Composición, estructura y evolución  de la atmósfera
El espesor del cielo ¿cómo de alto es el cielo
El espesor del cielo… <ul><li>A una altura de 16 kilómetros la densidad es el 10%  de la existente al nivel del mar </li><...
El espesor del cielo <ul><li>Las tormentas pueden ascender hasta los 12 km en la atmósfera </li></ul><ul><ul><ul><ul><li>1...
Escalas de tiempo <ul><li>Tiempo de renovación </li></ul>M: Masa de la substancia F: Flujo de masa  S F
Principales gases atmosféricos
nitrógeno <ul><li>Fuentes:  </li></ul><ul><ul><li>residuos agrícolas y ganaderos. </li></ul></ul><ul><ul><li>erupciones vo...
 
oxígeno <ul><li>Fuentes: </li></ul><ul><ul><li>fotosíntesis. </li></ul></ul><ul><li>Sumideros: </li></ul><ul><ul><li>perso...
 
Vapor de agua <ul><li>Muy variable en sus concentraciones  (muy diferente sobre los desiertos y sobre los mares ecuatorial...
CICLO DEL AGUA
Dióxido de carbono <ul><li>Fuentes: </li></ul><ul><ul><li>descomposición de plantas y humus. </li></ul></ul><ul><ul><li>co...
CICLO DEL CO 2
Incremento del CO2
Medidas de CO 2  en Izaña
Variaciones del CO2 en Vostok
El metano
Fuentes del Metano
Variación de la concentración de Metano (ppb)
Ozono <ul><li>Compuesto gaseoso con 3 átomos de oxígeno, altamente oxidante, de olor fuerte y penetrante (su nombre deriva...
Ozono:mecanismos de formación y destrucción O 2  + O + M  O 3  + M O 2  + UV  O + O O 3  + UV  O + O 2 O 3  + O  2O 2 1. 2...
Aerosoles Es un hecho experimental relativamente fácil de llevar a cabo (basta que miremos en algún rincón de casa, sobret...
<ul><li>Especialmente debido al movimiento Browniano las  partículas más pequeñas pueden permanecer en la atmósfera durant...
Origen: <ul><li>Fuentes minerales </li></ul><ul><li>Fuentes marítimas </li></ul><ul><li>Otras fuentes </li></ul>Fuentes pr...
Fuentes secundarias <ul><li>Conversión gas/partícula </li></ul>
Efectos de los aeroles: Influencia en las nubes Pocos aerosoles Nubes “obscuras” muchos aerosoles Nubes “claras”
Efectos en las personas
La relación entre la presión atmosférica y la altitud La presión disminuye cuando  se aumenta en altura. El cambio de pres...
No solo, la presión si no la densidad también varía exponencialmente con la altura
Variación vertical en la composición de la atmósfera homosfera heterosfera : composición varía  con la altura
Variación vertical  de la concentración ozono Variación vertical de la concentración del vapor de agua Casos especiales: O...
Estructura térmica de la atmósfera Variación vertical
Estructura térmica de la atmósfera <ul><li>Factores que influyen : </li></ul><ul><ul><li>1. La  conductividad molecular . ...
Estructura en capas
troposfera <ul><li>Región más baja, por cima de la superficie terrestre. </li></ul><ul><li>Gradiente vertical negativo de ...
troposfera (II) <ul><li>Existe un gradiente horizontal de temperatura del ecuador a los polos. </li></ul><ul><li>Contiene ...
estratosfera <ul><li>En la parte inferior, la temperatura es casi constante con la altura, o crece lentamente. </li></ul><...
mesosfera <ul><li>La temperatura disminuye con la altura hasta alcanzar un mínimo en la  mesopausa . </li></ul><ul><li>El ...
Termosfera <ul><li>La temperatura crece con la altura. </li></ul><ul><li>Las altas temperaturas se deben a la absorción de...
