Contaminación atmosférica
Formación
La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra. Comenzó a formarse hace unos 4600 millones de años con el nacimiento de la Tierra. La mayor parte de la atmósfera primitiva se perdería en el espacio, pero nuevos gases y vapor de agua se fueron liberando de las rocas que forman nuestro planeta.
La atmósfera de las primeras épocas de la historia de la Tierra estaría formada por vapor de agua, dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno, junto a muy pequeñas cantidades de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono pero con ausencia de oxígeno. Era una atmósfera ligeramente reductora hasta que la actividad fotosintética de los seres vivos introdujo oxígeno y ozono (a partir de hace unos 2 500 o 2000 millones de años) y hace unos 1000 millones de años la atmósfera llegó a tener una composición similar a la actual.
También ahora los seres vivos siguen desempeñando un papel fundamental en el funcionamiento de la atmósfera. Las plantas y otros organismos fotosintéticos toman CO2 del aire y devuelven O2, mientras que la respiración de los animales y la quema de bosques o combustibles realiza el efecto contrario: retira O2 y devuelve CO2 a la atmósfera.
Los gases fundamentales que forman la atmósfera son:
% (en vol) | |
Nitrógeno | 78.084 |
Oxígeno | 20.946 |
Argón | 0.934 |
CO2 | 0.033 |
Otros gases de interés presentes en la atmósfera son el vapor de agua, el ozono y diferentes óxidos de nitrógeno, azufre, etc.
También hay partículas de polvo en suspensión como, por ejemplo, partículas inorgánicas, pequeños organismos o restos de ellos, NaCl del mar, etc. Muchas veces estas partículas pueden servir de núcleos de condensación en la formación de nieblas (smog o neblumo) muy contaminantes.
Materiales sólidos en la atmósfera (Partículas/cm3) | |
Alta mar | 1000 |
Alta montaña (más de 2000 m) | 1000 |
Colinas (hasta 1000 m) | 6000 |
Campos cultivados | 10 000 |
Ciudad pequeña | 35 000 |
Gran ciudad | 150 000 |
Los volcanes y la actividad humana son responsables de la emisión a la atmósfera de diferentes gases y partículas contaminantes que tienen una gran influencia en los cambios climáticos y en el funcionamiento de los ecosistemas, como veremos.
Los componentes de la atmósfera se encuentran concentrados cerca de la superficie, comprimidos por la atracción de la gravedad y, conforme aumenta la altura la densidad de la atmósfera disminuye con gran rapidez. En los 5,5 kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y antes de los 15 kilómetros de altura está el 95% de toda la materia atmosférica.
La mezcla de gases que llamamos aire mantiene la proporción de sus distintos componentes casi invariable hasta los 80 km, aunque cada vez más enrarecido (menos denso) conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la composición se hace más variable.
Atendiendo a diferentes características la atmósfera se divide en:
La troposfera, que abarca hasta un límite superior llamado tropopausa que se encuentra a los 9 Km en los polos y los 18 km en el ecuador. En ella se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) y hay relativa abundancia de agua, por su cercanía a la hidrosfera. Por todo esto es la zona de las nubes y los fenómenos climáticos: lluvias, vientos, cambios de temperatura, etc. Es la capa de más interés para la ecología. En la troposfera la temperatura va disminuyendo conforme se va subiendo, hasta llegar a -70ºC en su límite superior.
La estratosfera comienza a partir de la tropopausa y llega hasta un límite superior llamado estratopausa que se sitúa a los 50 kilómetros de altitud. En esta capa la temperatura cambia su tendencia y va aumentando hasta llegar a ser de alrededor de 0ºC en la estratopausa. Casi no hay movimiento en dirección vertical del aire, pero los vientos horizontales llegan a alcanzar frecuentemente los 200 km/hora, lo que facilita el que cualquier sustancia que llega a la estratosfera se difunda por todo el globo con rapidez, que es lo que sucede con los CFC que destruyen el ozono. En esta parte de la atmósfera, entre los 30 y los 50 kilómetros, se encuentra el ozono que tan importante papel cumple en la absorción de las dañinas radiaciones de onda corta.
