Cambio climático

El cambio climático se entiende como un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante periodos de tiempo comparables Junto con el aumento de la temperatura del planeta, conocido como calentamiento global, los glaciares se han ido derritiendo, incrementando el riesgo de inundaciones y amenazando el suministro de agua de millones de personas. Los patrones de lluvias también han cambiado, incluyendo sequías en regiones tropicales, subtropicales y mediterráneas, e incrementos en la precipitación media y nevadas en regiones templadas

aumento de la frecuencia e intensidad de lluvias y las nevadas extremas, así como el número de sequías

Efecto invernaderoEl efecto invernadero es un fenómeno natural que ayuda a regular la temperatura del planeta.

Calentamiento globalEl calentamiento global se puede entender en forma simplificada como el incremento gradual de la temperatura del planeta como consecuencia del aumento de la emisión de ciertos gases de Efecto Invernadero - GEI) - GEI) que impiden que los rayos del sol salgan de la tierra, bajo condiciones normales. (Una capa “más gruesa” de gases de efecto invernadero retiene más los rayos infrarrojos y hace elevar la temperatura)Variabilidad climáticaEl cambio climático como problema ambiental global se compone de una serie de transformaciones en el clima que no son naturales y que alteran a todos los componentes del sitema climatco

Factores determinan el clima en la tierra.

Factores naturales que afectan el clima

1. Cambios en la producción de energía solar2. Cambios en la Precesión de la Tierra3. Efecto Invernadero

Los gases de efecto invernadero (vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, ozono, hidrofluorocarbonos, perfluorocarbonos y el hexafluoruro de azufre)

Factores humanos que afectan el clima1. Gases de efecto invernadero2. Cambio en el uso del Suelo3. Aerosoles Atmosféricos

gases efecto invernadero.En la atmósfera de la Tierra, los principalesGEI son el vapor de agua (H2O), el dióxido de carbono (CO2), el óxido nitroso (N2O), el metano (CH4) y el ozono (O3). Hay además en la atmósfera una serie de GEI creados íntegramente por el ser humano, como los halocarbonos y otras sustancias con contenido de cloro y bromo, regulados por el Protocolo de Montreal5 como el hexafluoruro de azufre (SF6), los hidrofluorocarbonos (HFC) y los perfluorocarbonos (PFC). Los GEI están clasificados en directos e indirectos.

GEI Directos: Son gases que contribuyen al efecto invernadero tal como son emitidos a la atmósfera. En este grupo se encuentran: el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y los compuestos halogenados.GEI Indirectos: Son precursores de ozono troposférico, además de contaminantes del aire ambiente de carácter local y en la atmósfera se transforman a gases de efecto invernadero directo. En este grupo se encuentran: los óxidos de nitrógeno, los compuestos orgánicos volátiles diferentes del metano y el monóxido de carbono

El Protocolo de Kioto6, - acuerdo internacional sobre cambio climático - enumera seis gases o grupos de GEI,

Ellos son:−Dióxido de carbono ( CO2)−Metano ( CH4)−Óxido nitroso ( N2O)−Hexafluoruro de azufre (SF6)−Hidrofluorocarbonados (HFCs)−Perfluorocarbonados (PFCs)Los tres últimos (SF6, HFCs y PFCs) a veces son denominados genéricamente como gases fluorados o “gases F”.

Los gases invernadero existen de forma natural y son imprescindibles para la vida en la Tierra. Pero sus cantidades en aumento están elevando la tempera-tura de la Tierra a unos niveles que están alterando el clima, y con él, el equilibrio de todo el sistema natural.

Cambios observados en clima y sus efectos.1. Aumento de la temperatura2. Aumento del nivel del mar3. Fusión de la nieve y el hielo4. Eventos meteorológicos extremos

Causas del cambio.la era de la industrialización, talado o incendiado amplias superficies de bosques para nuevas áreas agrícolas y ganaderas, lo que también contribuyó a aumentar las emisiones de GEI.

Unas tres cuartas partes de las emisiones antropogénicas de CO2 a la atmósfera en los últimos 20 años se deben a la quema de combustibles fósiles. El resto se debe fundamentalmente al cambio en el uso de la tierra (mucho CO2 se encuentra almacenado en el suelo), especialmente la deforestación (las plantas retiran CO2 de la atmósfera en su crecimiento y lo mantienen hasta su quema o descomposición).

Actividad humanaLas actividades humanas han contribuido a la elevación del nivel del mar durante la segunda mitad del siglo XX; probablemente también al cambio de los patrones de viento y al aumento de temperaturas en noches extremadamente cálidas y en días y noches fríos. Además, nuestras acciones pueden haber contribuido a incrementar el riesgo de olas de calor, el área afectada por la sequía desde los años 70 y la frecuencia de episodios de fuerte precipitación.

diferente. La medida en la que un GEI determinado contribuye al calentamiento global se define como su Potencial de Calentamiento Global (PCG).

