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La atmósfera de la Tierra.

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La composicíon de la atmósfera en términos de estructura y función. Composición química de aire. Las corrientes de chorro y otros.

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La atmósfera de la Tierra.

  1. 1. ATMÓSFERAEstructura, composiciónquímicas, propiedadesfísicascelia
  2. 2. La atmósfera es una capa fluida (porque está constituida principalmente por unfluido, el aire) de unos 10.000 km, de altura (límite superior estimado), segúnalgunos autores, que rodea la Tierra.Está formada por gases, líquidos (agua líquida en las nubes) y sólidos ensuspensión (esporas, polen, cenizas, microorganismos, polvo y agua sólidaen las nubes formando minúsculos cristales de hielo).• Debido a la compresibilidad (que se puede comprimir, reduciendo su volumen) delos gases y a la atracción gravitatoria el 95% de su masa se encuentra comprimidaen los primeros 15 km (es decir en la troposfera), en ellos se concentran el 80% delos gases atmosféricos (N2, O2, CO2) que posibilitan la vida.• No obstante, las proporciones de los diferentes gases (aire) se mantienen casiinalterables hasta los 80-100 km. de altitud (homosfera), el resto tiene unacomposición más variable (heterosfera).• En su límite superior (según algunos autores unos 10.000 km.) la concentraciónde gases es tan baja (prácticamente despreciable) que se asemeja a la delespacio exterior. Aunque, algunos autores, estiman el límite en 30.000 km, eincluso algunos en 40.000 km.
  3. 3. ¿Qué podemos deducirde esta imagen?El gas presente en las bolsas se expande, estamos a....
  4. 4. 1.2 Composición química de la atmósferaA) Componentes mayoritarios y minoritarios. (libro pág. 192)B) Homosfera y Heterosfera.Homosfera. Hasta los 80-100Km de altitud.La composición del aire es homogénea, se mantienenproporciones iguales de los gases.Heterosfera. A partir de los 80-100Km de altitud.La composición del aire varía, ya que las proporciones de losgases no se mantienen iguales, sino que hay unos gases que abundanmás que otros según la altitud.
  5. 5. Composición media del aire seco de la homosfera.- Nitrógeno (N2) …………………………………………….78,083%- Oxígeno (O2) ………………………………………………20,945%- Argón (Ar)…………………………………………………..0,934%- Dióxido de carbono (CO2)……………………………….. 0,035%- Otros: Neón (Ne), Helio (He),Criptón (Kr), Hidrógeno (H2),Xenón (Xe), metano (CH4),Ozono (O3), óxidos deNitrógeno (NOx), etc. ………………………………………..0,003%A esto habría que añadir el vapor de agua, que no se ha puesto porque varíamucho de unas zonas a otras desde el 4% al 1%
  6. 6. Componentes Volumen (%) Masa (%)Nitrógeno 78,084 75,510Oxígeno 20,946 23,150Argón 0,934 1,280CO2 0,033 0,046N2O2CH4H2OArNeHeCO2
  7. 7. Composición de la heterosfera.GAS PREDOMINANTE ALTITUDCapa de Nitrógeno molecular (N2) …………………………..Entre 100 y 200 Km.Capa de Oxígeno atómico (O)……………………………….. Entre 200 y 1000 Km.Capa de Helio (He) …………………………………………....,Entre 1000 y 3500Km.Capa de Hidrógeno atómico (H) ………………………………A partir de 3500 Km.A mayor altura el gas predominante es más ligero (menor masa atómica)
  8. 8. LAS CAPAS DE LA ATMÓSFERA
  9. 9. Ondas absorbidas por la capa de ozono
  10. 10. Ionosfera/ TermosferaLlega hasta unos 600 km aproximadamente, aquí la temperaturaaumenta hasta unos 1000ºC debido a la absorción de las radiacionessolares de onda más corta (rayos X y gamma ) llevada a cabo por lasmoléculas de nitrógeno y de oxígeno que, debido a ello, se ionizan, setransforman en cationes liberando electrones.Esto da lugar a un campo magnético terrestre entre la ionosferacargada positivamente y la superficie terrestre cargadanegativamente. Desde la ionosfera fluyen cargas positivas hasta lasuperficie terrestre y desde esta última ascienden capas negativashasta la ionosfera (tormentas).En esta capa rebotan algunas ondas de radio emitidas desde la tierra,haciendo posible las telecomunicaciones, aunque a veces soninterferidas por las radiaciones solares.