Estructura térmica y  cinemática (Variación latitudinal)
ENERO AGOSTO DISTRIBUCION LATITUDINAL DE TEMPERATURA
Distribución latitudinal de temperatura y viento zonal JULIO ENERO
La circulación meridional
El campo de presiones
Verano Invierno Distribución supeficial de la presion
Variación latitudinal de la presion
Estructura eléctrica del sistema tierra-atmósfera
No hay ninguna duda que los fenómenos  eléctricos están presentes en la atmósfera
Origen… <ul><li>Rayos X y radiación ultravioleta procedentes del Sol </li></ul><ul><li>Rayos cósmicos </li></ul><ul><li>De...
<ul><li>Las partículas cargadas se componen de : </li></ul><ul><ul><li>Pequeños iones  </li></ul></ul><ul><ul><li>Grandes ...
Perfiles verticales
El campo eléctrico normal <ul><li>Vertical y descendente </li></ul><ul><li>a nivel del suelo    125 V/m </li></ul><ul><li...
El condensador telúrico <ul><li>diferencia de potencial    500 KV </li></ul><ul><li>intensidad total de corriente entre p...
La ionosfera
Ionosfera. introducción <ul><li>La ionización en la atmósfera inferior es relativamente débil (   1000 pares/cm 3 ). </li...
Definimos ionosfera ... La ionosfera es aquella región de la atmósfera  donde la ionización tiene lugar, de modo que perma...
estructura <ul><li>Viene marcada por el gradiente en la densidad electrónica. </li></ul><ul><li>80 -- 100 Km: capa E o est...
Algunos efectos de la variacion de la altura de la ionosfera
Evolución de la atmósfera
Historia de la formación de la Tierra
La atmósfera inicial <ul><li>La Tierra se formó sin atmósfera o la atmósfera primordial la perdió muy pronto </li></ul><ul...
<ul><li>Posible origen: </li></ul><ul><ul><li>Vulcanismo </li></ul></ul><ul><ul><li>H 2 O, N 2 , CO 2 , CO, H 2 , Cl 2 </l...
<ul><li>La paradoja del sol débil </li></ul>
<ul><li>Como resolver la paradoja de un sol débil y una tierra sin congelar ? </li></ul>La respuesta más verosímil es: <ul...
 
Sin embargo, datos de paleosuelos indican:  pCO2 < 0.01 bar (3PAL): Otros gases de efecto invernadero verosímiles son: <ul...
Las bacterias metanógenas han estado con nosotros desde hace muchos, muchos años… CO 2  + 2 H 2  (+ h  )     CH 2 O + H ...
 
La evolución del oxígeno <ul><li>En la lista de gases anteriormente citados falta el oxígeno. Que ha pasado con este gas? ...
En una primera etapa la atmósfera fue anóxica Evidencias B.I.F
M ecanismo de formación del oxígeno  en  un atmósfera reducida Previsiones de un modelo propuesto por Kasting
La actividad fotosintética unida a un enterramiento de parte de  la materia orgánica da como resultado en incremento en la...
Estromatolitos modernos
a) Chroococcus  b) Oscillatoria  c) Nostoc (coccoid)   (filamentous)   (heterocystic) Nitrogen-fixing Cyano-bacterias
evolución y cambios en la atmósfera y el clima
<ul><li>Se pueden distinguir 4 etapas </li></ul>1. Atmósfera primordial 2. Exhalación desde la superficie y el bombardeo d...