RetroalimentacionesÉstas son interacciones entre diferentes partes del sistema climático que pueden provocar que un proceso o evento desencadene cambios que, a su vez, influyen en el desencadenante inicial.

El hielo, al ser blanco, refleja hacia el espacio hasta el 90% de las radiaciones solares que llegan a su superficie, evitando la intensificación del calentamiento atmosférico. Pero cuando se funde, quedan expuestas al sol la tierra, la vegetación, las rocas o el agua, que son todas ellas de color más oscuro y, por tanto, absorben más radiación. De esta forma, el deshielo inicial puede provocar una retroalimentación que ayuda a acelerar su ritmo. Otra posible retroalimentación se produce en relación con la descongelación del permafrost en las latitudes nórdicas. A medida

que se descongela, puede liberar grandes cantidades de dióxido de carbono y metano que, hasta ese momento, estaban retenidas bajo la capa de suelo helado. Si esto ocurriera, el calentamiento ya en marcha se aceleraría. Otra retroalimentación esperable: las temperaturas más altas, tanto de la tierra como del océano, inducen una reducción de su capacidad para capturar el dióxido de carbono atmosférico, incrementando la cantidad de CO2 que permanece en la atmósfera.

Las retroalimentaciones negativas, por el contrario, son efectos encadenados que conducen a procesos compensatorios y a la mitigación del propio efecto original.

Cambio climático proyectado y sus impactos.Los cambios previstos en la escala regional incluyen:más calentamiento en las áreas terrestres y en las latitudes más septentrionales, y menos en los océanos meridionales y zonas del Atlántico Norte;reducción del área cubierta por la nieve, aumentos en la profundidad hasta la cual el permafrost se deshelará, y disminución de la extensión del hielo marino;aumento de la frecuencia de temperaturas extremadamente altas, olas de calor y precipitaciones fuertes;probable incremento de la intensidad de ciclones tropicales;desplazamiento de las tormentas desde los trópicos hacia los polos;aumento de las precipitaciones en latitudes altas, y probable disminución en la mayoría de regiones subtropicales.

Lección 1 COMPOSICION Y ESTRUCTURA DE LA ATMOSFERA

ORIGEN DE LA ATMOSFERA

COMPOSICIÓN DE LA ATMOSFERAa) Gases permanentes: el Nitrógeno molecular, N2, y el Oxígeno molecular,O2, forman el 99 % del volumen de la atmósfera. Estos gases son pasivos en los procesos meteorológicos, aunque el Oxígeno puede reaccionar químicamente con otros componentes o con la radiación solar, pero siempre manteniendo su proporción permanentemente. Aunque estos dos gases son los de mayor concentración en la atmósfera y el oxígeno es particularmente importante en todos los procesos biológicos, ninguno de estos gases es significativamente importante en el estudio de los fenómenos meteorológicos y climáticos.b) Gases variables: hay principalmente tres gases atmosféricos que tienen una gran importancia en los distintos procesos meteorológicos: vapor de agua, dióxido de carbono y ozono. El vapor de agua, H2O, cuya principal fuente es el océano y todos los grandes cuerpos de agua en la superficie terrestre, así como la flora y la fauna, a través del proceso de evapotranspiración. La importancia de este gas radica en su relación directa con todos los procesos meteorológicos, con la absorción de radiación infrarroja y con el balance de calor en la atmósfera. La cantidad de vapor de agua varía considerablemente de región a región, dependiendo principalmente de su cercanía a las zonas de mayor evaporación y donde la atmósfera tiene una mayor capacidad de retención de la humedad. Ya que toda el agua proviene de la superficie terrestre, la concentración de esta decrece rápidamente con la altura. A diferencia de los otros constituyentes, el H2O puede cambiar de estado y convertirse de vapor a líquido, formándose las gotas de lluvia y precipitarse de regreso a la superficie terrestre, siendo esta la principal causa por la que la concentración de vapor de agua disminuye drásticamente con la altura. El vapor de agua tiene una concentración máxima del orden del 4 % del volumen total de aire, cerca de la

