La
lucha contra la contaminación
del aire es indispensable si se quiere evitar la degradación de los
ecosistemas y la supervivencia de la especie humana. Es un problema
técnico y fundamentalmente económico, ya que se conocen soluciones,
que se podrían poner en marcha.
En
España
la política ambiental se encuentra dentro del marco de la CEE, que
se propone crear un marco legal adecuado que permita abordar el
problema y poner las soluciones necesarias para evitar la progresiva
desaparición de la capa de ozono y de limpiar el aire de partículas
y sustancias que crean microclimas en las grandes ciudades, así
como las alteraciones que se provocan por contaminación
y que afectan al clima.
Para
poder ver la dinámica
de la atmósfera y su papel protector es necesario conocer su
estructura. La atmósfera se divide es varias capas atendiendo a
factores tales como la temperatura y presión. Estas capas no son
esféricas, como podría deducirse de sus nombres o de las alturas
medias.
Ve el siguiente vídeo:
La troposfera
Es
la parte más baja de la atmósfera, el límite es muy variable,
dependiendo fundamentalmente de la altitud 16 Km en el ecuador, 12 en
latitudes medias y 9 en los polos, y de la estación del año
considerada (mas alta en verano que en invierno). La temperatura
desciende gradualmente a medida que aumenta la altitud, creándose un
gradiente térmico, que tiene un valor de -6,4°C/Km. Según este
gradiente el límite superior de la troposfera toma valores de -45°C
en los polos y de -80°C en el Ecuador. Sin embargo, los tres o
cuatro mil metros reflejan la influencia directa del terreno, que se
manifiesta en una acentuada agitación mecánica de estos niveles por
obra del rozamiento con las irregularidades topográficas y en el
alto contenido de partículas contaminantes tanto de origen natural
como industrial, por esto en esta capa el gradiente de temperatura no
es del todo constante, mientras, que sobrepasadosestos
tres o cuatro mil metros, el gradiente térmico
mantiene una acentuada constancia. Capa con mayor densidad.
Sobre
la troposfera se encuentra una delgada zona de transición,
denominada tropopausa,
de
gran interés en las predicciones meteorológicas, y se caracteriza
por una inflexión en el gradiente de temperatura. A partir de la
tropopausa la temperatura tiende a estabilizarse, e incluso a
aumentar. En la troposfera los movimientos son en la vertical además
de horizontales.
La estratosfera
se
extiende hasta los 50 Km. La densidad del aire es ya muy baja y los
movimientos del mismo de carácter
preponderantemente horizontal, de donde le viene el nombre. En ella
se filtra la radiación ultravioleta procedente del sol, que es
absorbida por el oxígeno, para transformarse en ozono. Ello
determina que esa radiación ultravioleta de efectos letales para los
seres vivos, no alcance la superficie de la Tierra, y que la
formación y ulterior descomposición del ozono calienten la
estratosfera, por ser este último proceso de carácter exotérmico.
Por esto se diferencian dos zonas:
hasta los 30 Km la
temperatura aumenta muy poco
de
los 30 a los 50 Km, la temperatura aumenta a un ritmo constante
hasta llegar a los 80ºC.
Al
alcanzar esta temperatura y altura, se produce una nueva inversión
de temperaturas, es la estratopausa,
que
da paso a la siguiente capa
La mesosfera
Abarca desde la
estratopausa hasta la mesopausa a unos 80 Km y en ella la tª
disminuye hasta los -80ºC. en la parte inferior se concentra la capa
de ozono.
La termosfera
Aquí
se da otra inversión de temperatura que vuelve aumentar
paulatinamente hasta tomar valores de 1.100°C a 1.600°C, se trata
de la última zona, la termosfera,
su
límite con la mesosfera se denomina mesopausa.
Las
variaciones de temperatura originan desplazamientos conectivos, como
homogeneización
de las masas de aire. Esta circulación es el viento,
que
es particularmente importante en las capas atmosféricas inferiores.
En su conjunto o por las características
de determinadas capas, la atmósfera regula la temperatura ambiental
filtrando las radiaciones solares y almacenando parte de ese calor,
por lo que evita el brusco enfriamiento nocturno.