La ionosfera y la magnetosfera se encuentran a partir de la estratopausa. En ellas el aire está tan enrarecido que la densidad es muy baja. Son los lugares en donde se producen las auroras boreales y en donde se reflejan las ondas de radio, pero su funcionamiento afecta muy poco a los seres vivos.
Figura 3-2 > Estructura de la atmósfera
La presión disminuye rápidamente con la altura , pero además hay diferencias de presión entre unas zonas de la troposfera y otras que tienen gran interés desde el punto de vista climatológico. Son las denominadas zonas de altas presiones, cuando la presión reducida al nivel del mar y a 0ºC, es mayor de 1.013 milibares o zonas de bajas presiones si el valor es menor que ese número. En meteorología se trabaja con presiones reducidas al nivel del mar y a 0ºC para igualar datos que se toman a diferentes alturas y con diferentes temperaturas y poder hacer así comparaciones.
El aire se desplaza de las áreas de más presión a las de menos formándose de esta forma los vientos.
Se llaman isobaras a las líneas que unen puntos de igual presión. Los mapas de isobaras son usados por los meteorólogos para las predicciones del tiempo.
Agua en la atmósfera
La atmósfera contiene agua en forma de:
- vapor que se comporta como un gas
- pequeñas gotitas líquidas (nubes)
- cristalitos de hielo (nubes)
Agua contenida en la atmósfera
- Contiene unos 12 000 km3 de agua
- Entre 0 y 1 800 m está la mitad del agua
- Se evaporan (y licúan) unos 500 000 km3/año
- Evaporación potencial en l/m2/año:
- en océanos: 940 mm/año
- en continentes: 200-6000 mm/año
Una masa de aire no puede contener una cantidad ilimitada de vapor de agua. Hay un límite a partir del cual el exceso de vapor se licúa en gotitas. Este límite depende de la temperatura ya que el aire caliente es capaz de contener mayor cantidad de vapor de agua que el aire frío. Así, por ejemplo, 1 m3 de aire a 0ºC puede llegar a contener como máximo 4,85 gramos de vapor de agua, mientras que 1 m3 de aire a 25ºC puede contener 23,05 gramos de vapor de agua. Si en 1 m3 de aire a 0ºC intentamos introducir más de 4,85 gramos de vapor de agua, por ejemplo 5 gramos, sólo 4,85 permanecerán como vapor y los 0,15 gramos restantes se convertirán en agua. Con estas ideas se pueden entender los siguientes conceptos muy usados en las ciencias atmosféricas:
Humedad de saturación.- Es la cantidad máxima de vapor de agua que puede contener un metro cúbico de aire en unas condiciones determinadas de presión y temperatura.
Humedad de saturación del vapor de agua en el aire | |
Temperatura ºC | Saturación g · m-3 |
- 20 | 0.89 |
-10 | 2.16 |
0 | 4.85 |
10 | 9.40 |
20 | 17.30 |
30 | 30.37 |
40 | 51.17 |
Humedad absoluta.- Es la cantidad de vapor de agua por metro cúbico que contiene el aire que estemos analizando.
Humedad relativa.- Es la relación entre la cantidad de vapor de agua contenido realmente en el aire estudiado (humedad absoluta) y el que podría llegar a contener si estuviera saturado (humedad de saturación). Se expresa en un porcentaje. Así, por ejemplo, una humedad relativa normal junto al mar puede ser del 90% lo que significa que el aire contiene el 90% del vapor de agua que puede admitir, mientras un valor normal en una zona seca puede ser de 30%.
El vapor que se encuentra en la atmósfera procede de la evaporación del agua de los océanos, de los ríos y lagos y de los suelos húmedos. Que se evapore más o menos depende de la temperatura y del nivel de saturación del aire, pues un aire cuya humedad relativa es baja puede admitir mucho vapor de agua procedente de la evaporación, mientras que un aire próximo a la saturación ya no admitirá vapor de agua por muy elevada que sea la temperatura.
El concepto de evapotranspiración es especialmente interesante en ecología pues se refiere al conjunto del vapor de agua enviado a la atmósfera en una superficie, y es la suma del que se evapora directamente desde el suelo y el que las plantas y otros seres vivos emiten a la atmósfera en su transpiración.
