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COMPOSICIÓN
La
atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra. La atmósfera
es planeta, es una parte del mismo en estado gaseoso, siendo, imprecisa
la definición de atmósfera como capa de aire que envuelve
a la Tierra, porque así parece excluirse de ésta.
El aire es una mezcla mecánica de gases y no una combinación
química, aunque, algunos de los gases por separado son combinaciones
químicas (el vapor de agua, el CO2).
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La
composición de la atmósfera terrestre está
compuesta por tres gases -nitrógeno (78%), oxígeno
(21%) y argón (0,9%) - que totalizan el 99,9% de
su volumen.
La composición del aire, determinada por primera vez
por Lavoisier, se conoce perfectamente después de las
investigaciones de Ramsay y Rayleigh.
Las observaciones realizadas mediante cohetes demuestran que
estos gases están mezclados en una proporción
bastante constante hasta una altura de 80 km.
Los gases invernadero son escasos pero desempeñan un
papel muy importante en la termodinámica atmosférica,
atrapando las radiaciones nocivas para nosotros.
De
un modo natural el aire está constituido por partículas
sólidas y líquidas en suspensión. Se trata
de partículas en polvo, levantadas del suelo por los
vientos, humos y cenizas de combustiones naturales, partículas
salinas, pólenes y esporas, y, partículas sólidas
y líquidas de las nubes.
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Características
de los gases
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El
nitrógeno es el componente principal, es un gas inerte.
Es el gas atmosférico más abundante, a pesar de
su abundancia, su importancia en muchos procesos atmosféricos
y de la biosfera es mucho menor que la del oxígeno y
la de otros gases, porque en estado molecular es inerte. Cabe
mencionar que por las descargas eléctricas de las tormentas,
se combina con el oxígeno, dando NO y NO2,
que , disuelto en el agua, aporta nitrógeno a los suelos,
aumentando su fertilidad.
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El
oxígeno es un gas muy activo que reacciona con otros
elementos fácilmente y los oxida. Desempeña un
papel atmosférico y, sobre todo en la biosfera de primer
orden. Existen dos procesos que son fuente de oxígeno
en la Tierra: la fotosíntesis (el principal) y la escisión
molecular del agua estratosférica.
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El
vapor de agua (H2O) es un componente vital en
la atmósfera, constituye un 1% de volumen, pero es muy
variable ya que
se encuentra en un ciclo global complejo. La cantidad es pequeña
y depende de la temperatura del aire, hay mayor proporción
de vapor de agua en el aire caliente.
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En
virtud de la ley de Dalton relativa a las mezclas de gaseosas,
la proporción entre dichos gases varía como sus
densidades: el nitrógeno y el oxígeno van disminuyendo
y hacia los 20 km de altitud su cantidad es muy reducida; sin
embargo, el hidrógeno y el helio, al ser
más ligeros, alcanzan mayor altitud y su proporción
aumenta considerablemente a los 20 km.
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El
argón, este gas noble es inerte y se produce por
la desintegración radiactiva del potasio 40 en el manto
y en la corteza; se desprende a través de los volcanes.
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El
dióxido de carbono (CO2) es liberado desde
el interior de la tierra y producido por la respiración
de los seres vivos, los procesos del suelo, las combustiones
y la evaporación oceánica. Es disuelto en los
oceános y consumido por la fotosíntesis. Interviene
en el calentamiento de la atmósfera en el proceso llamado
efecto invernadero.
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El
metano (CH4) se produce en procesos anaeróbicos,
en los humedales naturales, arrozales, en la extracción
del carbón y petróleo, en la combustión
de la biomasa y en losvertederos.
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El
óxido nitroso (N2O) se produce mediante
mecanismos biológicos en los océanos, en la combustión
industril, coches, aviones incendios.
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El
ozono (O3) se produce cuando se disgregan las
moléculas de oxígeno debido a la radiación
ultravioleta del Sol. Se destruye por reacciones que incluyen
óxido de nitrógeno y cloro.
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Los
clorofluorocarbonos (CFC) han aparecido en la atmósfera
recientemente debido a la fabricación de aerosoles, limpiadores,
acondicionadores del aire...Las moléculas se elevan hacia
la estratosfera siendo descompuestas por procesos fotoquímicos
dando lugar a cloro.
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Los
halocarbonos son gases totalmente antropogénicos
y últimamente han aumentado mucho debido a su uso como
sustituto de los CFC.
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Compuestos
del nitrógeno proceden de la combustión de
combustibles fósiles, calefacciones, automóviles,
y otros medios de transporte son los responsables de las emisiones
de óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno
(NO2). La quema de la biomasa y los rayos son otras
fuentes importantes.
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Compuestos
de azufre, el azufre atmosférico es casi enteramente
antropogénico: el 90 % procede de la combustión
del carbón y petróleo y también por la
fundición del cobre. La vida del dióxido de azufre
(SO2) y el H2S en la atmósfera
es muy corto, aprox. de un día. Pero, el dióxido
de azufre se transporta con facilidad a grandes distancias,
y sale de la atmósfera a través de la lluvia ácida.
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En
la atmósfera también hay aerosoles, partículas
suspendidas de sal marina, polvo de minerales, humo y materia
orgánica. Los aerosoles penetran en la atmósfera
por procesos naturales (sal marina, partículas minerales,
volcánicas, incendios forestales y desechos biológicos)
y también antropogénicos (polvo industrial, hollín,
quema de la biomasa...)
