sesion-02

Ing. Luis Gamarra Chavarry

Gnesis y evolucin de atmosfera

Propiedades fsicas de la atmsfera

Estructura

Composicin

Balance energtico

Ecuacin general de los gases.

PROPIEDADES FSICAS DE LA ATMSFERA

Mg. Ing. Luis Gamarra Chavarry Ingeniero Gegrafo - Economista

Gases de efecto invernadero:

CO2, CFC, CH4, N2O y O3

288K

Gases absorbentes Bandas (um)

CO2

2,3 - 3,1

4,1 - 4,5

13,0 - 18,0

CH4 3,2 - 8,0

H20 0,95 1,1 0,4 1,9 2,7 6,2 y >20

ESTRUCTURA DE LA ATMOSFERA

PERFILES TIPICOS DE IONIZACION

CIRCULACION GENERAL ATMOSFERICA


Estructura:

Homosfera

Troposfera

Estratosfera

Mesosfera

Heterosfera

Termosfera (ionosfera)

Exosfera

PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LA ATMOSFERA

ESPECTRO SOLAR

Gases de efecto invernadero:

CO2, CFC, CH4, N2O y O3

288K

Gases absorbentes Bandas (um)

CO2

2,3 - 3,1

4,1 - 4,5

13,0 - 18,0

CH4 3,2 - 8,0

H20 0,95 1,1 0,4 1,9 2,7 6,2 y >20

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Al absorber las radiaciones de la zona UV es lo suficientemente

energtica para producir alteraciones en las diferentes sustancias que

constituyen la atmsfera. Al absorber, las molculas y tomos sufren

procesos fotoqumicos.

Tres tipos de especies reactivas e inestables:

1. Molculas excitadas elctricamente

2. Radicales libres

3. Iones


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1. Molculas excitadas elctricamente

Debido a la absorcin de radiacin ultravioleta o visible, lo que origina estados excitados.

Tienen una vida media finita (muy corta)

Pierden energa por emisin de radiacin, sin tener que reaccionar con otras

especies.

a) Disociacin de la molcula excitada: 02* 0 + 0

b) Reaccin directa con otras especies: 02* + 03 202 + 0

c) Ionizacin con perdida de un electrn: N2* N2

+ e-

La absorcin de radiacin infrarroja no es suficientemente energtica para romper los enlaces, pero ocasiona el aumento de energa vibracional y rotacional. Esta energa se

disipa como calor y aumenta la temperatura de toda la atmsfera.


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2. Radicales libres

Se forman por la accin de la radiacin solar

Presentan alta reactividad

Tiempo de permanencia muy corto

Participan en muchos fenmenos qumicos atmosfricos

Participan en reacciones en cadena

En el fenmeno denominado smog fotoqumico se encuentran

involucrados los radicales libres formados en la troposfera.


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Radical hidroxilo (HO )

En las regiones ms altas se produce por fotlisis del agua

H2O + hv HO + H

Fotlisis del acido nitroso

HONO + hv HO + NO

En la troposfera, relativamente no contaminada, se origina por fotolisis del ozono,

seguida de reaccin de una fraccin de oxgeno atmico excitado con molculas de

agua.

03 + hv ( < 310 nm) 0* + 02

0* + H2O 2HO


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Radical hidroxilo (HO )

Entre las especies traza ms importantes que reaccionan con el radical HO, estn:

CO + HO CO2 + H (reaccin ms frecuente)

CH4 + HO H3C + H2O

H3C + O2 H3COOO (radical metilperxido)


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Procesos de:

a) Fotoionizacin

b) Fotodisociacin

0,4 um 0,315 um 0,28 um 0,1um

Radiacin ultravioleta UV-A UV-B UV-C

CERCANO MEDIO LEJANO

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3. Iones Altitudes superiores a 50 Km

Prevalecen en la regin denominada ionosfera

La luz ultravioleta es la primera productora de iones

En la oscuridad los iones positivos se recombinan lentamente con los

electrones libres.

El proceso es especialmente rpido en las zonas ms bajas de la ionosfera,

donde la concentracin de especies es relativamente alta.

El lmite inferior de la ionosfera sube por la noche y hace posible la

transmisin de las ondas de radio a distancias mucho mayores.


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En la atmosfera se presentan una serie de reacciones Fotoqumicas

Influyen:

a) Perfiles de temperatura

b) Concentracin de algunas especies presentes en las diferentes

capas


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Las especies qumicas contaminantes se generan y son emitidas

desde la superficie, en la troposfera, desde su emisin hasta su

accin sobre los seres vivos o sobre las materiales, siguiendo las

siguientes vas:

a) Reacciones qumicas en la zona de su emisin (qumica de la

troposfera)

b) Transporte a la estratosfera (qumica de la estratosfera)

c) Residencia ms o menos prolongada en la troposfera se

depositan sobre la superficie terrestre, ya sea por va seca o por

va hmeda.