La
atmósfera
por su composición posee una baja densidad y viscosidad, lo que le
permite ponerse en movimiento fácilmente al entrar en juego
gradientes térmicos o mecánicos. El viento que se origina es un
agente geodinámico importante, por ejemplo, en los desiertos, donde
la vegetación es escasa, ya que transporta en suspensión arcillas y
limos, en saltación granos de arena fina y en reptación granos de
arena gruesa.
El
viento también
puede actuar indirectamente, provocando el oleaje y participando en
el ciclo hidrológico, ya que las corrientes de aire constituyen un
factor esencial en la evaporación, transporte y precipitación del
agua
Esta
cubierta gaseosa, tras recibir la energía
calorífica emitida por el sol, es la causante de los estados del
tiempo meteorológico y del clima. Constituye un eficaz filtro que
retiene un 57% de la energía procedente del Sol, disminuyendo, al
mismo tiempo, la tasa de energía irradiada por el planeta Tierra al
espacio interestelar, evitando por tanto el enfriamiento del planeta.
El
99% del peso de la atmósfera
se encuentra en los primeros 29 Km, partiendo de la superficie de la
Tierra. No obstante a 10.000 Km de ella, todavía se encuentran
partículas gaseosas ligadas al campo gravitatorio terrestre.
La
Homosfera, que tiene un espesor de 80 Km, formada por una mezcla
homogénea
de gases. La composición química expresada en % en volumen es la
siguiente:
En
ella ocurren una serie de fenómenos
como:
El
dióxido de carbono: Es
de gran importancia en la climatología,
debido a su capacidad de absorción calorífica y el consiguiente
calentamiento al estar en contacto con la superficie de la Tierra.
Si la proporción de dióxido de carbono disminuyera a un 0,015%, la
temperatura media de la Tierra descendería alrededor de 5°C. Pero
como el contenido de dióxido de carbono aumenta por la combustión
de productos fósiles, incendios forestales y actividad industrial,
la media de la temperatura aumenta ligeramente. Esto
es debido a que el CO provoca un efecto conocido como efecto
invernaderoque
puede hacerse excesivo.
El
polvo: El
polvo (partículas
sólidas) existente en la parte baja de la atmósfera contribuye a
que se forme el crepúsculo y los colores rojizos de la salida y
puesta de sol, además son los núcleos de condensación del vapor
de agua que originan las nubes (en las ciudades industrializadas, a
favor del polvo que generan, se forma las densas calimas o smog).
Las
partículas sólidas provienen de la actividad industrial, de
incendios forestales, de la desintegración de meteoritos, de
erupciones volcánicas, de llanuras desérticas secas, de fondos de
lagos secos, de playas, de evaporación de gotas de los océanos que
dejan diminutos granos de sal, etc.
La
acción de los rayos ultravioletas: La
acción
de los rayos ultravioletas sobre los átomos ordinarios de oxígeno
de la homosfera produce ozono, en la región comprendida entre los
20-35 Km extendiéndose en ocasiones entre los 50-55 Km de altura,
dependiendo su altura de la latitud y estaciones del año. El
oxígeno molecular es fotodisociado en oxígeno atómico por la
influencia de la radiación de ondas de una longitud inferior a los
2.400 Á, al combinarse el oxígeno molecular con el oxígeno
atómico se forma el ozono. Este ozono es inestable y se descompone
en oxígeno, que vuelve otra vez a transformarse en ozono por la
acción de los rayos ultravioletas y así sucesivamente. Esta
cubierta de ozono nos protege de las radiaciones ultravioletas del
sol, siendo la causa del aumento de la temperatura de la
estratosfera.
La
Heterosfera está
formada por cuatro capas, cada una de las cuales está formada por
una composición química distinta. En la heterosfera se produce una
decantación, estando los gases más pesados en la capa inferior y
los más ligeros en las superiores. De 80 a 200 Km hay una capa de
nitrógeno molecular, de 200 a 1.100 Km hay una capa de oxígeno
atómico, de 1.100 a 3.500 Km helio atómico, y de 3.500 a 10.000 Km,
donde la densidad atmosférica se iguala con la interplanetaria,
existe hidrógeno atómico. Las cuatro capas poseen zonas limítrofes
de transición difusas, y no límites bruscos. Los átomos y
moléculas de la heterosfera tienen carga neutra (salvo en la
ionosfera) y movimiento rotacional alrededor de la tierra sólida.
