1. LA ATMOSFERA
TERRESTRE

2. Introducción
 El medio ambiente
global consiste de
cuatro sistemas
mayores:
 1. Atmósfera gaseosa.
 2. Hidrósfera líquida.
 3. Litósfera sólida.
 4. Biósfera viviente.

3. La Atmósfera
 La atmósfera corresponde a
todo los gases (aire) que
rodean la tierra.
 Función:
• Proporcionar el aire que
respiramos
• Regular la temperatura global
• Filtrar la radiación solar
 Composición:
• Los mayores componentes por
volumen son:
 Oxígeno (21%)
 Nitrógeno (78%)
 Argón (0.93%)
 + Otros gasas en traza (O3, CO2,
CFCs; ppm, ppb, ppt)

4. La Atmósfera Actual
 La atmósfera actual de la tierra probablemente no es la
original.
 Actual: atmósfera oxidante
 Original: atmósfera reductora (sin oxígeno)
 Origen:
• La atmósfera original pudo haber tenido una composición
similar a la de la nebulosa solar y cercana a la composición
actual de los planetas Gigantes Gaseosos.
• Esa atmósfera se perdió en el espacio y fue reemplazada por
compuestos desgasificados de la corteza o desde el
impacto de meteoritos/planetesimales ricos en
materiales volátiles.
• Casi todo el oxígeno de la atmósfera fue producido por
plantas (cyanobacteria o blue-green algae).

5. Estructura de la Atmósfera
 Los gases que rodean la tierra están divididos en varias capas
esféricas concéntricas separadas por delgadas zonas de
transición.
 Espesor: ~1000 km s.n.m.
 Masa: 5.15 x 10E15 tons (99% concentrada en los primeros 40
km ).
 Las capas atmosféricas se caracterizan por diferencias en su
composición química, lo que produce variaciones en su
temperatura.
 1. Tropósfera
 2. Estratósfera
 3. Mesósfera
 4. Termósfera (Ionósfera)
 5. Exósfera

7. La Tropósfera (Región de mezcla)
 Capa más cercana al planeta que contiene el >% masa atmosférica.
 Se caracteriza por la densidad de su aire y por un gradiente térmico de
6°C/Km
 T° y vapor de agua decrecen rápidamente con la altura.
 Vapor de agua regula la T° del aire (absorbe E° solar y radiación térmica
de la superficie)
 Contiene 99 % del vapor de agua en la atmósfera, que varía con la
latitud (alto en los trópicos y bajo ~3% hacia las regiones polares).
 Todos los fenómenos climáticos ocurren el la tropósfera, aunque
algunas turbulencias pueden alcanzar la estratósfera.
 Ocurren fuertes corrientes de aire convectivas dentro de esta capa.
 Limite superior ~8/18 Km (varía con latitud y estación del año)
 Una delgada zona llamada la tropopausa la separa de la estratósfera
 La T° del aire en la tropopausa permanece cte. con la altura.

9. La Estratósfera
 Es la segunda mayor capa en la atmósfera.
 Se ubica entre los 10- y 50 Km.
 T° del aire cte. hasta 25 km altitud, luego aumenta gradualmente a 200-
220 K en la estratopausa (~50 km), caracterizada por una baja de T°
 Región estable debido al gradiente de T° del aire (no hay convección).
 El Ozono (O3) regula mayormente la T°, ya que hay poco vapor de agua 
T° aumenta con la concentración de ozono (E° solar convertido en K°
cuando O3 absorve UV)  calentamiento
 La capa de O3 se ubica entre 20-30 km (90% O3 de la atmósfera esta
aquí).
 O3 ~10 ppm estratósfera v/s O3 ~ 0.04 ppm tropósfera
 O3 absorbe el grueso de la radiación UV solar
 Condiciones meteorológicas afectan fuertemente la distribución del O3.
 La mayor producción de O3 ocurre en la estratósfera superior
tropical, donde se concentran las mayores radiaciones UV.
 La disociación ocurre en las partes bajas y a mayores latitudes.

10. Ozono
 Dependiendo donde este el ozono, este puede proteger o dañar la
vida en la tierra.
 Ozono Bueno:
• Mayor parte concentrada en la estratósfera(~25 km)
• Crucial para la vida en la tierra
• Actúa como escudo para proteger la sup. de la tierra absorviendo la
radiación UV. (cancer a la piel, cataratas, sist. Imunológico)
• Una disminución de 1% en la columna de O3  aumento en la
radiacion transmitida de UV de 2%
 Ozono Malo:
• Cerca de la superficie (aire)  dañino y contaminante (animales-
tejidos- y plantas); oxidante fotoquímico (plástico, goma)
• Reacciona con Hidrocarburos y gasolina (autos) => forma
contaminantes organicos secundarios (aldehidos y ketonas).
• Daña el DNA