superficie de la tierra, pero es prácticamente nulo por arriba de los 15 km. El dióxido de Carbono, CO2, también absorbe radiación infrarroja terrestre; su principal fuente es el océano, que almacena una gran cantidad, se relaciona directamente con las principales actividades humanas, tales como la combustión de hidrocarburos por la industria y la respiración, así como con la flora, en el proceso de la fotosíntesis. En el ciclo de carbono, el dióxido de carbono es el componente más importante debido a su estabilidad y a su distribución en los tres medios (aire, agua y sólido) terrestres. El gas de CO2 es continuamente transferido de la atmósfera a la biosfera por el proceso de la fotosíntesis y transferido a la atmósfera por medio de la oxigenación de los compuestos y fósiles orgánicos y por la respiración de los seres vivos. El CO2 se comunica entre la atmósfera y la hidrosfera por medio del intercambio molecular en la interfase mar-aire. La importancia del CO2 en la concentración y composición de la atmósfera se hace evidente en i) los distintos procesos de oxidación, ii) su participación en la fotosíntesis, iii) su alta solubilidad en los océanos y iv) su rápida difusión en la atmósfera. El Ozono, O3, es una molécula compuesta por tres átomos de Oxígeno. El O3 se forma en la atmósfera al disociarse el Oxígeno molecular por la radiación ultravioleta en altitudes entre 20 y 70 km, con su máxima concentración en la vecindad de20 a 30 km, en la estratosfera, y está directamente relacionada con el aumento de la temperatura en la estratopausa, a los 50 km de altura aproximadamente. La principal importancia de este constituyente radica en su función protectora de radiación solar ultravioleta. La concentración y existencia de estos gases variables depende fuertemente de los procesos térmicos y dinámicos de escala local, así como de las distintas actividades humanas.c) Constituyentes no-gaseosos: En la atmósfera también se encuentra un gran número de componentes no-gaseosos, conocidos como aerosoles, tales como las partículas volcánicas, polvos, humos, sales, etc. (Fig.1.4).Las concentraciones de estos componentes pueden variar grandemente, como por ejemplo, cuando ocurre una erupción volcánica cubriendo una gran extensión de la atmósfera o sobre las ciudades industriales en que se emiten distintos contaminantes. Todos estos constituyentes tienen un efecto importante en la composición atmosférica. Los aerosoles pueden ser sólidos o líquidos y son muy importantes en distintos procesos atmosféricos, tales como la formación de nubes, la precipitación la visibilidad y el balance de calor. Las principales fuentes de emisión de aerosoles son las erupciones volcánicas, la erosión de la superficie terrestre, la contaminación industrial y la evaporación de los océanos que transporta sales a la atmósfera.

Variación en la altura de la concentración de aerosoles: Aitken (10-3 -10-1

μm); grandes (0.1 - 1μm) y gigantes (1 - 100μm). N es el número de partículas por cm3.

En general, se considera que la atmósfera, compuesta de aire seco y limpio, tiene principalmente los siguientes elementos (ver tabla 1.1): Nitrógeno (78.08 %), Oxígeno (20.95 %), Argón (0.93 %), dióxido de Carbono (0.03 %) y gases neutros (0.01 %). Además, en condiciones normales, el aire contiene también otros componentes tales como agua (vapor, líquido, sólido), polvos, humos, granos de polen, contaminantes químicos, sales y distintos aerosoles que flotan o están suspendidos en la atmósfera.

VARIACIÓN EN LA ALTURA DE LA COMPOSICIÓN ATMOSFÉRICAla composición gaseosa de la atmósfera depende principalmente de la fuerza de gravedad del planeta; de tal manera que, mientras mayor sea la fuerza de gravedad, los gases ligeros serán retenidos más fácilmente; mientras que a menor fuerza de gravedad, solo los elementos más pesados podrán ser retenidos en el campo gravitacional del planeta y formar la atmósfera.

VARIABLES ATMOSFÉRICASEl estado físico y químico de la atmósfera puede ser parcialmente descrito por medio de las siguientes variables: temperatura, T, presión, P, densidad, ρ, y viento, v. Los tres primeros parámetros son cantidades escalares, mientras que el viento es una cantidad vectorial con componentes en las direcciones horizontal (u,v) y vertical (w).

En el pasado, se hicieron muchos esfuerzos indirectos para obtener información de las zonas atmosféricas más inaccesibles, tales como la mesosfera y la termosfera. En la actualidad se utilizan métodos directos, tales como los cohetes.La existencia de estos vehículos notables no significa que las propiedades atmosféricas se puedan estudiar fácilmente y sin errores.

ESTRUCTURA VERTICAL DE LA ATMOSFERALa variación de la temperatura en la vertical es una consecuencia de la absorción de radiación (solar y terrestre) por la atmósfera. Las capas más altas de la atmósfera (> 80 km) absorben radiación solar de muy baja frecuencia (alta energía) capaz de ionizar las moléculas de aire, formando la región conocida como la Ionosfera, donde se reflejan las ondas de radiocomunicación; la radiación UV de menor energía, que no es absorbida por las moléculas de aire, logra penetrar a niveles intermedios

(entre 30 y 50 km), siendo absorbida por el O3 ; por otro lado, en la aja atmósfera, es la radiación terrestre, en el infrarrojo, IR, la que fundamentalmente afecta a la temperatura. Tomando en cuenta la estructura vertical de la temperatura, la atmósfera se puede dividir en las siguientes capas o regiones atmosféricas: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera

La Troposfera (0-15 km); la Estratosfera (15 - 50 km); la Mesosfera (50 -90 km) y la Termosfera (desde los 90 km).

TROPOSFERAa) la temperatura decrece con la altura a una razón del orden de 6.5°C/km en una atmósfera húmeda (trópicos) y a una razón del orden de 10°C/km en una atmósfera seca (desiertos); b) el viento aumenta con la altura, alcanzando valores máximos aproximadamente a los 10 km (200 mb), en las latitudes medias; y c) contiene virtualmente el total del vapor de agua atmosférico; a mayores alturas, el vapor de agua es rápidamente disociado por la radiación solar.