  11. 11. Ionosfera/ TermosferaEl sol emite partículas subatómicas (protones y electrones) yradiaciones electromagnéticas (onda corta, visible y larga). Lamayoría de las partículas solares son desviadas por el campomagnético terrestre, por lo que no alcanzan la superficieterrestre.Sobre las zonas polares, el rozamiento de los electrones quellegan del sol contra las moléculas de esta capa produceespectaculares manifestaciones de luces y colores: son lasauroras boreales en el hemisferio norte y las auroras australesen el hemisferio sur.Su color depende de la molécula contra la que choquen los electrones y de la presiónatmosférica. Es amarillo -verdoso cuando chocan contra las moléculas de oxígeno a bajapresión; rojo, si la colisión es a muy baja presión, azul si el impacto es contra una moléculade nitrógeno...
  12. 12. A) Presión atmósférica.• Es el peso ejercido por la masa de aire atmosférico sobre la superficieterrestre.• Casi la totalidad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeroskilómetros por encima de la superficie terrestre (debido a la fuerza de atraccióngravitatoria sobre los gases), por lo que la presión atmosférica disminuyerápidamente con la altitud.• El valor de esta presión se mide con el barómetro.A nivel del mar es 1 atmósfera o 1013 milibares, equivalente al peso de unacolumna de mercurio de 760 mm de altura y un cm2 de base.• En los mapas meteorológicos, la presión atmosférica suele representarsemediante las isobaras, que son líneas que unen los puntos de igual presión.1.3 Propiedades físicas de la atmósfera
  13. 13. B) TemperaturaEl aire de la troposfera (capa inferior de la atmósfera) se calienta a partir delcalor emitido por la superficie terrestre (radiación infrarroja).• La temperatura es máxima en la superficie terrestre, alrededor de 15 ºC demedia, y a partir de ahí comienza a descender con la altura según:• A partir de 12 km, la temperatura asciende con la altitud hasta llegar aaproximarse a los 0-4 ºC en los 50 Km. Este incremento de temperatura estárelacionado con la absorción por el ozono de la radiación solar ultravioleta.•A partir de los 50km de altitud, la temperatura disminuye hasta alcanzar unos-100 ºC a los 80km de altitud.• A partir de los 80 km de altitud, la temperatura va ascendiendo en altitud alabsorber las radiaciones de alta energía, pudiendo alcanzar más de 1000 ºC aunos 600 Km de altitud.• A partir de los 600 km la baja densidad de gases impide la transmisión delcalor y carece de sentido hablar de temperatura.Un Gradiente Térmico Vertical (GTV) de 6,5 ºC de descenso cada Kmque se asciende en altitud (la temperatura baja 0,65 ºC cada 100m de altitud).Hasta llegar a unos -70 ºC a los 12 Km de altitud.