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Presentacion

  1. 1. Composición, estructura y evolución de la atmósfera
  2. 2. El espesor del cielo ¿cómo de alto es el cielo
  3. 3. El espesor del cielo… <ul><li>A una altura de 16 kilómetros la densidad es el 10% de la existente al nivel del mar </li></ul><ul><li>A una altura de 50 kilómetros, la densidad se ha reducido a un 1% de la existente al nivel del mar </li></ul><ul><li>La atmósfera es una envoltura relativamente delgada: </li></ul><ul><li>El 99.99997% por bajo de los 100 kilómetros </li></ul><ul><li>El radio de la Tierra es de 6500 kilómetros </li></ul><ul><ul><ul><ul><li>100 / 6500 = 1.5% </li></ul></ul></ul></ul>
  4. 4. El espesor del cielo <ul><li>Las tormentas pueden ascender hasta los 12 km en la atmósfera </li></ul><ul><ul><ul><ul><li>12 / 6500 = 0.2% </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>Masa total: 5.14 x 10 15 kilogramos (5,140,000,000,000,000) </li></ul>
  5. 5. Escalas de tiempo <ul><li>Tiempo de renovación </li></ul>M: Masa de la substancia F: Flujo de masa S F
  6. 6. Principales gases atmosféricos
  7. 7. nitrógeno <ul><li>Fuentes: </li></ul><ul><ul><li>residuos agrícolas y ganaderos. </li></ul></ul><ul><ul><li>erupciones volcánicas. </li></ul></ul><ul><li>Sumideros: </li></ul><ul><ul><li>plantas. </li></ul></ul><ul><ul><li>vida marina. </li></ul></ul><ul><li>Tiempo medio de permanencia  100 millones de años. </li></ul>
  8. 9. oxígeno <ul><li>Fuentes: </li></ul><ul><ul><li>fotosíntesis. </li></ul></ul><ul><li>Sumideros: </li></ul><ul><ul><li>personas y animales. </li></ul></ul><ul><ul><li>disuelto en el agua. </li></ul></ul><ul><ul><li>descomposición de materia orgánica. </li></ul></ul><ul><ul><li>reacciones químicas. </li></ul></ul><ul><li>Tiempo medio de permanencia en la atmósfera  3000 años. </li></ul>
  9. 11. Vapor de agua <ul><li>Muy variable en sus concentraciones (muy diferente sobre los desiertos y sobre los mares ecuatoriales). </li></ul><ul><li>Fuentes: </li></ul><ul><ul><li>masas de agua. </li></ul></ul><ul><li>Sumideros: </li></ul><ul><ul><li>lluvia. </li></ul></ul><ul><ul><li>nieve. </li></ul></ul><ul><li>Tiempo medio de permanencia  11 días. </li></ul>
  10. 12. CICLO DEL AGUA
  11. 13. Dióxido de carbono <ul><li>Fuentes: </li></ul><ul><ul><li>descomposición de plantas y humus. </li></ul></ul><ul><ul><li>combustibles fósiles. </li></ul></ul><ul><li>Sumideros: </li></ul><ul><ul><li>fotosíntesis de las plantas. </li></ul></ul><ul><ul><li>Disolución en el mar (cada vez más saturado). </li></ul></ul><ul><li>Tiempo medio de permanencia  4 años. </li></ul><ul><li>Buen absorbente de radiación infrarroja emitida por la tierra y la atmósfera. </li></ul>
  12. 14. CICLO DEL CO 2
  13. 15. Incremento del CO2
  14. 16. Medidas de CO 2 en Izaña
  15. 17. Variaciones del CO2 en Vostok
  16. 18. El metano
  17. 19. Fuentes del Metano
  18. 20. Variación de la concentración de Metano (ppb)
  19. 21. Ozono <ul><li>Compuesto gaseoso con 3 átomos de oxígeno, altamente oxidante, de olor fuerte y penetrante (su nombre deriva de la palabra griega ‘ozein’:oler), de color azul pálido , peligroso para la respiración pues ataca a las mucosas </li></ul><ul><li>Muy variable en sus concentraciones con la altitud, latitud, estación, hora del día y tipo de tiempo. </li></ul><ul><li>Las concentraciones más importantes (1-10 ppm) se dan entre los 10 y los 50 km de altura. </li></ul><ul><li>También se dan concentraciones altas (  1 ppm) en algunas ciudades por las industrias y el tráfico. </li></ul><ul><li>Absorbe radiación UV en la alta atmósfera, reduciendo la cantidad que llega a la superficie terrestre. </li></ul><ul><li>Gas de efecto invernadero </li></ul>http://daac.gsfc.nasa.gov/upperatm/ozone_atmosphere.html