COMPONENTES DEL SISTEMA CLIMATICO



1. LA ATMOSFERA

1. La atmsfera

1.1 Definicin

1.2 Funciones

1.3 Teora sobre su origen

1.4 Propiedades fsicas y qumicas

1.5 Composicin

1.6 Estructura

1.6.1 Homosfera

1.6.1.1 Troposfera

1.6.1.2 Estratosfera

1.6.1.3 Mesosfera

1.6.2 Heterosfera

1.6.2.1 Termosfera (ionosfera)

1.6.2.2 Exosfera


1. LA ATMOSFERA

1.1 Definicin

La palabra atmosfera se deriva de las raices griegas:

Atmos = Vapor

Sphair = Esfera

Esta esfera de vapor est constituida por una mezcla de gases diferentes y

partculas slidas y lquidas en suspensin, tales como polvos, sales, iones y

hasta partculas nucleares en las regiones ms alejadas de la superficie

terrestre

1. LA ATMOSFERA


1. LA ATMOSFERA


1.2 Funciones:

1. Proteger la flora y la fauna de las radiaciones de muy alta energa que seran

mortales si llegaran directamente a la superficie terrestre.

2. Contiene gases que son vitales para los procesos biolgicos de los animales y

plantas, tales como el Oxgeno (O2), el dixido de carbono (CO2), el Ozono (O3) y

el vapor de agua ( H2O).

3. Conservar el calor terrestre, lo cual permite tener un clima favorable para la vida

en el planeta.

. 1. LA ATMOSFERA

. 1. LA ATMOSFERA

2

+3/2

. 1. LA ATMOSFERA

1. LA ATMOSFERA


1.3 Teora sobre su origen:

1. LA ATMOSFERA


1.4 Propiedades fsicas y qumicas:

Movilidad

Comprensibilidad

Expansibilidad

Diatermancia

Forma de la tierra

1. LA ATMOSFERA


1. LA ATMOSFERA


Composicin:

Vapor de agua

Dixido de carbono

Ozono

Aerosoles

1. LA ATMOSFERA


Estructura:

Homosfera

Troposfera

Estratosfera

Mesosfera

Heterosfera

Termosfera (ionosfera)

Exosfera

ESTRUCTURA DE LA ATMOSFERA

LA TROPOSFERA

Es la zona ms baja de la atmsfera, en ella la temperatura disminuye con la altura.

La disminucin es de 6 a 7C por kilmetro y despus en la segunda mitad alcanza 7 a

8C por kilmetro.

Contiene la mayor parte de la masa de la atmsfera (75% de la masa molecular).

Se caracteriza por movimientos verticales y apreciable contenido de vapor de agua,

nubes y otros fenmenos que constituyen el tiempo.

Es el dominio de las nubes, precipitaciones, originados por torbellinos, ciclones y

anticiclones.

Se reconoce un primer nivel hasta una altura de 600 a 800 metros a la que se conoce

como capa lmite planetaria.

Llega a temperaturas cerca a -56C en el lmite superior.

LA TROPOSFERA

Se reconoce una capa isotrmica denominada tropopausa.

La tropopausa no es continua y su altitud varia, segn la latitud

La tropopausa tropical llega a una altitud de 18 km.

La tropopausa media llega a una altitud de 9 a 13 km.

La tropopausa polar a una altitud promedio de 8 Km

BALANCE DE RADIACION EN EL SISTEMA TIERRA - ATMOSFERA

BALANCE DE RADIACION DE LA ATMOSFERA

BALANCE DE RADIACION DE LA SUPERFICIE TERRESTRE

BALANCE DE RADIACION DEL SISTEMA TIERRA - ATMOSFERA

BALANCE ENERGETICO

BALANCE TERMICO EN EL PLANETA

R neta = G + H + LE + D

G = Es la parte del calor que se va a transmitir hacia las capas profundas

de la superficie (continental y ocenica)

H = Es la parte del calor que se va a transmitir hacia la atmsfera por

medio de la conveccin, entendiendo por tal, los movimientos verticales

del aire. Se trata de intercambio de calor en forma de calor sensible.

BALANCE TERMICO EN EL PLANETA

R neta = G + H + LE + D

LE = Es la parte del calor que se transmitir hacia la atmsfera en virtud

del mecanismo de la evaporacin del agua. Se compone de dos

trminos:

L = Es el calor latente de vaporizacin

E = Representa el nmero de gramos de agua que

se evaporan

D = Es la parte del calor que va a transmitirse mediante los movimientos

advectivos u horizontales del aire.