  14. 14. PresiónTemperatura12010080604020Altura(km.)-80 -40-60 0-20 20 6040 80Temperatura (ºC)TropopausaEstratopausaMesopausaTROPOSF.ESTRATOSF.MESOSF.TERMOSF.Capa de ozono
  15. 15. 1.4 Estructura de la atmósfera .Capas y propiedades básicas.(libro pág. 193 y 194)
  16. 16. La belleza del cielo no es más que el resultado dela interacción de la LUZ del Sol con la atmósfera.•Si dejamos pasar un rayo de sol por un prisma de vidrio. La luz se abre enun abanico de colores (se dispersa) por refracción y como resultado de estadispersión vemos una gama de colores: violeta, azul, verde, amarillo y rojo.•Los rayos violetas y azules, una vez desviados (difusión), chocan conpartículas de aire y varían su trayectoria, y así sucesivamente: realizan,pues, una danza en zigzag en el seno del aire antes de alcanzar el sueloterrestre. Cuando, al fin, llegan a nuestros ojos, no parecen venirdirectamente del Sol, sino que nos llegan de todas las regiones del cielo,como en forma de fina lluvia. De ahí que el cielo nos parezca azul, mientrasel Sol aparece de color amarillo, pues los rayos amarillos y rojos son pocodesviados y van casi directamente en línea recta desde el Sol hasta nuestrosojos.•Cuando existe una cantidad anormalmente elevada de aerosoles (polvoatmosférico), la luz del amanecer y del atardecer es especialmente roja.
  17. 17. O.L.O.C.
  18. 18. Color del SolAtmósfera
  19. 19. El Sol y la Tierra emiten energía: el Sol de onda corta (Tª =6.000ºK) y la Tierra de onda larga (Tª = 288ºK = 15ºC).
  20. 20. En la atmósfera ningún gas absorbe radiación enlongitudes de onda entre 0.3 y 0.7 µm, por loque se tiene un vacío en la región de luz visible,que corresponde a una gran fracción de laradiación solar (ventana atmosférica). Estosignifica que la atmósfera es transparente a laradiación de onda corta del Sol, pero absorbe laradiación terrestre de onda larga, por lo tanto laatmósfera no es calentada por la radiación solar,sino que se calienta desde el suelo hacia arriba.Mientras más lejos se está del radiador (lasuperficie de la Tierra), es mas fría, esto explicala disminución de la temperatura con la altura enla troposfera (GVT).
  21. 21. O.L.
  22. 22. Balance energéticode la radiación solar
  23. 23. 2. Actividad reguladora y protectora de la atmósfera.2.1 El balance de radiación solar.La Tierra tiene una temperatura media constante en el tiempo (unos 15ºC), porlo que existe un balance de radiación nulo entre la cantidad de radiaciónsolar entrante y la radiación terrestre saliente, si no se calentaría y enfriaríacontinuamente.De la radiación total proveniente del sol:- un 30% es reflejada (albedo) por las nubes (17%), superficie terrestre (5%) y porla dispersión hacia el espacio por gases, polvo,…(8%)• el 25% es absorbida por la atmósfera por el ozono estratosférico y por el vaporde agua (4%), por el agua líquida (19%).La radiación absorbida por la atmósfera(recibida tanto de la radiación solar como desde la superficie terrestre) es devueltaal espacio en forma de radiación de onda larga.- un 45% es absorbida por la superficie (océanos > continentes), este calor saldráde la superficie lenta y gradualmente hacia la atmósfera en forma de calor latenteasociado a la evaporación, a la emisión de onda larga (radiación infrarroja), y a laconvección y conducción térmica.
  24. 24. Ver gráfica del libro pág. 196
  25. 25. DirectaDifusaAbsorbidaReflejada porlas nubesReflejada porla Tierra
  26. 26. Hielo y nieve, máxima reflexiónOcéanos, absorción
  27. 27. Luz visibleUltravioleta InfrarrojoNubesNubesAlbedoCalentamiento Radiación terrestreAbsorción(E. invernadero)AlbedoPérdida alespacioAbsorc. ycontrarrad.(E. invern.)