  20. 22. Ozono:mecanismos de formación y destrucción O 2 + O + M O 3 + M O 2 + UV O + O O 3 + UV O + O 2 O 3 + O 2O 2 1. 2. 3. 4. Mecanismo Chapman Mecanismos catalítico X+ O 3 XO + O 2 XO + O X + O 2 Neto O 3 + O 2O 2
  21. 23. Aerosoles Es un hecho experimental relativamente fácil de llevar a cabo (basta que miremos en algún rincón de casa, sobretodo si es un piso de estudiantes) que el aire tiene multitud de partículas en suspensión. A este sistema aire+partículas se le denomina aerosol atmosférico. El aerosol atmosférico es ubicuo, está presente tanto en atmósferas muy contaminadas de las grandes ciudades como en atmósferas ‘limpias’ de los sitios más remotos de la Antártida o el polo norte
  22. 24. <ul><li>Especialmente debido al movimiento Browniano las partículas más pequeñas pueden permanecer en la atmósfera durante mucho tiempo, obviamente cuanto más grandes son las partículas mayor es su velocidad de sedimentación y por tanto debe de existir un tamaño máximo más allá del cual la partícula sedimenta muy rápidamente y no es observable. Este tamaño está en torno a las 100  m. En cuanto al radio más pequeño, viene determinado esencialmente por los mecanismos de producción del aerosol, está en torno a las 0.001 - 0.01  m </li></ul>Distribución en tamaños:
  23. 25. Origen: <ul><li>Fuentes minerales </li></ul><ul><li>Fuentes marítimas </li></ul><ul><li>Otras fuentes </li></ul>Fuentes primarias
  24. 26. Fuentes secundarias <ul><li>Conversión gas/partícula </li></ul>
  25. 27. Efectos de los aeroles: Influencia en las nubes Pocos aerosoles Nubes “obscuras” muchos aerosoles Nubes “claras”
  26. 28. Efectos en las personas
  27. 29. La relación entre la presión atmosférica y la altitud La presión disminuye cuando se aumenta en altura. El cambio de presión no es constante. La presión dismi- nuye exponencialmente con la altura. 90% 99% 99.9%
  28. 30. No solo, la presión si no la densidad también varía exponencialmente con la altura
  29. 31. Variación vertical en la composición de la atmósfera homosfera heterosfera : composición varía con la altura
  30. 32. Variación vertical de la concentración ozono Variación vertical de la concentración del vapor de agua Casos especiales: Ozono y vapor de agua
  31. 33. Estructura térmica de la atmósfera Variación vertical
  32. 34. Estructura térmica de la atmósfera <ul><li>Factores que influyen : </li></ul><ul><ul><li>1. La conductividad molecular . Lograría una atmósfera isoterma. Proceso muy lento. </li></ul></ul><ul><ul><li>2. La radiación . Procesos de absorción y emisión a los que afecta: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>el flujo de energía incidente </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>la transparencia relativa de las otras capas de la atmósfera </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>los coeficientes de absorción y emisión </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>el contenido en H 2 O y otros gases de efecto invernadero </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>3. La turbulencia y convección . Tienden a uniformar la temperatura potencial y establecer el gradiente adiabático. </li></ul></ul>
  33. 35. Estructura en capas
  34. 36. troposfera <ul><li>Región más baja, por cima de la superficie terrestre. </li></ul><ul><li>Gradiente vertical negativo de temperatura  6ºC / km </li></ul><ul><li>Más ancha en el ecuador (  18 km) que en los polos (  8 km). </li></ul><ul><li>El límite superior viene marcado por la tropopausa , zona de transición, que es poco espesa. </li></ul>
  35. 37. troposfera (II) <ul><li>Existe un gradiente horizontal de temperatura del ecuador a los polos. </li></ul><ul><li>Contiene casi toda la masa de la atmósfera, los sistemas meteorológicos móviles y las nubes asociadas. </li></ul><ul><li>Incluye la capa límite (  1km) con los procesos turbulentos. </li></ul>