ESTRATOSFERAa) En la baja estratosfera (hasta los 25 km) la temperatura aumenta gradualmente o se mantiene constante; arriba de este nivel la temperatura aumenta hasta alcanzar valores en el rango de 10 a 15°C; b) los vientos decrecen con la altura en la baja estratosfera, para después aumentar en la alta estratosfera, siendo principalmente vientos del este en verano y del oeste durante invierno, esto debido al cambio estacional de la circulación atmosférica; c) la estratosfera es muy seca, sin nubes ni fenómenos meteorológicos; y d) contiene grandes concentraciones de Ozono, constituyente vital para la vida en la tierra, pues sirve como filtro de la radiación ultravioleta.

MESOSFERALas características principales son: a) se observan nubes noctilucentes a una altura aproximada de 80 - 100 km, principalmente en el hemisferio de verano; b) se observan grandes variaciones entre verano e invierno. La temperatura es mayor en invierno que en verano; y c) se observa una muy considerable variabilidad diaria y semanal en la estructura vertical de la temperatura.

TERMOSFERALas principales características de esta capa son: a) se observa una gran disociación de los principales constituyentes, N2 y O2; b) el aumento continuo de la temperatura está asociado a la absorción de radiación

electromagnética solar y a la disociación y a la ionización de los constituyentes atmosféricos, principalmente por el oxígeno atómico; c) la termosfera es principalmente calentada por la radiación ultravioleta de alta energía y d) por arriba de los 200 km la atmósfera se hace casi-isoterma durante la noche, cuando desaparece la radiación solar.

Lección 2 BALANCE TÉRMICO DE LA ATMÓSFERA

Radiación e insolaciónNoventa y nueve por ciento de la energía solar se emite en longitudes de onda que oscilan entre 0,5 y 40 mm.

La cantidad de radiación solar recibida en una hora y un lugar específicos del sistema Tierra-atmósfera se llama insolación. La insolación está determinada por cuatro factores:La constante solarLa transparencia de la atmósferaLa duración de la luz del díaEl ángulo con el que los rayos solares caen sobre la Tierra.

Constante solarLa constante solar es la cantidad promedio de radiación recibida en un punto perpendicular a los rayos solares, localizado fuera de la atmósfera en la distancia media entre la Tierra y el sol.

TransparenciaLa radiación emitida se agota a medida que pasa a través de la atmósfera. Los diferentes compuestos atmosféricos absorben o reflejan energía de diferentes maneras y en cantidades variadas. La transparencia de la atmósfera se refiere al monto en que la radiación penetra en la atmósfera y llega a la superficie terrestre sin agotarse.

La capacidad general de las diferentes superficies de la Tierra de reflejar energía solar a la atmósfera se conoce como albedo. El albedo se define como la fracción (o porcentaje) de la energía solar incidente que refleja una superficie al espacio.

A pesar de componer sólo aproximadamente 3% de la atmósfera, el vapor de agua absorbe en promedio seis veces más radiación solar que los demás gases combinados.

Los cuerpos más cálidos irradian longitudes de onda más cortas y los más fríos, longitudes de onda más largas La Tierra se calienta cuando absorbe energía y se enfría cuando la irradia. Asimismo, absorbe y emite radiación al mismo tiempo.Si la superficie terrestre absorbe más energía que la que irradia, se calentará. Si irradia más energía que la que absorbe, se enfriará.

El efecto invernadero es el nombre dado al resultado del proceso de intercambio de energía que hace que la superficie terrestre se caliente más que lo que se calentaría si la atmósfera no volviera a irradiar energía a la Tierra.

La transparencia es una función no sólo de nubosidad sino también de latitud. Los rayos solares deben atravesar una capa de atmósfera reflectora de dispersión más espesa en las latitudes intermedias y altas que en las tropicales (figura 2-3). Este efecto varía según las estaciones: en invierno es mayor (en el hemisferio norte) cuando el eje terrestre se aleja del sol y hace que los rayos solares sean menos intensos en el horizonte (figura 2-4).

Duración de la luz del díaLa duración de la luz de día también afecta la cantidad de insolación recibida: mientras más largo sea el período de luz solar, mayor será la posible insolación total.

Ángulo de los rayosEl ángulo con que los rayos solares caen sobre la Tierra varía considerablemente a medida que el sol “se mueve” de un lado a otro del ecuador. Una superficie relativamente plana y perpendicular a un rayo solar vertical recibe la mayor cantidad de insolación. Por consiguiente, las áreas donde los rayos solares son oblicuos reciben menos insolación, ya que estos deben atravesar una capa más espesa de la atmósfera y se dispersan sobre una superficie mayor (figura 2-6). Este mismo principio se aplica al desplazamiento diario de los rayos solares. Al mediodía, se produce la mayor intensidad de insolación. Durante la mañana y la tarde, cuando el sol se encuentra en un ángulo bajo, la intensidad de la insolación es menor.