  28. 28. Toda la energía absorbida por la superficieterrestre se libera mediante la emisión deradiación térmica de onda larga y medianteprocesos convectivos (calor latente y calorsensible).Calor latente: calor absorbido o liberado enlos cambios de estado sin variar latemperaturaCalor sensible: es el que aumenta latemperatura de los cuerpos y que puede sermedido con un termómetro
  29. 29. Latente(25%)Sensible(7%)CONVECCIÓNO. L.(18%)Contrarradiación(96%)114 %
  30. 30. Como hemos visto, el balance de radiación solar depende, además, de laradiación incidente, de la estructura y composición química de laatmósfera, propiciando unas condiciones térmicas especiales en la Tierraque la hacen apta para la vida.2.2 Función protectora: la atmósfera como filtro protector.La atmósfera absorbe de manera selectiva las radiaciones de diferenteslongitudes de onda que nos llegan del Sol. De esta forma, la temperatura en laatmósfera va ascendiendo y descendiendo, determinando así su estructura encapas con diferentes temperaturas y características.- En la ionosfera se absorben las radiaciones de onda corta y alta energía, rayosX, rayos gamma y parte de la radiación ultravioleta, todas ellas muy perjudicialespara la vida.- En la ozonosfera (capa de la estratosfera) se absorbe gran parte de la radiaciónultravioleta.- Las radiaciones correspondientes al espectro visible atraviesan la atmósfera yalcanzan la superficie terrestre, se deduce que la atmósfera es casi transparente adichas radiaciones y no experimenta un calentamiento apreciable al ser atravesadapor las mismas.- Las radiaciones infrarrojas y las de menor energía, son absorbidas por el CO2 y elvapor de agua atmosféricos y ocasionan un aumento de la temperaturaatmosférica.
  31. 31. 2.3 Función reguladora del clima por la atmósfera: variaciones del albedo,efecto invernadero y circulación general del aire.La atmósfera, en líneas generales, contribuye a la regulación del climaterrestre de las siguientes formas:- por el día refleja (albedo) y absorbe parte de la radiación solar, evitandoel sobrecalentamiento de la superficie del planeta.- además, absorbe parte de la radiación infrarroja que emite la superficie,evitando que se enfríe bruscamente por la noche, ya que, parte de esecalor vuelve a la Tierra como contrarradiación (efecto invernadero).- y por último, la circulación del aire tiende a compensar los desequilibriosde temperatura originados por la diferente insolación en distintas zonasdel planeta. (movimientos de masas de aire verticales y horizontales;libro pág. 191 y 192)Recordar concepto y bucle del albedo. Pag. 20 del libro.Recordar efecto invernadero. Pág. 19 del libro.
  32. 32. ANGULO DE INCIDENCIA DE LA RADIACION SOLAR
  33. 33. Aire descendente enlos polos fríos yascendente en laslatitudesecuatoriales cálidasNO TIENE EN CUENTA LAROTACIÓN DE LA TIERRA
  34. 34. • Debido al giro de la Tierra (efecto coriolis), al rozamiento conla superficie y a la distribución de tierra y continentes el flujoes mucho más complejo.
  35. 35. A0º30º60ºB B BB BA A ABAlisios del NEPonientesLevantes polares
  36. 36. Jet streamJet subtropicalFrente polar
  37. 37. http://es.youtube.com/watch?v=wizw0tMCpkw
  38. 38. 3. INVERSIONES TÉRMICAS.CONCEPTO:En la troposfera la temperatura disminuye con la altura (GTV= ↓ 0,65 ºC/ 100m), en la partemás baja el aire es más cálido y por lo tanto, menos denso, por lo que tiende a ascender,mientras que en la parte más alta el aire frío es más denso y tiende a descender por otrolugar donde no haya ascenso de aire cálido.Pero podemos encontrar zonas en la troposfera en las que, existen perturbaciones en elGTV, la temperatura aumenta con la altura, a este hecho se le llama inversión térmicaque impide el ascenso del aire situado abajo (más frío y por tanto más denso).Las inversiones térmicas son muy negativas para los episodios de contaminaciónimpidiendo la dispersión de la contaminación atmosférica, ya que impide losmovimientos verticales de masas de aire.Dicho de otra manera, si con la altura la temperatura va disminuyendo en suficienteproporción, los contaminantes ascenderán con el aire y según lo hagan se iránexpandiendo, disminuyendo su concentración, hasta alcanzar la estratosfera, donde losvientos en altura los dispersarán totalmente.Por el contrario, hay dificultad para que se produzca la dispersión de loscontaminantes cuando no hay corrientes ascendentes de aire. Una situaciónespecialmente grave se da cuando hay inversión térmica, ya que los contaminantesquedan atrapados cerca de la superficie. Sin vientos importantes, temperaturas bajocero y una gran estabilidad atmosférica no hay dispersión de contaminantes.