11. Formación de la capa de Ozono
 1Ba  organismos acuáticos primitivos (blue-green algae)
comienzan a usar E° solar para disociar moleculas de H2O y CO2 y
recombinarlas en compuestos organicos y oxigeno molecular (O2)
 FOTOSINTESIS
 O2 + Corg → CO2
 El resto se acumuló en la atmósfera
 Creación de ozono (O3)
 Alto en la atmósfera:
 Moléculas de O2 absorben E° de los rayos UV solares y se disocian
para formar átomos de O. Estos átomos se recombinan con
oxígeno molecular (O2) para formar moléculas de ozono (O3)
 O2 + luz UV (<240 nm)  2 O
 O + O2 + M  O3 + M (M=conservación E° y momentum)

13. V U nó c a da R
i i Creación del ozono O+O2  O3

14. Destrucción del Ozono
 “La misma caracteristica que lo hace tal valioso lo
destruye”
 Cuando una molécula de O3 se expone a UV este se separa
en O y O2. Durante la disociación los oxigenos ganan °K, lo
que produce calor ( aumento T°atm)
 O3 + UV, luz visible  O + O2 (+ calor)
 Luego,
 O + O2 => O3
 O3 + O => O2 + O2

15. Destrucción del Ozono
 La mayoría de la destrucción del O3 ocurre a través de
procesos catalíticos.
 Ozono es altamente inestable, fácilmente dona su O extra a
radicales libres como N, H, brominas, y clorinas.
 Estos ocurren naturalmente en la atmósfera (provienen
desde el suelo, vapor agua, océanos)
 O3 + X  XO + O2 (X = O, NO, OH, Br o Cl)

 Manufacturas humanas también alteran (disminuyen)
niveles de O3
 Clorinas (océanos, CFCs-AC, aerosoles, refrigeradores,
solventes-)
 Brominas (Br) (extinguidores)

16. Destrucción del Ozono
 CFCs: sustituyentes de refrigerantes tóxicos. Inofensivos
en la sup., pero…
 CFCs estables en la troposfera  indestructibles!
(insolubles)
 Permanecen en la tropósfera por mas de 40 AÑOS antes de
migrar a la estratósfera.
 En la estratósfera…
• UV alta energia disocia CFCs  un producto: clorinas
(catalizadores de la destrucción de O3 )
• Cl reaccionan y permanecen inalteradas
• Cl + O3 => ClO + O2
• y Luego... ClO + O  Cl + O2
• y Luego...
 No CFCs => No Clorinas
 (1960s) => CFC-12 ppt <100 ppt
 (1987) => 400 ppt

18. Destrucción del Ozono O3 + UV, luz visible => O + O2(+ calor)
CALOR
V U no c a da R
i i

21. La Mesósfera
 La mesósfera se extiende entre 50 - 80 Km.
 Se caracteriza por un descenso en la T° (190-180 °K a 80 Km.)
 O3 y vapor de agua son mínimas  menor T° que abajo.
 Bajísimas T° permiten la formación de “Nubes Noctilucentes”
• Las nubes noctilucentes se ven mejor después del atardecer. Al brillar,
muestran un bello color eléctrico blanco azulado. Por lo general, se les
puede ver en lugares cercanos a los polos de la Tierra, pero en años
recientes, se les ha visto en lugares de menor latitud (como en
Colorado o Virginia, en EEUU).
• Este cambio en las observaciones de nubes noctilucentes hace que los
científicos piensen que esto es una señal en el cambio de clima global
de la Tierra, que es influenciado por la actividad de los seres humanos.
 Al aumentar la distancia de la superficie, la composición
química del aire se hace dependiente de la altitud y se
enriquece en gases livianos.
 A grande alturas los gases residuales se estratifican de acuerdo
a sus pesos moleculares (separación gravitacional)

24. La Termósfera (aumento de T°)
 Ubicada sobre la mesósfera y separada de
ella por la mesopausa
 La T° generalmente aumenta con la
altitud (1000-1500 K) debido a la intensa
absorción de radiación solar del poco
oxigeno molecular que existe.
 A altitudes de 100-200 km, todavía los
mayores componentes son Ni y O
 A esta altitud las moléculas de gas están
extremadamente separadas
 Aquí se forman las auroras boreales a
latitudes altas

26. La Ionosfera (parte de la
Termósfera)
 Aquí muchos átomos son ionizados.
 Es una capa muy delgada, es
responsable de la absorción de los
fotones más energéticos del sol y
reflejar ondas de radio, permitiendo las
comunicaciones a larga distancia.
 Estructura influenciada por el viento solar
(partículas eléctricamente cargadas), a su
vez gobernada por la actividad solar.
 Una medida de su estructura es la
densidad de electrones libres, que es un
indicador del grado de ionización.