Balance térmico

Dado que la energía del sol siempre ingresa en la atmósfera, si toda la energía se almacenara en el sistema Tierra-atmósfera, la Tierra se podría recalentar. Así, la energía se debe liberar de nuevo en el espacio. Por lo general, esto es lo que sucede. La radiación recibida regresa como radiación terrestre y da lugar a un balance térmico, llamado balance de radiación.

Calentamiento diferencialLa superficie terrestre no sólo recibe diferentes magnitudes de radiación solar sino que las diversas superficies terrestres absorben energía térmica en magnitudes distintas.

Las masas de tierra absorben y almacenan calor de manera diferente que las de agua. Además, la capacidad de absorber y almacenar el calor es diferente en los distintos tipos de superficies terrestres. El color, la forma, la textura de la superficie, la vegetación y la presencia de construcciones pueden influir en el calentamiento y enfriamiento de la Tierra. Por lo general, las superficies secas se calientan y enfrían más rápidamente que las húmedas.

Transporte de calorAdemás de la radiación, el calor se transmite por conducción, convección y advección.

La conducción es el proceso por el cual se transmite el calor a través de la materia sin que esta en sí se transfiera. Por ejemplo, el asa de una sartén de hierro se calienta debido a la conducción de calor del mechero de la estufa. El calor es conducido de un objeto más caliente a uno más frío. La transferencia de calor a través de la convección se produce cuando la materia está en movimiento. El aire que se calienta a través de una superficie terrestre calentada (por conducción) se elevará porque es más liviano que el del ambiente.El aire calentado se eleva y transfiere el calor verticalmente. Así mismo, el aire en altura más frío se hundirá porque es más pesado que el aire del ambiente. Esto va de la mano con el aumento del aire y es parte de la transferencia de calor por convección. Los meteorólogos también emplean el término advección para denotar la transferencia de calor que se produce principalmente por el movimiento horizontal antes que por el movimiento vertical del aire (convección).

Lección 3 La estructura dinámica de la atmósfera

El aire se mueve a fin de equilibrar los desbalances de presión atmosférica que causan las variaciones de la insolación y el calentamiento diferencial. El calentamiento diferencial es la causa principal de la circulación atmosférica en la Tierra.

Circulación atmosféricaEl aire se mueve a fin de equilibrar los desbalances de presión causados por el calentamiento diferencial de la superficie terrestre. A medida que se traslada de áreas de alta presión a áreas de baja presión, el viento es influido significativamente por la presencia o ausencia de la fricción. La rotación de la Tierra modifica la circulación atmosférica pero no la produce, ya que, esencialmente, la atmósfera rota con la Tierra. El movimiento del aire ayuda a evitar que las concentraciones de los contaminantes liberados al aire alcancen niveles peligrosos.

Presión atmosférica

En realidad, la velocidad depende de la temperatura del gas. La presión atmosférica es causada por moléculas de aire (por ejemplo, oxígeno o nitrógeno) que chocan tanto entre sí como con otros objetos y rebotan.

En cualquier ubicación, ya sea en la superficie terrestre o en la atmósfera, la presión atmosférica depende del peso del aire de la capa superior.

las áreas de presión alta y baja. Los ciclos concéntricos alrededor de las áreas de mayor o menor presión se denominan isobaras, que son líneas de igual presión. Las isobaras pueden seguir la forma de líneas rectas o de anillos a medida que rodean las áreas de presión alta o baja.

VientoTodos los movimientos del viento, desde ráfagas pequeñas hasta grandes masas de aire, contribuyen al transporte del calor y de otras condiciones de la atmósfera alrededor de la Tierra.

Cuando los vientos soplan con mayor frecuencia desde una dirección que desde otra, esta recibe el nombre de viento prevalente.La velocidad del viento aumenta rápidamente con la altura sobre el nivel del suelo mientras que la carga de fricción disminuye.

Los remolinos son variaciones de la corriente principal del flujo del viento. Las irregularidades mayores se producen por convección –o transporte vertical del calor.

Fuerza de CoriolisLa fuerza de Coriolis causa una desviación del aire a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur. Se trata de una fuerza aparente causada por la rotación de la Tierra bajo la acción del movimiento del aire. Observado desde el espacio, este movimiento de aire (o cualquier movimiento libre de un objeto, para el caso) parece seguir una línea recta. Pero para una persona que se encuentra en la Tierra, este movimiento aparenta haberse desviado.

Aumenta a medida que se incrementa la velocidad del viento Permanece en ángulos rectos en relación con la dirección del viento Crece cuando la latitud aumenta (es decir, la fuerza es mayor en los polos y cero en el ecuador).

los vientos parecen desviarse hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur.

