

@emperatura (C)

@ropopausa

stratopausa

Eesopausa

@F''GH

G@F1@'GH

EG'GH

@FE'GH

apa de o


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1. Estructura de la atm"sfera .+apas ! propiedades ásicas.


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7a belle


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/.L.

/.+.


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+olor del 3ol

tm"sfera


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El Sol y la Tierra emiten energía: el Sol de onda cortaSol de onda corta (Tª =

6.000ºK) y la Tierra de onda largaTierra de onda larga (Tª = 288ºK = 15ºC).


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En la atmós5era nin(Bn (as absorbe radiación enni

n(Bn (as absorbe radiación en


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En la atmós5era nin(Bn (as absorbe radiación ennin(Bn (as absorbe radiación enlon(itudes de onda entre $.3 y $.# Dmlon(itudes de onda entre $.3 y $.# Dm, por lo >uese tiene un vac'o en la re(ión de luz visible, >ue

corresponde a una (ran 5racción de la radiaciónsolar !entana atmosf"rica!entana atmosf"rica. Esto si(ni5ica>ue la atmós5era es transparente a la radiaciónatmós5era es transparente a la radiación

de onda corta del Colde onda corta del Col, pero absorbe la radiaciónpero absorbe la radiaciónterrestre de onda lar(aterrestre de onda lar(a, por lo tanto la atmós5erano es calentada por la radiación solar, sino >ue secalienta desde el suelo hacia arriba. Mientras m?s

leos se est? del radiador la super5icie de la0ierra, es mas 5r'a, esto e=plica la disminuciónde la temperatura con la altura en la tropos5era

80.


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#$L$


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%a&ance ener'"tico%a&ance ener'"ticode &a radiación so&arde &a radiación so&ar

* ti id d l d t t d l t " f


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*. cti$idad reguladora ! protectora de la atm"sfera.

*.1 El alance de radiaci"n solar.

7a Tierra tiene una temperatura media constante en el tiempo (unos 5C), porlo que e


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Cer gráfica


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6irecta

6ifusa

sorida

5efle:ada porlas nues

5efle:ada porla Tierra


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-ielo ! nie$e, má


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/uz visibleFltravioleta Gn5rarroo

ubes

ubes

"lbedo

4alentamiento Hadiación terrestre

"bsorciónE. invernadero

"lbedo

&Ardida alespacio

"bsorc. y

contrarrad.E. invern.


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0oda la ener('a absorbida por la super5icieterrestre se libera mediante la emisión de

radiación tArmica de onda lar(a y medianteprocesos convectivos calor latentecalor latente y calorcalorsensiblesensible.

Ca&or &atenteCa&or &atente* calor absorbido o liberado enlos cambios de estado sin variar latemperatura

Ca&or sensi(&eCa&or sensi(&e* es el >ue aumenta latemperatura de los cuerpos y >ue puede sermedido con un termómetro


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7atente7atente(&5%)(&5%)

GensibleGensible(%)(%)

'K>L

' 7' 7("%)("%)

ontrarradiaciónontrarradiación(9A%)(9A%)

11 11

omo *emos visto el alance de radiaci"n solar depende además de la


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omo *emos visto, el alance de radiaci"n solar depende, además, de laradiaci"n incidente, de la estructura ! composici"n química de laatm"sfera, propiciando unas condiciones trmicas especiales en la Tierraque la %acen apta para la $ida.

*.* Funci"n protectoraG la atm"sfera como filtro protector.La atm"sfera asore de manera selecti$a las radiaciones de diferenteslongitudes de onda que nos llegan del 3ol. De esta forma, la temperatura en laatmósfera va ascendiendo y descendiendo, determinando as- su estructura encapas con diferentes temperaturas y caracter-sticas

+ n la ionosfera se absorben las radiaciones de onda corta y alta energ-a, rayos;, rayos gamma y parte de la radiación ultravioleta, todas ellas muy per/udicialespara la vida

+ n la o#onosfera (capa de la estratosfera) se absorbe gran parte de la radiaciónultravioleta

+ 7as radiaciones correspondientes al espectro visible atraviesan la atmósfera yalcan


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*.; Funci"n reguladora del clima por la atm"sferaG $ariaciones del aledo,efecto in$ernadero ! circulaci"n general del aire.

7a atm"sfera, en l-neas generales, contribuye a la regulación del clima terrestre de las siguientes formas:

+ por el día refle:a (aledo) y asore parte de la radiaci"n solar , e$itandoel sorecalentamiento de la superficie del planeta

+ además, asore parte de la radiaci"n infrarro:a que emite la superficie,e$itando que se enfríe bruscamente por la noc%e, ya que, parte de esecalor $uel$e a la Tierra como contrarradiación (efecto in$ernadero).