Altura (m) | Presión | Densidad (g · dm-3) | Temperatura (ºC) |
0 | 1013 | 1,226 | 15 |
1000 | 898,6 | 1,112 | 8,5 |
2000 | 794,8 | 1,007 | 2 |
3000 | 700,9 | 0,910 | -4,5 |
4000 | 616,2 | 0,820 | -11 |
5000 | 540 | 0,736 | -17,5 |
10000 | 264,1 | 0,413 | -50 |
15000 | 120,3 | 0,194 | -56,5 |
CAPTACION DE ATENCION
Todos somos conscientes que el tiempo atmosférico afecta a todas
nuestras actividades. Por otro lado, el tiempo es un condicionante en
nuestra actividad diaria normal; y sobre todo en el vuelo.
El tiempo atmosférico juega un papel importante en el desarrollo del
trabajo de los controladores, de ahí que sea necesario conocerlo.
trabajo de los controladores, de ahí que sea necesario conocerlo.
Propósito
Esta lección trata de familiarizar al alumno con los elementos de la
atmósfera y los principios básicos del tiempo atmosférico y su
evolución.
atmósfera y los principios básicos del tiempo atmosférico y su
evolución.
Objetivos
La atmósfera; su composición y estructura.
El calor, la humedad y los procesos térmicos en la atmósfera.
Las nubes; clasificación y abreviaturas.
Instrumentos de medida.
Sistemas de presión, masas de aire y frentes.
La circulación general del aire a escalas mundial, regional y local.
Instrumentos de medida.
Sistemas de presión, masas de aire y frentes.
La circulación general del aire a escalas mundial, regional y local.
Definición
COMPOCISION DE LA ATMOSFERA
Aire húmedo
Aire húmedo
La atmósfera está constituida por la masa de aire que rodea la
Tierra y la envuelve como una cubierta gaseosa en cuyo seno hay
también partículas sólidas en suspensión (polvo, humo, aerosoles y
hielo) y partículas líquidas (gotas de agua).
también partículas sólidas en suspensión (polvo, humo, aerosoles y
hielo) y partículas líquidas (gotas de agua).
El aire es una mezcla de varios gases.
La composición en volumen del aire seco es aproximadamente:
* 78% de nitrógeno
* 21% de oxígeno
* 1% de otros gases.
Cuando el aire contiene una significativa proporción de vapor
De agua se llama aire húmedo. En este caso, la composición del
aire varía ligeramente, pero en ningún caso la proporción de vapor de
agua pasa del 5% en volumen.
aire varía ligeramente, pero en ningún caso la proporción de vapor de
agua pasa del 5% en volumen.
TEMPERATURA
La temperatura del aire se mide con termómetros adecuados. Las
dos escalas usadas en Meteorología son:
dos escalas usadas en Meteorología son:
Escala Centígrada. Punto de fusión del hielo = 0º C.
Punto de ebullición del agua = 100º C.
Escala Fahrenheit. Punto de fusión del hielo = 32º F.
Punto de ebullición del agua = 212º F.
Se llama temperatura máxima de un día al valor más alto alcanzado;
suele ser después de mediodía. La temperatura mínima es la más
baja y suele tener lugar al amanecer o muy poco después. Se llama
temperatura media de un día la semisuma de la máxima y la mínima.
La temperatura media mensual es el promedio de las diarias de dicho
mes.
La temperatura en un aeródromo se mide en las inmediaciones de la
pista. En un día muy caluroso y encalmado, puede haber en la pista
algún grado más que en el punto donde se encuentra el termómetro.
Cuando hay viento las temperaturas son bastante uniformes en el
entorno de la pista.
La temperatura del aire afecta a las actuaciones de vuelo de un
avión y puede ser crítica a veces en España durante el verano.
avión y puede ser crítica a veces en España durante el verano.
En la atmósfera, en los 10 primeros kilómetros aproximadamente,
la temperatura disminuye en general con la altura, a razón de unos
6,5ºC por cada 1.000 metros.
la temperatura disminuye en general con la altura, a razón de unos
6,5ºC por cada 1.000 metros.
Sin embargo hay zonas donde la temperatura crece con la
Altura. Estas zonas reciben el nombre de inversiones
Las inversiones cerca del suelo se notan porque:
- Producen calimas y en general, aire encalmado.