27. La Exósfera
 Es la región atmosférica más
alejada de la superficie de la
Tierra.
 Su límite superior se extiende a
alturas de 960 a 1000 Km. y está
relativamente indefinido.
 Es la zona de transición entre la
atmósfera terrestre y el espacio
interplanetario.
 Comienza en el techo de la
termósfera y continía hasta que
se mezcla con los gases
interplanetarios o espacio.
 En esta región de la atmósfera, el
H y el He son los componentes
primarios y están presentes a
extremadamente bajas
densidades.

28. Las capas de la Atmósfera
Partículas cargadas y no cargadas
Termosfera Colisiones muy poco frecuentes
1% resto
MESOPAUSA ≈ 80 km
99% resto Mesosfera Partículas cargadas (ionosfera)
ESTRATOPAUSA ≈ 50 km
Muy seca, incremento concentración O3
Estratosfera Largos tiempos de permanencia de partículas
Mezcla vertical muy reducida
99.9% masa TROPOPAUSA ≈ 10 - 12 km
grad T = -6.5 K·km-1
Troposfera 80% masa, ≈100% vapor de agua
Cortos tiempos de permanencia de partículas

29. Isótopos Estables
Nitrógeno
Oxigeno
Hidrógeno

30. Isótopos
 Los átomos que son isótopos entre sí, son
los que tienen igual número atómico
(número de protones en el núcleo), pero
diferente número másico (número de
neutrones en el núcleo)
 Un elemento químico tiene uno o varios
isótopos, de los cuales todos, algunos, o
ninguno, pueden ser isótopos estables.
Los isótopos que no son estables, a
diferencia de los estables, se desintegran
para dar lugar a otros núclidos emitiendo
partículas o radiación electromagnética.

31. La Tabla de los Nucleidos
(Isótopos)
Masa atómica (A) = Z + N
Número Atómico (Z)
Isótopos
Isotones Isóbaros
Número de Neutrones (N)

32. Ciclo del Nitrógeno

38. Ciclos Elementales

39. Ciclo del Carbono
 El carbono es elemento básico en la formación de las moléculas de
carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas las
moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos
enlazados entre sí.
 La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los
seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera.
 Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del
0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas
de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir
que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada
20 años.
 La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración
los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2.
 En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la
hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y
no, como podría parecer, los animales más visibles.
 Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua.

40. Ciclo del Carbono
 La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la de
otros gases, como el O2 o el N2, porque reacciona con el agua
formando ácido carbónico.
 En los ecosistemas marinos algunos organismos convierten parte
del CO2 que toman en CaCO3 que necesitan para formar sus
conchas, caparazones o masas rocosas en el caso de los
arrecifes.
 Cuando estos organismos mueren sus caparazones se depositan
en el fondo formando rocas sedimentarias calizas, en el que
el C queda retirado del ciclo durante miles y millones de años.
Este C volverá lentamente al ciclo cuando se van disolviendo las
rocas.
 El petróleo, carbón y la materia orgánica acumulados en el
suelo son resultado de épocas en las que se ha devuelto menos
CO2 a la atmósfera del que se tomaba.
 Así apareció el O2 en la atmósfera. Si hoy consumiéramos todos
los combustibles fósiles almacenados, el O2 desaparecería de la
atmósfera.

41. Ciclo del Carbono

42. Ciclo del Oxígeno
 El oxígeno es el elemento químico más abundante en los
seres vivos.
 Forma parte del agua y de todo tipo de moléculas
orgánicas.
 Como molécula, en forma de O2, su presencia en la
atmósfera se debe a la actividad fotosintética de primitivos
organismos.
 Al principio debió ser una sustancia tóxica para la vida, por
su gran poder oxidante. Todavía ahora, una atmósfera de
oxígeno puro produce daños irreparables en las células.
 Pero el metabolismo celular se adaptó a usar la molécula de
oxígeno como agente oxidante de los alimentos abriendo
así una nueva vía de obtención de energía mucho más
eficiente que la anaeróbica.

43. Ciclo del Oxígeno
 La reserva fundamental de oxígeno utilizable por los seres
vivos está en la atmósfera. Su ciclo está estrechamente
vinculado al del carbono pues el proceso por el que el C
es asimilado por las plantas (fotosíntesis), supone
también devolución del oxígeno a la atmósfera, mientras
que el proceso de respiración ocasiona el efecto contrario.
 Otra parte del ciclo natural del oxígeno que tiene un
notable interés indirecto para los seres vivos de la
superficie de la Tierra es su conversión en ozono.
 Las moléculas de O2, activadas por las radiaciones muy
energéticas de onda corta, se rompen en átomos libres de
oxígeno que reaccionan con otras moléculas de O2,
formando O3 (ozono).
 Esta reacción es reversible, de forma que el ozono,
absorbiendo radiaciones ultravioletas vuelve a convertirse
en O2

44. Ciclo del Oxígeno

45. Ciclo del Nitrógeno
 Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de
proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras
moléculas fundamentales del metabolismo.
 Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se
encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser
utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos
(exceptuando algunas bacterias).
 Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del
aire juegan un papel muy importante en el ciclo de este
elemento al hacer la fijación del nitrógeno.
 De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas
(nitratos y amonio) asimilables por las plantas.
 El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las
plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo.