Fuerza del gradiente de presiónAsí, el viento soplará de las áreas de presión alta a las de presión baja. La presión que equilibra la fuerza que tiende a mover el aire de la presión alta a la baja se denomina fuerza del gradiente de presión.El gradiente de presión es la tasa y la dirección del cambio de presión. Está representado por una línea trazada en los ángulos derechos de las isobaras,Cuando las isobaras se encuentran cerca, los gradientes son inclinados. El viento se moverá más rápidamente a través de isobaras inclinadas. Los vientos son más suaves cuando las isobaras están más alejadas porque la pendiente entre estas no es tan inclinada; por consiguiente, el viento no ejerce tanta fuerza.

FricciónLa fricción, la tercera fuerza principal que afecta al viento, empieza a actuar cerca de la superficie terrestre hasta que llega a altitudes aproximadas de 500 a 1.000 m.

las fuerzas balanceadas que se producen por encima de la capa donde la fricción influye en el viento crean un viento que sopla paralelamente con las isobaras. Este viento se denomina viento geostrófico.

Dentro de la capa de fricción, la fuerza de Coriolis, la fuerza del gradiente de presión y la fricción ejercen una influencia sobre el viento. El efecto de la fricción sobre el viento aumenta a medida que este se acerca a la superficie terrestre.

La fricción no sólo disminuye la velocidad del viento sino que también influye en su dirección. El efecto de la fricción sobre la dirección del viento se debe a la relación existente entre la velocidad del viento y la fuerza de Coriolis. Se debe recordar que esta fuerza es proporcional a la velocidad del viento.

disminuyen. Con la fricción, la fuerza de Coriolis decrece en relación con la fuerza del gradiente de presión; esta no equilibra la fuerza de Coriolis como lo hace con el viento geostrófico sobre la capa límite planetaria. Al contrario, la fuerza del gradiente de presión predomina ydesplaza el viento hacia la presión baja (véase la figura 3-6). La dirección del viento se dirige hacia la presión baja hasta que el vector resultante de la fuerza friccional y la fuerza de Coriolis equilibran de manera exacta la fuerza del gradiente de presión. A medida que las fuerzas friccionales aumentan, las direcciones del viento giran más bruscamente hacia la presión baja. Este cambio en la dirección del viento según las diferentes altitudes dentro de la capa de fricción se ilustra en la figura 3-7 y se denomina espiral de Ekman.

Sistemas de presión

El movimiento horizontal del aire está determinado por muchas fuerzas. Los vientos superficiales se desplazan en dirección contraria a las agujas del reloj alrededor de los sistemas de presión baja (ciclones) en el hemisferio norte. Este mismo balance de fuerzas conduce el aire en la dirección de las agujas del reloj alrededor de sistemas de presión alta (anticiclones) en el hemisferio norte, lo contrario sucede en el hemisferio sur.

Circulación generalComo los vientos pueden variar ampliamente respecto del promedio en cualquier tiempo y lugar, el estudio de los patrones de flujo promedio del viento puede servir para identificar los patrones predominantes de circulación en ciertas latitudes y entender sus causas.Las regiones ecuatoriales reciben mucho más energía del sol que las polares. Las variaciones horizontales de la temperatura atmosférica, causadas por el calentamiento irregular, determinan diferencias de presión que dirigen la circulación atmosférica.

El aire del ecuador, que recibe más radiación solar, sería mayor que el de los polos. Sería más cálido y ligero, y se elevaría debido a la convección. A medida que el aire ecuatorial cálido se eleva, se producen tormentas eléctricas que liberan más calor y hacen que el aire continúe elevándose hasta que llega a la capa superior de la atmósfera. En este

punto, el aire empezaría a moverse hacia las regiones polares y se enfriaría a medida que se traslade. En los polos, el aire frío denso descendería a la superficie y volvería a fluir hacia el ecuador. En el hemisferio norte, el flujo del aire cercano a la superficie estaría siempre fuera del norte porque el aire más frío del polo norte remplazaría al aire cálido, ascendente desde el ecuador.

la fuerza de Coriolis en la circulación planetaria del aire. En el ecuador, el aire cálido se eleva y muchas veces se condensa en grandes nubarrones y tormentas. De este modo, se desarrolla una banda de presión baja alrededor del ecuador. Estas tormentas eléctricas liberan calor, que conduce el aire hacia partes más altas de la atmósfera. Allí, el aire empieza a trasladarse lateralmente hacia los polos y se enfría a medida que se mueve. El aire empieza a convergir o “reunirse” a una altura aproximada de 30° de latitud. La convergencia del aire hace que este se hunda o asiente en esta latitud.Esto determina la divergencia del aire en la superficie terrestre. A medida que el aire se hunde en esta región, el cielo se muestra despejado y los vientos superficiales son suaves y variables. Las latitudes de 30° se conocen como zonas de calmas subtropicales porque era allí donde se encalmaban los barcos de vela que viajaban al Nuevo Mundo.