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Hasta
los 88 km aprox. por encima del nivel del mar la composición
de la atmósfera es sustancialmente la misma que al nivel del
suelo. El movimiento continuo producido por las corrientes atmosféricas
contrarresta la tendencia de los gases más pesados a permanecer
por debajo de los más ligeros.
Variaciones
en su composición
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Las
variaciones en su composición se deben principalmente a la
altura, la latitud, la estación y el tiempo cronológico.
Variaciones
con la altura
Las variaciones que se dan con la altura están relacionadas
con la localización de las fuentes de los dos principales gases
no permanentes: el vapor de agua y el ozono.
El vapor de agua constituye un volumen de hasta un 4 % de la
atmósfera ( aprox. un 3 % de peso) cerca de la superficie.
Por encima de los 10 a 12 Km es sólo 3-6 partes por millón
en volumen.
El vapor de agua es sumistrado a la atmósfera por evaporación
del agua superficial o por la transpiración de las plantas.
Es trasladado hacia arriba por la turbulencia atmosférica.
El
ozono se concentra principalmente entre los 15-35 km.
El ozono (un isótopo del oxígeno con tres átomos
en cada molécula) está presente en la parte más
baja de la atmósfera en cantidades muy pequeñas. La
capa atmosférica que va de los 20 a los 48 km tiene un
mayor contenido en ozono (0,001 %), producido por la radiación
ultravioleta procedente del Sol.
Estos
átomos separados pueden combinarse individualmente con otras
moléculas de oxígeno para crear ozono:
(Siendo
M el equilibrio del momento o impulso y la energía que proporciona
la colisión con un tercer átomo o molécula)
Estas colisiones son rarísimas a 80-100 km debido a la bajísima
densidad de la atmósfera.
Distintas proporciones de ozono son arrastradas hacia la superficie
terrestre por las perturbaciones atmosféricas y las corrientes
descendentes. En las capas bajas de la atmósfera, la actividad
del hombre incrementa la cantidad de ozono, que se convierte en un
contaminante que ocasiona graves problemas.
La capa de ozono se ha convertido en motivo preocupante desde hace
unas décadas, cuando se descubrió que los clorofluorocarbonos
(CFC), estaban siendo echados a la atmósfera en grandes cantidades.
La preocupación se centra en que estos compuestos pueden destruir
el ozono que protege la superficie de la Tierra del exceso de la radiación
ultravioleta del Sol.
Estos productos químicos, que contienen cloro, son liberados
a la atmósfera, ascienden y se descomponen por acción
de la luz solar, tras lo cual el cloro reacciona con las moléculas
de ozono y las destruye.
Variaciones
con la latitud y la estación
Las
variaciones de la composición con la latitud y la estación
son importantes en el vapor de agua y el ozono.
El
contenido en la atmósfera de vapor de agua está relacionado
con la temperatura del aire. Es mayor en verano y en las latitudes
bajas. Existen excepciones como en los desiertos tropicales de todo
el mundo.
El
contenido de ozono es bajo sobre el ecuador y alto en las latitudes
subpolares en primavera.Si la distribución fuese sólo
el resultado de procesos fotoquímicos, el máximo se
daría cerca del ecuador en junio, y por lo tanto esta distribución
anómala tiene que deberse al transporte de ozono hacia los
polos. Se almacena durante la noche polar, y da lugar a una capa rica
en ozono a principios de primavera en condiciones naturales. Esta
característica primaveral ha sido perturbada en la Antártida
por el llamado agujero de ozono, deconociendo con certeza qué
tipo de circulación es responsable.
El
contenido de dióxido de carbono del aire ( promedio de 360
partes por millón) tiene una gama estacional mayor en las latitudes
altas del hemisferio norte, este hecho viene asociado con la fotosíntesis
y la descomposición de la biosfera. Los valores estivales bajos
están relacionados con la asimilaciónde CO2
por los mares fríos polares.
Variaciones
con el tiempo cronológico
La
cantidad de dióxido de carbono, otros gases invernadero
y partículas de la atmósfera pueden estar sujetas
a variaciones a largo plazo.
La revolución industrial trajo un aumento en casi todos
ellos.
Las actividades industriales, la calefacción y el transporte
generan casi 5 x 1020 J/ año de energía.
El consumo de petróleo y gas natural son responsables
del 60 % de la energía mundial y el carbón del
25 % aprox.
Factores relacionados con la agricultura también contribuyen
a modificar la composición de la atmósfera a largo
plazo.
El CO2, dióxido de carbono. Las principales
reservas de carbono son los sedimentos de piedra caliza y los
combustibles fósiles que se hallan en la tierra y los
océanos.
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La
atmósfera contiene aprox. 750 x 1012 Kg de carbono,
que corresponde a una concentración de CO2 de 360
ppm (partes por millón).
El CO2 atmosférico es el resultado de la solución/disolución
en el océano y la fotosíntesis/ respiración y
descomposición de los seres vivos.
El tiempo promedio para que una molécula de CO2
se disuelva en el océano o sea captada por las plantas es de
4 años aprox.
La actividad fotosintética implica a 50 x 1012 Kg
de carbono anuales, lo que corresponde el 7% del carbono atmosférico.
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