2. UD 3: LA ATMÓSFERA
1. La atmósfera: estructura, composición química y
propiedades físicas
2. Actividad reguladora y protectora de la atmósfera
3. Inversiones térmicas
4. Contaminación atmosférica
5. La lluvia ácida
6. El “agujero” de la capa de ozono
7. Aumento del efecto invernadero
8. El cambio climático global
9. La contaminación del aire en la Región de Murcia
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
%
Nitrógeno
N2
Componentes mayoritarios y minoritarios
78.0
GASES RAROS
Oxígeno
O2
20.9
Argón
Ar
0.93
Dióxido de carbono
CO2
0.03
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
Xenón
Xe
0.086
Óxido nítrico
NO
0.2 a
0.002
Hidrógeno
H2
0.5
Amoníaco
NH3
6 a 0.02
Óxido nitroso
N2O
0.25
Dióxido de
azufre
SO2
0.03 a
0.0012
Ozono
O3
0-0.05
0.02
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 10.000 km). En esta zona los gases
aparecen dispuestos en capas, repartidos por gradiente gravitacional:
•
•
•
•
Capa de N2 (80 – 200 km).
Capa de O (200 – 1.100 km).
Capa de He (1.100 – 3.500 km).
Capa de H (3.500 – 10.000 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,
1.013 hPa, 760 mm Hg).
• Al ascender la presión desciende.
• Ligado a la presión: el viento (el aire en
movimiento).
B
A
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 en3 un
volumen de aire. Se mide con el higrómetro y se expresa en g/m .
• Humedad relativa: relación entre la humedad absoluta y el grado de
saturación. Se expresa en %.
10. • Troposfera:
– Hasta los 12-13 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 800-10.000 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 (60.000 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).
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 estas 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.
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. Formación de la gota fría
•
Se produce como resultado de
la suma de tres factores: mar
caliente, atmósfera inestable
en la superficie y aire frío en
altura.
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.
33.
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…
40. • Radiaciones ionizantes:
– Radiaciones cósmicas.
– Transformaciones de
materiales radiactivos de la
corteza.
– Origen artificial.
Escape de gas
radón.
42. dB-A
• Contaminación acústica
ejemplo
Efecto. Daño a
largo plazo
Respiración.
Rumor de hojas
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
Decibelios y
efectos del
ruido
10
Lavadora.
Fábrica
Molesto. Daño
posible
90
Moto. Camión
ruidoso
Muy molesto.
Daños
100
Cortadora de
césped
Muy molesto.
Daños
110
Bocina a 1 m.
Grupo de rock
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
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.
53.
54. 4.6. DETECCIÓN, PREVENCIÓN Y CORRECCIÓN DE LA
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Detección:
• Determinar la presencia de contaminantes.
• Redes de vigilancia:
– A nivel local: niveles de contaminantes presentes en la zona
(inmisión).
– A nivel de la Unión Europea: contaminación transfronteriza (red
EMEP).
– A nivel global: control de los gases de efecto invernadero y de la
evolución de la capa de ozono (red BAPMON).
• Indicadores biológicos: principalmente se emplean los líquenes:
– Si son filamentosos: calida ambiental muy buena.
– Si aparecen pegados (escamas) al sustrato: calidad ambiental
mala.
58. Prevención:
• Destinadas a evitar la aparición del problema.
• Algunas medidas preventivas son:
– Ordenación del territorio.
– Tecnologías de baja emisión.
– Educación ambiental.
– Cumplimiento de acuerdos internacionales.
– Medidas políticas.
– Cumplimiento de los principios operativos de sostenibilidad:
• Principio de emisión sostenible (emitir lo que la naturaleza
puede asimilar).
• Principio de integración sostenible (incorporar el
medioambiente a todas las políticas que le provoquen efectos
negativos).
• Principio de selección sostenible de tecnologías (favorecer las
tecnologías que aumenten la eficiencia).
• Principio de precaución (descartar opciones que supongan
riesgos elevados).
• Principio de la recolección sostenible (la tasa de explotación
debe ser igual a la tasa de regeneración).
– Evaluación de impacto ambiental.
59. Corrección:
• Tratan de disminuir el efecto de los contaminantes.
• Algunas medidas correctivas son:
– Chimeneas de gran altura.
– Sistemas de depuración de gases.
– Concentración y retención de partículas contaminantes.
– Pantallas acústicas.
– Catalizadores.
– Almacenamiento de CO2 (almacenes artificiales: bajo
tierra o en los océanos, almacenes naturales:
organismos fotosintéticos).
– Uso de vehículos eléctricos.
67. 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”.
1908
CaCO3 + H2SO4
1969
CaSO4 + CO2 + H2O
El sulfato cálcico se combina con el agua formando
yeso (CaSO4.2H2O), que es soluble.
68. 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.
71. REGIONES FORESTALES MÁS AFECTADAS POR LA LLUVIA ÁCIDA:
El este de Estados Unidos y Canadá
Europa central
Gran Bretaña
La región de Escandinavia
La zona centro-oriental de China
72. Efectos sobre los ecosistemas acuáticos:
Acidificación en lagos noruegos a lo
largo de 40 años
74. 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.
75. 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:
CFCl3 + luz
CFCl2 + Cl
– Destrucción del ozono:
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 100.000 moléculas
de ozono.
76. 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…).
77. ¿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.
79. Protocolo de Kioto (1997)
• Reducción global del 5,2 % en la emisión de gases de
efecto invernadero para el 2008-2012.
• Gases incluidos: CO2, CH4, N2O, SF6, HFC y PFC.
• Se establece un objetivo diferente para cada país
firmante.
• Se permite el comercio de emisiones.
80. 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)
82. Concentraciones globales
de gases de efecto
invernadero
desde hace 10.000 años, a
partir de datos de sondeos
en hielo.
(Fuente: Resumen técnico
del Grupo de trabajo I del
IPCC, 2007)
83. 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).
84. 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.
85. Modelo de aumento medio
de temperatura máxima
mensual para el periodo
2071-2100 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).
87. 9. LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA EN LA REGIÓN DE
MURCIA
• Contaminantes más frecuentes:
–
–
–
–
–
–
PM10: partículas menores de 10 µm. Tráfico.
O3: Tráfico (reacc. fotoquímicas sobre NO2).
NO2: Tráfico.
CO2: Tráfico.
SO2: Industrial.
Benceno y otros COV: Tráfico.
• Zonas de mayor contaminación:
– Cartagena: contaminación industrial.
– Murcia: tráfico.
– Otras zonas: puntual, escasa, según actividades locales
(cementeras, canteras…).
88.
89. • Redes de vigilancia:
– Red Regional de Medición de Contaminantes
Atmosféricos:
• Dos estaciones en la zona de Murcia
(Murcia-Alcantarilla y San Basilio).
• Siete estaciones medidoras en la zona de
Cartagena y su entorno (La Unión, La
Aljorra, Torreciega, Alumbres, San Ginés,
Mompeán y Valle de Escombreras).
• Una estación medidora en la zona de
Lorca.
• Además, hay una estación medidora
móvil.
– Red del Ayuntamiento de Murcia: tenía dos
estaciones medidoras en la Avenida del Río
Segura y Jardín de las Atalayas. No
homologadas. Actualmente retiradas.
