Clase 1 La Atmósfera.ppt

7/14/2019 Clase 1 La Atmósfera.ppt

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LA ATMOSFERA: CONCEPTOS BASICOS

IA-5037 INGENIERIA DEL AGUA Y

MEDIO AMBIENTE

Ing. Mg.Sc. Ricardo Apaclla Nalvarte



ATMOSFERA TERRESTRE

La atmósfera que rodea a la tierra es una envolvente

gaseosa, de un espesor de unos 2000 Km.

Atmos (vapor)

Sphaira (globo)

Está dividida en regiones:

•Tropósfera

•Estratósfera

•Mesosfera

•Termósfera (ionósfera)

•Exósfera



Cada una de ellas posee diferentes propiedades

relativas a densidad, temperatura, tipo de actividad

química que tiene lugar, energía de la radiación solar

incidente

Los límites entre unas regiones y otras reciben el

nombre de pausas, son importantes debido a que

la mezcla de la atmósfera a través de las mismas

es relativamente lenta.



Región en contacto con la superficie terrestre.

Tiene un espesor medio de unos 12 km,variando entre7 km en los Polos y aproximadamente 17 km. en el

Ecuador.

Tiene una densidad elevada.Se calcula que contiene todo el vapor de agua y todos

los aerosoles.

La densidad disminuye con la altura, al igual que la

temperatura (6,5ºC/km).

TROPOSFERA

El intercambio de materia entre la tropósfera y

estratósfera es relativamente lento en los dos sentidos.

Recibe el nombre de tropopausa



Se producen la

mayor parte de los

fenómenos

meteorológicos yhay tanto

movimiento vertical

como horizontal de

las masas de aire.Por tanto

proporciona un

medio de

transporte demateriales y de

dispersión de

contaminantes.



Se extiende hasta una altura de 50 km. En ella el

gradiente de temperatura se invierte.

La temperatura permanece prácticamente constante

hasta una altura de unos 25 km. y después aumenta

gradualmente hasta alcanzar un valor máximo de 270 K

en los niveles superiores (estratopausa).

ESTRATOSFERA



Este incremento se

produce por

absorción de

radiación

ultravioleta.

Es la capa que

contiene la mayor parte del ozono

atmósferico

ESTRATOSFERA



Se extiende entre los 50 a 100 km.

La temperatura aumenta con la altura en los primeros

kilómetros, pero luego vuelve a bajar como

consecuencia de la disminución del ozono, hasta lamesopausa donde se alcanza los 180-190 K.

MESOSFERA



MESOSFERA

Las

concentraciones

de vapor de agua

y ozono soninsignificantes y

por el contrario

hay una mayor

presencia degases ligeros.



Su límite superior de altura no está definido.

La temperatura vuelve a aumentar con la altura hasta

alcanzar valores cercanos a los 1200 k a unos 350 km.,

debido a la absorción de radiación ultravioleta.

TERMOSFERA O IONOSFERA

Por encima de los 100 km.la atmósfera se ve afectada

por rayos X y radiación ultravioleta, lo que causa laionización de muchas especies como el O y N.



TERMOSFERA

Es la capa donde

se produce mucha

actividad

fotoquímica.



La base de la exósfera se encuentra entre unos 500-750km.

Está formada mayoritariamente por átomos de Oxígeno,

Hidrógeno y Helio.

EXOSFERA

La concentración de partículas ionizadas va aumentando

a través de la exósfera y más allá de los 2000 km., seencuentra una enorme banda de radiaciones que se

extiende hasta unos 55000 km.y recibe el nombre de

magnetósfera.



EXOSFERA

La concentración

de partículasionizadas va

aumentando a

través de la

exósfera y más alláde los 2000 km., se

encuentra una

enorme banda de

radiaciones que se

extiende hasta

unos 55000 km. y

recibe el nombre

de magnetósfera.



Se encuentran dos tipos de componentes: gases y

aerosoles.

Gases:

La composición del aire en sus componentes principales

es constante desde el nivel del suelo hasta una altura de

100 km, donde aparecen variaciones que se deben a las

radiaciones solar y cósmica y campo gravitacional de la

tierra.

COMPOSICION DE LA ATMOSFERA



La atmósfera está compuesta principalmente por una

mezcla de gases (78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y

1% de otros gases) que denominamos aire.



A estos constituyentes hay que añadir el vapor de agua

concentrado en las capas más bajas, cuya cantidad

depende de las condiciones climatológicas y la

localización geográfica, pudiendo variar entre el 0% y el

5%. A medida que aumenta el vapor de agua, los demásgases disminuyen proporcionalmente.