- Se desarrollan en noches claras con aire frío.
Sin embargo, también puede haber inversión en altura.
Gradiente
Es la variación de una magnitud en una determinada
Dirección. Así, gradiente vertical térmico o de temperatura es la
disminución de la temperatura del aire con la altura.
El concepto de gradiente se aplica también a muchas
magnitudes meteorológicas; así, puede hablarse de gradiente de
presión, de viento etc.
En las inversiones, el gradiente térmico vertical es negativo.
disminución de la temperatura del aire con la altura.
El concepto de gradiente se aplica también a muchas
magnitudes meteorológicas; así, puede hablarse de gradiente de
presión, de viento etc.
En las inversiones, el gradiente térmico vertical es negativo.
PRESIÓN
PRESION DEL AIRE
La presión del aire (peso de la columna de aire encima del punto de
observación) se mide con los barómetros. En Aviación se emplean
principalmente dos escalas distintas de medida de la presión,
observación) se mide con los barómetros. En Aviación se emplean
principalmente dos escalas distintas de medida de la presión,
Pulgadas de mercurio. Presión normal s/l.= 29,92
Milibares o Hectopascales. Presión normal s/l.= 1013,2
Milibares o Hectopascales. Presión normal s/l.= 1013,2
La diferencia de presión entre dos puntos permite medir alturas de
vuelo en forma indirecta midiendo presiones.
vuelo en forma indirecta midiendo presiones.
En la Aviación son empleados los baroaltímetros, instrumentos que
miden la presión a bordo y mediante una escala apropiada, la
convierten en valores aproximados de altitud; mediante
desplazamiento de la escala puede corregirse según el valor de la
presión en el suelo. Pueden usarse también altímetros radar, pero
sólo se emplean para alturas relativamente bajas sobre el terreno.
Sobre todo en zonas de cierta densidad de tráfico, se emplea una
escala según la atmósfera standard, como se explicará más
adelante.
miden la presión a bordo y mediante una escala apropiada, la
convierten en valores aproximados de altitud; mediante
desplazamiento de la escala puede corregirse según el valor de la
presión en el suelo. Pueden usarse también altímetros radar, pero
sólo se emplean para alturas relativamente bajas sobre el terreno.
Sobre todo en zonas de cierta densidad de tráfico, se emplea una
escala según la atmósfera standard, como se explicará más
adelante.
Para el estudio de las condiciones meteorológicas en una amplia
área, es muy útil comparar las presiones simultáneas en diversos
puntos de dicha área. La comparación no puede hacerse
directamente porque los valores de la presión están
poderosamente influidos por la altitud de cada lugar. Por ello, es
necesario hacer previamente lo que se llama "reducir las presiones
al nivel del mar", lo que equivale a extrapolar el valor de la presión
para obtener el que teóricamente habría en el punto en cuestión, a
igualdad de condiciones atmosféricas, si dicho punto se encontrara
al nivel del mar. Si el punto se encuentra a una altitud mayor que el
nivel del mar, que es lo más corriente, a la presión medida
directamente hay que añadirle un valor, tanto mayor cuanto más
alto se encuentre el punto.
área, es muy útil comparar las presiones simultáneas en diversos
puntos de dicha área. La comparación no puede hacerse
directamente porque los valores de la presión están
poderosamente influidos por la altitud de cada lugar. Por ello, es
necesario hacer previamente lo que se llama "reducir las presiones
al nivel del mar", lo que equivale a extrapolar el valor de la presión
para obtener el que teóricamente habría en el punto en cuestión, a
igualdad de condiciones atmosféricas, si dicho punto se encontrara
al nivel del mar. Si el punto se encuentra a una altitud mayor que el
nivel del mar, que es lo más corriente, a la presión medida
directamente hay que añadirle un valor, tanto mayor cuanto más
alto se encuentre el punto.
Este sistema ha permitido detectar áreas de presiones altas y áreas
de presiones bajas, así como sus variaciones en el tiempo y disponer
de una regla sencilla de predicción, a saber:
Presión alta: Tiempo bueno.
Presión baja: Tiempo malo.
Presión baja: Tiempo malo.