  36. 38. estratosfera <ul><li>En la parte inferior, la temperatura es casi constante con la altura, o crece lentamente. </li></ul><ul><li>Se incrementa fuertemente en la parte superior hasta alcanzar un máximo en la estratopausa . </li></ul><ul><li>Incluye la ozonosfera , con lo cual el calentamiento se debe a la absorción de radiación UV por el ozono. </li></ul><ul><li>No hay movimientos verticales, por lo que las partículas que allí se inyectan tienen grandes tiempos de permanencia. </li></ul>
  37. 39. mesosfera <ul><li>La temperatura disminuye con la altura hasta alcanzar un mínimo en la mesopausa . </li></ul><ul><li>El proceso de absorción se llama fotoionización. Se producen átomos y moléculas con carga positiva que constituyen la ionosfera . </li></ul>
  38. 40. Termosfera <ul><li>La temperatura crece con la altura. </li></ul><ul><li>Las altas temperaturas se deben a la absorción de radiación UV de longitud de onda muy corta. </li></ul><ul><li>También se da la fotoionización. </li></ul>
  39. 41. Estructura térmica y cinemática (Variación latitudinal)
  40. 42. ENERO AGOSTO DISTRIBUCION LATITUDINAL DE TEMPERATURA
  41. 43. Distribución latitudinal de temperatura y viento zonal JULIO ENERO
  42. 44. La circulación meridional
  43. 45. El campo de presiones
  44. 46. Verano Invierno Distribución supeficial de la presion
  45. 47. Variación latitudinal de la presion
  46. 48. Estructura eléctrica del sistema tierra-atmósfera
  47. 49. No hay ninguna duda que los fenómenos eléctricos están presentes en la atmósfera
  48. 50. Origen… <ul><li>Rayos X y radiación ultravioleta procedentes del Sol </li></ul><ul><li>Rayos cósmicos </li></ul><ul><li>Desintegración radiactiva cerca del suelo </li></ul><ul><li>Separación de cargas en el interior de las nubes. </li></ul>
  49. 51. <ul><li>Las partículas cargadas se componen de : </li></ul><ul><ul><li>Pequeños iones </li></ul></ul><ul><ul><li>Grandes iones </li></ul></ul><ul><ul><li>Electrones </li></ul></ul><ul><li>La capacidad de movimiento de los iones frente a un campo eléctrico externo se denomina movilidad . Al producto de la carga que transporta por la movilidad de la carga se denomina conductividad </li></ul>
  50. 52. Perfiles verticales
  51. 53. El campo eléctrico normal <ul><li>Vertical y descendente </li></ul><ul><li>a nivel del suelo  125 V/m </li></ul><ul><li>el campo medio sería de 3.6 V/m </li></ul><ul><li>dentro del primer Km  V  75000 V </li></ul><ul><li>E(z=1Km)  30 V/m </li></ul><ul><li>a partir de los 10 Km, E  cte  5 V/m  en toda la estratosfera  V  25000 V </li></ul>
  52. 54. El condensador telúrico <ul><li>diferencia de potencial  500 KV </li></ul><ul><li>intensidad total de corriente entre placas  1350 A </li></ul><ul><li>densidad de corriente  2.7 x 10 -12 A/cm 2 </li></ul><ul><li>superficie de la tierra  5 x 10 14 m 2 </li></ul><ul><li>carga del condensador  5.5 x 10 5 C </li></ul><ul><li>capacidad  1.8 Faradios </li></ul><ul><li>resistencia total equivalente (R = V / I)  222  </li></ul><ul><li>tiempo de descarga  10 minutos </li></ul>
  53. 55. La ionosfera
  54. 56. Ionosfera. introducción <ul><li>La ionización en la atmósfera inferior es relativamente débil (  1000 pares/cm 3 ). </li></ul><ul><li>Esta densidad aumenta con la altura, y se incrementa muy rápidamente a partir de los 80 Km. </li></ul><ul><li>Los electrones liberados quedan en libertad, en lugar de unirse a una molécula neutra, como ocurre en las capas inferiores. </li></ul><ul><li>Por ello, las capas altas de la atmósfera tienen más analogía, por lo que a conductividad eléctrica se refiere, con los medios metálicos que con los electrolíticos. </li></ul>
  55. 57. Definimos ionosfera ... La ionosfera es aquella región de la atmósfera donde la ionización tiene lugar, de modo que permanecen en libertad los electrones producidos. La enorme movilidad de los electrones libres frente a la de los iones moleculares explica el brusco aumento de conductividad.