Dado que cada componente tiene un peso distinto de los

restantes, existe una tendencia natural de los elementos

más pesados a permanecer en las capas más bajas

(oxígeno por ejemplo) mientras que los más ligeros se

encuentran en las capas más altas. Esto explica porquéla mayor parte del oxígeno se encuentra por debajo de

los 35.000 pies de altitud, y porqué a medida que se

asciende (piense en Ticlio) disminuye la cantidad de

oxígeno presente en la atmósfera.




Composición química del aire en las proximidades del suelo



Es posible clasificar los componentes teniendo en cuenta

el tiempo de permanencia (t) de los gases en laatmósfera. Se habla de los siguientes grupos:

Gases permanentes, con t>1000 años (N2, O2 y gases

nobles).

Gases variables, con 100>t>1 años (CO2,CH4,H2,N2O,O3)

Gases muy variables, con t<1 año (H2O (v), CO, NO2, NH3,

SO2

, H2

S,…)


A medida que disminuye la vida media, la variación de la

concentración de un gas aumenta en el tiempo y en el

espacio.



Provienen de procesos físico-químicos naturales de

diversos tipos: erosión, erupciones volcánicas, aerosoles

marinos, incendios forestales naturales…

Aerosoles:

Además de los gases existen en la atmósfera los

aerosoles, materiales sólidos, y líquidos en suspensión.

Su composición es variable, los aerosoles marinos están

formados además del cloruro de sodio, por otras

especies inorgánicas (magnesio, fósforo, potasio,metales…) y orgánicas (residuos de algas y plancton).



Planeta Temp. (K)

Presión

(atmf.)

Masa

molecularM

Densidad

(kg/m3)

Tierra 288 1 28,96 1,225

Venus 738 92,8 44 67,42

Titán 95 1,48 28,6 5,43

Marte 215 0,0079 43,64 0,0195

Densidad atmosférica en la superficie de los planetas

Datos proporcionados

por satélites artificiales

y por sondas enviadas

a las partes altas de la

atmósfera, indican queel aire disminuye su

densidad a medida que

aumenta la altitud.

Esta disminución es

más acentuada en las

zonas bajas de la

atmósfera.

A 17 km de altitud la

densidad es diez vecesmás pequeña que al

nivel del mar.

A partir de los 100 km

esta disminución se

hace más lenta.



Las radiaciones que llegan a la atmósfera tienen como

fuente más importante el sol.

Se trata de un proceso físico, por medio del cual se

transmite energía en forma de ondas electromagnéticas,

en línea recta, sin intervención de una materiaintermedia, a 300.000 km/s.

RADIACIONES EN LA ATMOSFERA

Cuando esta radiación alcanza el límite superior de laatmósfera está formada por rayos de distinta longitud de

onda.



• Los rayos ultravioletas: no son visibles y tienen muy

pequeña longitud de onda.

• Los rayos luminosos: son los únicos visibles; su

longitud de onda corresponde al violeta y al rojo,

respectivamente, ya que varía entre 0,36 y 0,76

micrones.

• Los rayos térmicos o caloríferos: tampoco son visibles

y su longitud de onda es mayor de 0,76 micrones. Son

los rayos infrarrojos.




Las radiaciones que llegan a la atmósfera tienen como

fuente más importante el sol.

El espectro electromagnético se divide en zonas según

la longitud de onda de la radiación




El 99% de la energía de la radiación solar pertenece al

intervalo de longitud de onda comprendido entre 100 y

4000 nm.

Corresponde fundamentalmente a las zonas del

ultravioleta, visible e infrarrojo (UV, VIS e IR).

Las radiaciones de la zona del UV son muy energéticas y

por tanto capaces de producir alteraciones en las

sustancias; la mayor parte de ellas son detenidas en las

capas más externas de la atmósfera terrestre, ionosfera

y mesosfera; las que consiguen atravesar estas capas

son frenadas por el ozono (O3) presente en la

estratósfera.



Las radiaciones de IR son también absorbidas por

algunos de los componentes de la atmósfera como el

dióxido de carbono (CO2), el vapor de agua y el

monóxido de dinitrógeno (N2O).

El resultado de todo ello es que a la superficie de

nuestro planeta la radiación que llega es, esencialmente,

de la zona del visible.



La radiación que llega a la superficie terrestre

corresponde mayoritariamente a la región visible.

Es en esta zona donde la radiación solar tiene un mínimode absorción, por tanto una mayor “ventana” de paso.

Las “ventanas” en la zona IR son menores y hay casi

una absorción total de la radiación ultravioleta.



Los fenómenos que sufre la radiación desde que llega a

la atmósfera hasta que incide en la superficie terrestre,son: absorción, dispersión y reflexión.



En general, la absorción es la asimilación de una

sustancia por otra. En este caso, se puede definir comoel proceso por el cual la radiación solar es tomada o

retenida por una sustancia y convertida en otras formas

de energía, en general energía térmica.