La
ionosferaes
la parte de la atmósfera
ionizada permanentemente debido a la fotoionización que provoca la
radiación solar. Constituye el límite inferior de la magnetosfera
encontrándose dentro de la termosfera. La ionosfera permite que la
atmósfera superior refleje las ondas de radio emitidas desde la
superficie terrestre posibilitando que éstas puedan viajar grandes
distancias sobre la Tierra.En
la parte inferior de la ionosfera tienen lugar mayor parte de la
reflexión, recibiendo el nombre de capa
de Kennelly-Heavside.
En
las regiones polares las partículas
cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el campo
magnético terrestre incidiendo sobre la parte superior dela
ionosfera y dando lugar a la formación
de auroras.
La
composición
de la atmósfera ha debido de ser prácticamente estable desde el
Precámbrico Superior hasta la revolución industrial, a partir de la
cual el hombre ha alterando su composición natural.La
industrialización
y la tecnificación de la civilización actual cubre sus necesidades
energéticas recurriendo a combustibles fósiles. Los residuos de
este proceso de producción energética son incorporados a la
atmósfera en medida creciente y alteran su composición.Si
en épocas
anteriores fueron sucesos naturales los que influían temporalmente
en la situación de la atmósfera, tales como erupciones volcánicas,
tormentas de arena o incendios, en nuestra época es la actividad
misma del hombre la responsable de una contaminación de la atmósfera
en constante aumento.
Después
de los fenómenos contaminadores de épocas anteriores que sucedían
esporádicamente, la atmósfera disponía de un tiempo para recuperar
su estado inicial por autodepuración. Hoy, por el contrario, este
proceso ha sido rebasado, ya que la aportación de sustancias
contaminantes es constante y el grado de contaminación es sólo
función del tiempo de vida de las sustancias y de su aporte.Si
en otros tiempos se trataba de contaminantes atmosféricos
naturales como el polvo y las partículas de humo, en la actualidad
se presentan gases de escape como el dióxido y monóxido de carbono,
óxidos de azufre y de nitrógeno y un espectro completo de
sustancias elaboradas artificialmente como los plaguicidas y los
plásticos.
Gracias
a la compresibilidad de los gases, casi la totalidad de la masa de la
atmósfera
se encuentra en los primeros kilómetros próximos a la superficie.
Esto condiciona que la presión atmosférica disminuya rápidamente
con la altura.
El
valor de la presión
atmosférica a nivel del mar, fue cuantificado por primera vez en
1643, por Torricelli
y Vivíani, mediante
el conocido experimento de Torricelli.
Dicho
valor corresponde al peso de una columna de mercurio de 76 cm de
altura y 1 cm2
de sección,
que multiplicado por la densidad de este elemento, equivale a 1.033,6
g/cm2,
valor también conocido como 1 atmósfera e igual a 1.013 milibares.
Esta última unidad, el milibar, es la utilizada normalmente en
meteorología.
La
presión
atmosférica se representa trazando líneas, llamadas isóbaras, que
unenpuntos
de igual presión
atmosférica (cada 4 milibares). En la atmósfera existen zonas de
elevadas presiones (anticiclones) y zonas de bajas presiones
(borrascas o ciclones). El gradiente de presión hace que el viento
se desplace desde los anticiclones hacia las borrascas. El viento
será tanto más intenso cuanto mayor sea la diferencia de presiones
entre anticiclones y borrascas.
Es
el desplazamiento del aire desde los núcleos
de alta presión o anticiclones hasta los de baja presión o
borrascas. Este movimiento es interferido por la Fuerza de Coriolis,
de forma que el desplazamiento del aire se hace oblicuo a las líneas
isóbaras.
En
las borrascas o áreas
ciclónicas la circulación del aire es sinestrosa y son zonas de
convergencia,
donde se produce ascenso de masas de aire.
En
los anticiclones o áreas anticiclónicas la circulación del aire
es dextrosa y son zonas de divergencia con subsidencia
de masas de aire.
Con
el nombre de frentes se conocen los contactos entre masas de aire de
distintas características.