De las zonas de calmas subtropicales, una parte del aire superficial regresa al ecuador. Debido al efecto de Coriolis, los vientos soplan desde el nordeste en el hemisferio norte y desde el sudeste en el hemisferio sur. Estos vientos constantes se llaman vientos alisios. Como se puede observar en la figura 3-10, los vientos alisios convergen alrededor del ecuador en una región denominada la zona intertropical de convergencia (ZITC). Este aire ecuatorial convergente se calienta y se eleva a lo largo del ciclo.

En lugar de desplazarse hacia el ecuador, en las latitudes de 30° C, una parte del aire superficial lo hace hacia los polos. La fuerza de Coriolis desvía estos vientos hacia el este en ambos hemisferios. Estos vientos superficiales soplan del oeste al este y se denominan vientos prevalentes del oeste o vientos del oeste en ambos hemisferios. Entre las latitudes de 30° a 60°, los sistemas móviles de presión y las masas de aire asociadas (que se abordarán posteriormente) ayudan a transportar la energía. La mayor parte del aire húmedo de las regiones del sur se desplaza hacia el norte. Esta humedad se condensa y libera la energía que ayuda a calentar el aire en las latitudes del norte.

En las áreas que se encuentran entre las latitudes de 60° y los polos, prevalecen los vientos polares del este. Estos forman una zona de aire frío que sopla hacia el sudeste (hemisferio del norte) y hacia el nordeste (hemisferio del sur) hasta que se encuentran con los del oeste, más cálidos. La interfaz entre los vientos polares del este y los del oeste es el frente polar, que se traslada a medida que ambas masas de aire se presionan entre sí de un lado al otro. El frente polar viaja del oeste al este y ayuda al aire frío a desplazarse hacia el sur y al aire húmedo y cálido, hacia el norte (hemisferio del norte) y, de ese modo, transporta energía calorífica a las regiones polares. A medida que el aire húmedo y cálido, característico de los vientos del oeste, ejerce una presión sobre los del este, fríos y más secos, se desarrolla un clima tempestuoso. Por consiguiente, el frente polar generalmente está acompañado por nubes y precipitaciones.

Si bien la corriente de chorro varía en tamaño y fuerza, generalmente tiene entre 7,6 y 12,2 km (25.000 y 40.000 pies) sobre la Tierra, y sus velocidades oscilan entre 129 y 193 km (80 y 120 mph) según la latitud y la estación. Estos vientos de gran altitud afectan a los superficiales al mismo tiempo que ayudan a “dirigir” los sistemas superficiales del clima. Si bien la dirección de la corriente de chorro generalmente es de este a oeste alrededor del globo, muchas veces desciende de norte a sur al tiempo que sigue el límite entre el aire cálido y frío.

Masas de aire

Las masas de aire son fenómenos de escala macro, que cubren cientos de miles de kilómetros cuadrados y se extienden por miles de metros. Son volúmenes de aire relativamente homogéneos con respecto a la temperatura y a la humedad, y adquieren las características de la región sobre la que se forman y desplazan. Los procesos de radiación, convección, condensación y evaporación condicionan la masa de aire a medida que se desplaza.

aire. Las masas de aire se clasifican como marítimas o continentales según tengan su origen en el océano o la Tierra, y como árticas, polares o tropicales según la latitud de su origen.

La frontera entre masas de aire con características diferentes se denomina frente. Un frente no es una pared marcada sino una zona de transición que muchas veces abarca varias millas.

La temperatura es una propiedad básica de las masas de aire. La temperatura de una masa de aire depende de la región donde esta se origina. Las masas árticas de aire son las más frías, y las tropicales, las más cálidas.

La humedad es la segunda propiedad básica de una masa de aire. Desempeña un papel significativo en el tiempo y en el clima, y generalmente se trata independientemente de los demás componentes del aire. En cualquiera de sus formas, la humedad atmosférica es un factor de humedad, nubosidad, precipitación y visibilidad.

A lo largo del proceso de evaporación, el vapor del agua también transporta calor latente al aire, lo cual le da una función en el intercambio de calor (así como en el intercambio de humedad) entre la Tierra y la atmósfera. El agua atmosférica se obtiene por evaporación pero se pierde por precipitación.

FrentesCuatro patrones de frentes –cálido, frío, ocluido y estacionario- se pueden formar por aire de temperaturas diferentes. El frente frío (figura 3-12) es una zona de transición entre el aire cálido y el frío, donde este último se mueve sobre el área previamente ocupada por el cálido. Por lo general, los frentes fríos presentan pendientes de 1:50 a 1:150. El aumento de aire cálido sobre un frente frío en avance y el enfriamiento expansivo subsiguiente a este aire, conducen a nubosidades y precipitaciones de acuerdo con la posición del frente superficial (el frente superficial es el punto en el que el frente en avance entra en contacto con la Tierra).