  39. 39. El aire de las chimeneas no puede ascenderpor una capa de inversión térmica
  40. 40. DESARROLLO: Las inversiones térmicas se suelen producir en invierno,cuando las noches son más largas y la superficie terrestre se enfría mucho,provocando que el aire en contacto con la superficie se enfríe másrápidamente que el aire situado por encima.Este fenómeno se favorece en ausencia de nubes y de viento (la ausencia denubes durante la noche produce un rápido enfriamiento, pues las nubes actúan depantalla, evitando que el calor almacenado durante el día escape rápidamente).Con anticiclones es más probable que se desarrollen situaciones deinversión térmica (los anticiclones producen ausencia de nubes).La situación se puede agravar si se forma niebla (nubes a ras del suelo), pueslos contaminantes reaccionan con el agua de la niebla produciendosustancias más dañinas como ácidos, el frío favorece la niebla pues a menortemperatura el vapor de agua se condensa formando gotas de agua ensuspensión (niebla), la niebla reduce la visibilidad con lo que al amanecer tardamás el Sol en calentar la superficie para romper la inversión térmica.La inversión térmica se rompe cuando la radiación solar llega a la superficieterrestre con la suficiente intensidad y duración como para calentarla,calentándose también el aire próximo. De esta forma se establece el GTVnormal y la posibilidad de que se produzca un ascenso del aire.
  41. 41. La inversión por subsidencia generalmente está asociada con los anticiclones. Elaire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación que sigue ladirección de las agujas del reloj. A medida que el aire desciende, la mayor presiónexistente en altitudes menores lo comprime y calienta en el gradiente verticaladiabático seco.Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia seeleva a cientos de metros sobre la superficie.Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia desciende debido alenfriamiento del aire superficial.INVERSIÓN TÉRMICA POR SUBSIDENCIALos días despejados y sin nubescaracterísticos de los anticiclonespropician las inversiones porradiación, de modo que se puedeproducir una inversión superficialdurante la noche y una elevadadurante el día. Si bien la capa demezcla que se encuentra debajo dela inversión puede variardiariamente, nunca será muyprofunda.
  42. 42. Otras formas posibles de desarrollo de una inversión térmica:- por el movimiento de una masa de aire desde una zona cálida a otra fría (el airefrío se sitúa abajo por ser mas denso y el aire cálido se sitúa a mayor altura porser menos denso)-por el choque de dos masas de aire con humedad, presión y temperaturasdiferentes (una masa polar y otra tropical).(Ver comentario inversión térmica en la pág. 198 del libro)
  43. 43. Inversión relacionada tanto con los frentes fríos como con los cálidos. En elavance de cada frente, el aire cálido desplaza al frío, de modo que se produceuna circulación vertical mínima en la capa de aire frío más cercana a la superficie.La fuerza de la inversióndepende de la diferencia detemperatura entre las dosmasas de aire.Como los frentes se muevenhorizontalmente, los efectos dela inversión generalmente duranpoco y la falta de movimientovertical suele compensarse conlos vientos relacionados con elpaso frontal.Sin embargo, cuando los frentesse vuelven estacionarios, lascondiciones de inversiónpueden prolongarse.INVERSIONES TÉRMICAS ADVENTICIAS O FRONTALES
  44. 44. 4. Contaminación atmosféricaTema 10 del libro pág. 234.4.1 Concepto4.2 Fuentes de la contaminaciónTema 10 del libro pág. 234 y 235.4.3 Tipos de contaminantesTema 10 del libro desde pág. 236 a pág. 240 y fotocopias.4.4 Dispersión de contaminantesTema 10 del libro pág. 234.

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