BALANCE ENERGETICO DEL SISTEMA TIERRA-ATMOSFERA

GANANCIAS DE CALOR POR PARTE DE LA ATMOSFERA

Superficie Albedo() Emisividad ()

Superficie Albedo() Emisividad ()

Carreteras 0,08 a 0,17 0,93 Remolacha 0,15 a 0,27

Conferas 0,12 a 0,16 0,90 Ros 0,06 a 0,11

Dunas 0,20 a 0,40 Salinas 0,42

Espejo 0,88 Suelo oscuro 0,05 a 0,16 0,90

Espinaca 0,24 a 0,28 Suelo hmedo 0,10 0,97

Granos 0,15 a 0,25 Suelo claro 0,20 a 0,43 0,90

Hierba verde 0,15 a 0,20 Selva confera 0,05 a 0,15

Hierba seca 0,19 a 0,32 Tinte negro 0,04 0,92

Hierba mojada 0,20 a 0,35 Tinte blanco 0,85 0,92

Huerta de naranjas 0,17 Trigo 0,15 a 0,25

Maz 0,12 a 0,24 0,97 Tierra vegetal 0,10 a 0,25

Nieve fresca 0,85 a 0,90 Vegetacin desrtica 0,37

Zonas urbanas 0,16 a 0,45

Albedo superficial () y emisividad ()

Radiacin global (Q+q)i

Llamado tambin radiacin incidente, es la cantidad de

radiacin directa (Q) y difusa (q)

que llega a la superficie terrestre.

Se mide o cuantifica con instrumentos denominados

Piranmetros, cuyo sistema selecto

de longitudes de onda sea una

semiesfera

Estimacin de la radiacin Global

Donde:

M = horas de sol o brillo solar

N = Duracin del da solar u horas de sol mximo o

fotoperodo

T = Tmx - Tmn = rango diurno de temperatura (C K)

Qs = Radiacin solar en el tope de la atmsfera (mm/da,

ly/da)

a y b son constantes propios de cada localidad

N

MbaQqQ Si)(

N

TbaQqQ Si)(

Ecuaciones para el Per

Costa Central :(Q + q)i = QS (0,060 + 0,640 T/N) Costa Norte :(Q + q)i = QS (0,360 + 0,221 T/N) Sierra Central :(Q + q)i = QS (0,457 + 0,207 T/N) Sierra Norte :(Q + q)i = QS (0,284 + 0,205 T/N) Sierra Sur :(Q + q)i = QS (0,230 + 0,380 T/N) Selva :(Q + q)i = QS (0,0188 + 0,4984T/N)

Radiacin Neta en onda corta (Rnoc)

Es la parte de la radiacin incidente absorbida por la superficie sobre el

cual incide

Rnoc = Qa = (Q + q)i - (Q + q)r = ms Cs T = ml Cl T

= (Q + q)i - (Q + q)i

Rnoc = (Q + q)i (1 - )

De acuerdo a la ecuacin, se ve que mientras QS exista y < 1, la

radiacin neta en onda corta es siempre positivo (Rnoc > 0)

) - (1N

X b + a Q = ) - (1)q + (Q = R sinoc

Radiacin Termal (It) = (IR)

Es la radiacin que emite la superficie de la Tierra y est comprendida en

mayor proporcin entre 4 a 50 de longitud de onda, o sea en el llamado

longitud de onda larga

donde

: es la emisividad de la superficie 0,9

: es la constante de Stefan = 1,96 x 10-9 mm/da.K4 = 8,132 x

10-11 ly/min.K4

TS : es la temperatura de la superficie terrestre

T = I4st

Contrarradiacin (Ii)

Es parte de la radiacin emitida por la atmsfera y que incide sobre la superficie terrestre.

Su magnitud depende de la cantidad de radiacin absorbida, tanto en onda corta como en onda larga por parte de la atmsfera (Ia)

4

aaa TI

Radiacin Neta en Onda larga (Rnol)

It Ii

Rnol = Ii - It

Rnol = IR- IR

CONTRARADIACION RAD.TERMAL

Estimacin de la Radiacin neta en onda

larga (Rnol)

Donde:

e = presin de vapor (hPa)

T = temperatura absoluta (K)

M = horas de sol (horas y dcimas)

N = fotoperodo (horas y dcimas)

= 1,96 x 10-9 mm/da.K4 = 8,132 x 10-11 ly/min.K4

Otra forma de estimar la Rnol es:

Rnol = a + b T/N T = Tmx - Tmn

eN

MTR

nol079,056,09,01,04

Ecuaciones para el Per

Costa Norte : Rnol = - 0,111 + 0,255 T

Costa Central : Rnol = 0,21 + 0,23 T

Costa Sur : Rnol = - 0,474 + 0,5134 T

Sierra Norte : Rnol = - 0,827 + 0,209 T

Sierra Central : Rnol = - 0,0971 + 0,188 T

Sierra Sur : Rnol = - 4,74 + 0,5134 T

Selva : Rnol = -1,2516 + 2,5882 T/N

BALANCE DE RADIACION (Rn)

Qi

Qr qi

qr

Ii

It

Rn = Rnoc + Rnol

tiiII) - (1)q + (Q = Rn

TRANSPORTE Y DISPERSIN DE CONTAMINANTES EN LA ATMSFERA

http://www.meted.ucar.edu/dispersion/basics/print.htm

buscar dispersin bsica

http://www.windows2universe.org/earth/Atmosphere/vocs.html&lang=sp

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