  56. 58. estructura <ul><li>Viene marcada por el gradiente en la densidad electrónica. </li></ul><ul><li>80 -- 100 Km: capa E o estrato de Heaviside. </li></ul><ul><li>200 -- 300 Km: capas F 1 y F 2 o capas de Appleton </li></ul><ul><ul><li>su situación es menos cte que la capa E </li></ul></ul><ul><ul><li>la capa F 1 experimenta una fluctuación diaria que la lleva a confundirse con la F 2 durante la noche </li></ul></ul><ul><li>durante el día aparece además la capa D, a unos 60 Km </li></ul>
  57. 59. Algunos efectos de la variacion de la altura de la ionosfera
  58. 60. Evolución de la atmósfera
  59. 61. Historia de la formación de la Tierra
  60. 62. La atmósfera inicial <ul><li>La Tierra se formó sin atmósfera o la atmósfera primordial la perdió muy pronto </li></ul><ul><ul><ul><li>La razón entre los gases nobles y otras especies son mucho más pequeña que en el Universo: Ne/Si en la Tierra 10 -10 de la misma razón en el Universo. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>La razón entre el Neón y el Nitrógeno (de pesos atómicos similares) en la Tierra es una millonésima de la existente en en Universo </li></ul></ul></ul>
  61. 63. <ul><li>Posible origen: </li></ul><ul><ul><li>Vulcanismo </li></ul></ul><ul><ul><li>H 2 O, N 2 , CO 2 , CO, H 2 , Cl 2 </li></ul></ul><ul><ul><li>Aporte de elementos ligeros </li></ul></ul><ul><ul><li>debido al intenso bombardeo inicial </li></ul></ul>H 2 O - 68% CO 2 - 13% N 2 , N0 x - 19%
  62. 64. <ul><li>La paradoja del sol débil </li></ul>
  63. 65. <ul><li>Como resolver la paradoja de un sol débil y una tierra sin congelar ? </li></ul>La respuesta más verosímil es: <ul><li>El efecto invernadero producido por : </li></ul><ul><li>CO 2 (se ha postulado de 10 2 a 10 4 PAL, ) </li></ul>
  64. 67. Sin embargo, datos de paleosuelos indican: pCO2 < 0.01 bar (3PAL): Otros gases de efecto invernadero verosímiles son: <ul><li>NH 3 , ~ 100 ppmv, su rápida descomposición lo hacen inviable </li></ul><ul><li>CH 4 ~ 10 2 a 10 3 ppmv (en la actualidad 1.7), el mejor candidato </li></ul>matanopyrus metanococus
  65. 68. Las bacterias metanógenas han estado con nosotros desde hace muchos, muchos años… CO 2 + 2 H 2 (+ h  )  CH 2 O + H 2 O Anoxygenic photosynthesis 2 CH 2 O  CH 3 COOH (acetate) Fermentation CH 3 COOH  CH 4 + CO 2 Acetotrophic methanogenesis <ul><ul><li>CO 2 + 2 H 2 S (+ h  )  </li></ul></ul><ul><ul><li>CH 2 O +H 2 O + 2 S </li></ul></ul>
  66. 70. La evolución del oxígeno <ul><li>En la lista de gases anteriormente citados falta el oxígeno. Que ha pasado con este gas? </li></ul>
  67. 71. En una primera etapa la atmósfera fue anóxica Evidencias B.I.F
  68. 72. M ecanismo de formación del oxígeno en un atmósfera reducida Previsiones de un modelo propuesto por Kasting
  69. 73. La actividad fotosintética unida a un enterramiento de parte de la materia orgánica da como resultado en incremento en la cantidad de oxígeno Evidencias:
  70. 74. Estromatolitos modernos
  71. 75. a) Chroococcus b) Oscillatoria c) Nostoc (coccoid) (filamentous) (heterocystic) Nitrogen-fixing Cyano-bacterias
  72. 76. evolución y cambios en la atmósfera y el clima
  73. 77. <ul><li>Se pueden distinguir 4 etapas </li></ul>1. Atmósfera primordial 2. Exhalación desde la superficie y el bombardeo de meteoritos. 3. Adición de compuestos procedentes de la actividad volcánica 4. Modificación por actividad biológica

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