ABSORCION DE LA RADIACION SOLAR

Del rayo solar original, de 100 unidades, tan solo 50 son

absorbidas por la superficie de la Tierra. La atmósfera

absorbe 16 unidades y las nubes 4. Esto significa que lasotras 30 unidades se pierden en los procesos de

dispersión y reflexión.

http://www.repsol.com/SE/ElTiempo/meteorologia/lacreaciondeltiempo/laradiacion.aspx

http://www.repsol.com/SE/ElTiempo/meteorologia/lacreaciondeltiempo/latierra.aspx

http://www.repsol.com/SE/ElTiempo/meteorologia/lacreaciondeltiempo/nubes.aspx






Los gases presentes en la atmósfera y en mucha menor

medida las nubes y partículas son responsables de la

absorción de un 20% del total de la radiación solar.

Esta absorción se produce en porcentajes muy

diferentes según la región del espectro

electromagnético.

Los gases responsables de la absorción de la radiación

infrarroja son el vapor de agua y el dióxido de carbono

(CO2).

En menor medida se tiene al metano (CH4) y monóxido

de dinitrógeno (N2O).



La reflexión es el proceso por el cual “una superficie de

discontinuidad devuelve una porción de la radiación

incidente al medio por el cual llegó la radiación”.

REFLEXION DE LA RADIACION SOLAR

La luz solar es redirigida en 180° luego de incidir en una

partícula atmosférica. Como establece la Ley de Snell, la

energía es reflejada por una superficie con el mismo

ángulo con el que inicialmente incidió sobre esa

superficie.



REFLEXION DE LA RADIACION SOLAR

Esta redirección causa una pérdida de la radiación solar entrante del 100 %. Es muy importante tomar en cuenta

la reflexión ya que cerca de un tercio de la energía del

Sol es reflejada.

La mayor parte de la reflexión en nuestra atmósfera tiene

lugar en las nubes cuando la luz es interceptada por

partículas de líquido y agua congelada. La reflectividad

de una nube varía entre el 40 y el 90 %.


http://www.repsol.com/SE/ElTiempo/meteorologia/lacreaciondeltiempo/elsol.aspx



http://www.repsol.com/SE/ElTiempo/meteorologia/lacreaciondeltiempo/elsol.aspx




En resumen, una gran proporción de la radiación solar

entrante que llega a la Tierra y su atmósfera –70%- es

absorbida (la superficie de la Tierra absorbe el 50%, las

nubes el 4% y las moléculas de aire el 16%). El 30%

restante es reflejado de vuelta al espacio.

En la reflexión parte de la radiación solar al incidir sobre

un cuerpo es desviada o devuelta, sin modificar sus

caracteres.

La relación entre la cantidad de radiación reflejada y la

recibida por una superficie se llama “albedo”.











Fenómeno similar a la reflexión, pero la radiación

modifica sus caracteres al ser devuelta o desviada.

En la alta atmósfera la radiación solar es dispersada por

las moléculas de los gases del aire: los rayos luminosos

de onda más corta (violeta y azul) son más fácilmentedispersados, dando el color azulado al cielo.

DISPERSION DE LA RADIACION SOLAR

Los demás, (rojo, anaranjado, amarillo), llegan casi

directamente al suelo, sin dispersarse; se dispersan

cuando atraviesan capas atmosféricas de espesor

considerable, como ocurre en los crepúsculos: en estos

casos el cielo presenta un color que va del amarillo al

rojo intenso.



La radiación solar incidente sobre la superficie terrestre

es aproximadamente solo el 45-50% de la radiación solar

incidente sobre la atmósfera.



La radiación absorbida por la superficie terrestre es a su

vez remitida hacia la atmósfera como radiación calorífica,de longitud de onda larga durante las horas nocturnas.

También hay remisión de energía no radiativa por lasuperficie mediante procesos de evaporación (calor

latente) y convección.

Todos estos fenómenos provocan el calentamiento de latropósfera.



Es importante el conocimiento de los procesos que

tienen lugar en las zonas altas de la atmósfera, pues son

determinantes para el mantenimiento de las condiciones

actuales de la biósfera.

PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LA ATMOSFERA

A pesar de la pequeña masa de aire que contienen,

forman una barrera contra las radiaciones y partículas de

alta energía que se encuentran continuamente

bombardeando el planeta, así la radiación de la zona UV

es lo suficientemente energética como para producir

alteraciones en las sustancias que constituyen laatmósfera.



Por ello, las moléculas y átomos de las sustancias sufren

procesos fotoquímicos.

PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LA ATMOSFERA

La absorción de luz por especies químicas puede

provocar reacciones que no se producen, a igualdad de

condiciones de presión y temperatura, en ausencia de

luz.

Los tres tipos de especies que están fuertemente

involucrados en los procesos químicos atmosféricos,

son:• Moléculas excitadas electrónicamente

• Radicales libres.

• Iones.

Estructura de la atmósfera, representación de la presión y temperatura.



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