+ y por .ltimo, la circulaci"n del aire tiende a compensar los desequilirios de temperatura originados por la diferente insolaci"n en distintas


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+irculaci"n general del aire: la circulación general de la atmósferaredistriu!e la energía solar que llega a la Tierra, disminu!endo lasdiferencias de temperatura entre el ecuador ! las latitudes más altasMparticipa en el balance de calor con los grandes sistemas de vientos, *uracanes

y ciclones que transportan calor desde las #onas tropicales %acia los polos! frío desde #onas polares %acia el ecuador.

Curiosidad: las N partes de la superficie de la @ierra están cubierta de agua, elagua absorbe muy bien la radiación solar y mediante las corrientes marinascálidas (desde el ecuador *acia las altas latitudes) y fr-as (desde los polos *acialas latitudes más ba/as) regulan el clima de manera muc*o más efica< que laatmósfera@anto el transporte oceánico como atmosf$rico están regulados por un ucle derealimentaci"n negati$a.4ág. 11 del liro.

Transporte oceánico! atmosfrico

+ontraste trmico OO

1PB7' D >>D>1 D 71 F1D>1>' G'71F


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"ire descendente enlos polos 5r'os yascendente en laslatitudesecuatoriales c?lidas

NO 0GENE EN 4FEN0" /"HO0"4GIN +E /" 0GEHH"


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• Debido al giro de la @ierra (efecto coriolis), al ro


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A

#C

2#C

A#C

% % %

% %

A A A

%

"lisios del NE

&onientes

/evantes polares

4 . & o l a r

4 . J

a d l e y

4 . 6 e

r r e l l


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http://es.!"t"#e.$!%/&'t$h()*&+,&-tMCp&

;. 8CE538/E3 TI578+3.


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;. 8CE538/E3 TI578+3.

+/+E4T/Gn la troposfera la temperatura disminuye con la altura (P@KQ R #,A5 C? ##m), en la partemás ba/a el aire es más cálido y por lo tanto, menos denso, por lo que tiende a ascender,mientras que en la parte más alta el aire fr-o es más denso y tiende a descender por otrolugar donde no *aya ascenso de aire cálido

ero podemos encontrar #onas en la troposfera en las que, e0isten perturaciones en el2TC, la temperatura aumenta con la altura, a este *ec*o se le llama inversión t$rmica que impide el ascenso del aire situado aa:o (más fr-o y por tanto más denso)

7as inversiones t$rmicas son muy negativas para los episodios de contaminación

impidiendo la dispersi"n de la contaminaci"n atmosfrica, ya que impide losmovimientos verticales de masas de aire

Dic*o de otra manera, si con la altura la temperatura va disminuyendo en suficienteproporción, los contaminantes ascenderán con el aire y seg.n lo *agan se iráne0pandiendo, disminuyendo su concentración, *asta alcan


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l aire de las c*imeneas no puede ascender

por una capa de inversión t$rmica


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DG1FF'77': 7as inversiones t$rmicas se suelen producir en in$ierno,


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p ,cuando las noc%es son más largas ! la superficie terrestre se enfría muc%o,provocando que el aire en contacto con la superficie se enfríe másrápidamente que el aire situado por encima.

ste fenómeno se fa$orece en ausencia de nues ! de $iento (la ausencia denubes durante la noc*e produce un rápido enfriamiento, pues las nubes act.an depantalla, evitando que el calor almacenado durante el d-a escape rápidamente)on anticiclones es más proale que se desarrollen situaciones dein$ersi"n trmica (los anticiclones producen ausencia de nubes)

7a situación se puede agra$ar si se forma niela (nubes a ras del suelo), pues

los contaminantes reaccionan con el agua de la niela produciendosustancias más daJinas como ácidos, el fr-o favorece la niebla pues a menortemperatura el vapor de agua se condensa formando gotas de agua en suspensión(niebla), la niebla reduce la visibilidad con lo que al amanecer tarda más el Gol encalentar la superficie para romper la inversión t$rmica

7a inversión t$rmica se rompe cuando la radiaci"n solar llega a la superficie terrestre con la suficiente intensidad ! duraci"n como para calentarla,calentándose tamin el aire pr"


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7a inversión por subsidencia generalmente está asociada con los anticiclones laire de un anticiclón desciende y fluye *acia afuera con una rotación que sigue ladirección de las agu/as del relo/ 1 medida que el aire desciende, la mayor presión

e0istente en altitudes menores lo comprime y calienta en el gradiente verticaladiabático seco

Durante el d-a, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia seeleva a cientos de metros sobre la superficie

Durante la noc*e, la base de una inversión por subsidencia desciende debido al

enfriamiento del aire superficial7os d-as despe/ados y sin nubescaracter-sticos de los anticiclonespropician las inversiones porradiación, de modo que se puede

producir una inversión superficialdurante la noc*e y una elevadadurante el d-a Gi bien la capa deme


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/tras formas posiles de desarrollo de una in$ersi"n trmicaG

+ por el movimiento de una masa de aire desde una


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>nversión relacionada tanto con los frentes fr-os como con los cálidos n elavance de cada frente, el aire cálido despla

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