46. Ciclo del Nitrógeno
 Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas
y ácidos nucleicos.
 Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las
plantas o a otros animales.
 En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los
animales acaba formándose ión amonio que es muy tóxico
y debe ser eliminado.
 Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos
peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el
hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves
y otros animales de zonas secas).
 Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde
pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por
algunas bacterias.

47. Ciclo del Nitrógeno
 Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras
transforman este en nitrato.
 Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de
las raíces de las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso
esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un
abonado natural de los suelos.
 Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo,
en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que
producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N
en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del
ecosistema a la atmósfera.
 A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos
que escasean y que es factor limitante de la productividad
de muchos ecosistemas.

48. Ciclo del Nitrógeno

49. Ciclo del Fósforo
 El fósforo es un componente esencial de los organismos.
 Forma parte de:
• Ácidos nucleicos (ADN y ARN)
• ATP y de otras moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía
química
• Fosfolípidos que forman las membranas celulares
• Huesos y dientes de los animales.
 Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de
un 0,2%, aproximadamente.
 En los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.
 Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre.
Por meteorización de las rocas o sacado por las cenizas
volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las
plantas.
 Con facilidad es arrastrado por las aguas y llega al mar. Parte del
que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que
tardarán millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo
las sales de fósforo.

50. Ciclo del Fósforo
 Otra parte es absorbido por el plancton que, a su vez,
es comido por organismos filtradores de plancton,
como algunas especies de peces. Cuando estos peces son
comidos por aves que tienen sus nidos en tierra, devuelven
parte del fósforo en las heces (guano) a tierra.
 Es el principal factor limitante en los ecosistemas
acuáticos y en los lugares en los que las corrientes
marinas suben del fondo, arrastrando fósforo del que se
ha ido sedimentando, el plancton prolifera en la superficie.
 Al haber tanto alimento se multiplican los bancos de peces,
formándose las grandes pesquerías del Gran Sol, costas
occidentales de África y América del Sur y otras.

51. Ciclo del Fósforo

52. Ciclo del Azufre
 Es menos importante que los otros
elementos que hemos visto, pero
imprescindible porque forma parte de las
proteínas.
 Su reserva fundamental es la corteza
terrestre y es usado por los seres vivos en
pequeñas cantidades.
 La actividad industrial del hombre esta
provocando exceso de emisiones de gases
sulfurosos a la atmósfera y ocasionando
problemas como la lluvia ácida.

53. Lluvia Ácida
 Algunas industrias o centrales térmicas que usan combustibles de baja
calidad, liberan al aire atmosférico importantes cantidades de óxidos de
azufre y nitrógeno.
 Estos contaminantes pueden ser trasladados a distancias de hasta cientos
de kilómetros por las corrientes atmosféricas, sobre todo cuando son
emitidos a la atmósfera desde chimeneas muy altas que disminuyen la
contaminación en las cercanías pero la trasladan a otros lugares.
 En la atmósfera los óxidos de nitrógeno y azufre son convertidos en ácido
nítrico y sulfúrico que vuelven a la tierra con las precipitaciones de lluvia
o nieve (lluvia ácida).
 Otras veces, aunque no llueva, van cayendo partículas sólidas con
moléculas de ácido adheridas (deposición seca).
 La lluvia normal es ligeramente ácida, por llevar ácido carbónico que
se forma cuando el dióxido de carbono del aire se disuelve en el agua que
cae. Su pH suele estar entre 5 y 6.
 Pero en las zonas con la atmósfera contaminada por estas sustancias
acidificantes, la lluvia tiene valores de pH de hasta 4 o 3 y, en algunas
zonas en que la niebla es ácida, el pH puede llegar a ser de 2,3, es decir
similar al del jugo de limón o al del vinagre.

54. Lluvia Ácida

55. Ciclo del Agua
 El agua permanece en constante movimiento.
 El vapor de agua de la atmósfera se condensa y cae sobre
continentes y océanos en forma de lluvia o nieve.
 El agua que cae en los continentes va descendiendo de las
montañas en ríos, o se infiltra en el terreno acumulándose
en forma de aguas subterráneas.
 Gran parte de las aguas continentales acaban en los
océanos, o son evaporadas o transpiradas por las plantas
volviendo de nuevo de nuevo a la atmósfera.
 También de los mares y océanos está evaporándose agua
constantemente.
 La energía del sol mantiene este ciclo en funcionamiento
continuo.

56. Ciclo del Agua