Existen
también
los denominados vientos locales, que pueden ejercer una influencia
notable en ciertas regiones geográficas. Los más importantes son:
Brisa
marina: el
viento sopla durante el día
de mar a tierra y durante la noche de tierra a mar, suaviza las
temperaturas de las zonas costeras.
Vientos
de montaña
y valle: el
aire se desplaza durante el día del valle hacia las cumbres a lo
largo de las laderas y por la noche desciende de la montaña al
valle.
Debido
a que la radiación
solar calienta de forma distinta la superficie de la Tierra, las
zonas ecuatoriales son más cálidas que las zonas polares. Esto
permite pensar que el aire caliente ecuatorial menos denso se eleva,
y que el aire frío polar más denso, desciende y se desplaza al
ecuador para sustituir al aire cálido. Es decir, se formaría una
circulación superficial de aire frío desde los polos al ecuador
que, al calentarse, ascendería circulando hacia los polos, donde al
enfriarse, volvería a iniciar el ciclo. Se originarían 2 células
convectivas, una en cada hemisferio.
Mira este vídeo:
El
modelo anterior no es real porque sólo
sirve para cuerpos estáticos, en La Tierra debido a la rotación
terrestre (de oeste a este) y a la diferente velocidad tangencial de
las distintas latitudes, todo móvil que se desplace desde el polo
Norte al ecuador, siguiendo un meridiano, sufrirá una desviación a
la derecha.
Este
fenómeno
físico que recibe el nombre de fuerza o efecto de CORIOLIS, influye
en la circulación atmosférica general: en la práctica, se forman
tres células convectivas en cada hemisferio, dos directas en las
zonas polar y ecuatorial, y otra inversa en latitudes medias,
representadas por dos zonas de altas presiones (los polos y sobre
25-30°) y dos de bajas presiones (5°-ecuador y 55°). Como
resultado de este esquema tricelular en cada hemisferio, se produce
una distribución latitudinal de zonas de alta y baja presión:
Zonas
ecuatoriales cálidas
de baja presión.
Zonas subtropicales
(alrededor de 30° de latitud) de alta presión.
Zonas subpolares de
baja presión (alrededor de 60° latitud).
Zonas
polares frías
de alta presión.
A su vez, esto
produce una alternancia latitudinal de los vientos: los levantes
polares, westerlies o vientos de poniente y alisios.
A
la zona de choque entre los alisios del norte y los alisios del sur
se le llama zona de calmas ecuatoriales o zona de convergencia
intertropical (ZCIT). Esta última
zona no se sitúa exactamente sobre el ecuador, sino que sufre
desplazamientos hacia el norte o hacia el sur principalmente de
carácter estacional o condicionados por los monzones locales.
Como
consecuencia de la inclinación
del eje de rotación de La Tierra, a lo largo de las estaciones, las
células convectivas se desplazan en dirección N-S produciendo las
breves estaciones lluviosas en las zonas subtropicales, la llegada de
aire polar en las zonas templadas, etc..
La
presencia de vapor de agua en la atmosfera se denomina humedad
atmosférica y su importancia es extraordinaria ya que es fuente de
las precipitaciones e influye en la evapotranspiración. Cabe definir
una serie de términos o parámetros relacionados con ella:
Mira este vídeo:
Humedad
absoluta (Ha):
Es la masa de vapor de agua contenida en un volumen de aire
determinado; se expresa en g/l o en g/m3.
Humedad
de saturación (Hs):
Es la máxima cantidad de vapor de agua que puede albergar un
determinado volumen de aire a una determinada temperatura, de la que
depende directamente: a 30º C es 30 g/m3 y a 40º C es 50 g/m3).
Humedad
relativa (Hr):
Es la relación que existe entre la humedad absoluta y la humedad de
saturación a una determinada temperatura: Hr = Ha/Hs. Así, si un
aire a 30º C contiene 15 g/m3, la Hr será del 50%, mientras que
con esa humedad absoluta a 40º C, la Hr sería solo del 30%. La
humedad relativa del 100% corresponde al punto de saturación que
dará lugar al rocío, la escarcha, las nieblas y las nubes, cuando
existen núcleos de condensación. De no ser así, el aire
sobresaturado y sobreenfriado no podrá condensarse.