Los frentes cálidos, por otro lado, separan el aire cálido en avance del aire frío en retirada y presentan pendientes del orden de 1:100 a 1:300 debido a los efectos de fricción del borde de salida del frente. La precipitación generalmente se encuentra en el avance de un frente cálido,

Cuando emergen frentes fríos y cálidos (y el frente frío se sobrepone al cálido) se forman frentes ocluidos. Los frentes ocluidos pueden serllamados oclusiones de frentes cálidos o fríos, como lo indica la figura 3-15. Sin embargo, cualquiera sea el caso, una masa de aire más fría predomina sobre una no tan fría.

Independientemente del tipo de frente ocluido que se aproxime, las nubes y precipitaciones resultantes de tal frente serán similares a las de un frente cálido (figura 3-13). A medida que el frente pasa, las nubes y la precipitación se parecerán a las de un frente frío (figura 3-12). Así, por lo general es imposible distinguir cuándo se aproxima un frente cálido y cuándo lo hace uno ocluido. Las regiones en las que predominan los frentes ocluidos presentan pocas nubes, cantidades mínimas de precipitaciones y pequeños cambios diarios de temperatura.

El último tipo de frente es el estacionario. Como su nombre lo indica, las masas de aire alrededor de este frente no se encuentran en movimiento.

Un frente estacionario puede provocar malas condiciones climáticas que persistan durante varios días.

Las áreas migratorias de presión alta (anticiclones) y de presión baja (ciclones), así como los frentes relacionados con estas últimas son responsables de los cambios climáticos diarios que se producen sobre la mayoría de las regiones de latitud media de la Tierra. Los sistemas de presión baja de latitudes medias se forman a lo largo de superficies frontales que separan masas de aire provenientes de fuentes distintas, con características diferentes en cuanto a la humedad y la temperatura.

Como se recordará, los triángulos indican los frentes fríos, y los semicírculos, los cálidos. Las cinco etapas presentadas aquí son:1. Inicio de la circulación ciclónica 2. Sector cálido bien delimitado entre los frentes 3. Frente frío que se sobrepone al cálido 4. Oclusión (fusión de los dos frentes) 5. Disipación

Entrampamiento frontal

Las inversionesse producen cuando el aire cálido se eleva sobre el frío y “entrampa” al aire frío por debajo. Cuando se producen estas inversiones, la circulación del aire es relativamente escasa y el aire se estanca también de manera relativa. Este entrampamiento frontal se puede producir ya sea con frentes cálidos o con fríos.

La mayor parte del entrampamiento frontal cálido se producirá de norte a oeste desde una determinada fuente contaminante, y el entrampamiento frontal frío de sur a este desde la fuente.

Influencias topográficas

topografía. Los rasgos topográficos no sólo influyen en el calentamiento de la Tierra y del aire que la rodea sino también en el flujo del aire. Los rasgos del terreno, como se podría esperar, afectan sobre todo el flujo del aire relativamente cercano a la superficie terrestre. Como se indica en la figura 3-18, estos rasgos se pueden agrupar en cuatro categorías: plano, montaña/valle, tierra/agua y áreas urbanas.

La turbulencia térmica se produce por el calentamiento diferencial.

Terreno planoLa turbulencia del viento sobre un terreno plano está limitada a la cantidad de accidentes de la superficie, ya sean naturales o hechos por el hombre. Las áreas urbanas con construcciones densas y edificios altos ejercen una fuerza friccional grande sobre el viento haciendo que disminuya, cambie de dirección y se haga más turbulento. Por consiguiente, los vientos de gradiente (esto es, los que no se ven afectados por la fricción) alcanzan mayores altitudes cuando se producen sobre áreas urbanas que cuando lo hacen sobre el nivel del suelo.

La turbulencia térmica sobre un terreno plano se debe a rasgos naturales o producidos por el hombre. Por ejemplo, el agua no se calienta tan rápidamente durante el día pero el concreto lo hace excepcionalmente bien. Durante la noche, el concreto libera grandes cantidades de calor al aire, el agua no. El aire se eleva sobre los objetos calentados en cantidades variables (figura 3- 22). Como se observó en la lección 2, el fenómeno que se presenta cuando el aire se eleva se llama convección.

Montaña/valleel aire tiende a elevarse sobre un obstáculo que se presenta en su camino y una parte trata de abrirse paso por los diferentes lados. Si una inversión de temperatura elevada (aire cálido sobre aire frío) cubre la mayor elevación, entonces el aire tratará de encontrar su camino por los costados de la montaña. Cuando el flujo de aire es bloqueado, se produce un entrampamiento o recirculación del aire. Durante la noche, los cerros y las montañas producen flujos de vientos descendientes porque el aire es más frío en grandes elevaciones. Por lo general, los vientos descendientes son ligeros. Sin embargo, bajo condiciones correctas, se pueden producir vientos más rápidos. La turbulencia térmica en un terreno con montañas y valles también guarda relación con el tamaño, la forma y la orientación de los rasgos. Si bien no es posible explicar todas las combinaciones, se pueden presentar algunas generalidades. Las montañas y los valles se calientan de manera desigual debido al movimiento del sol en el cielo (figura 3-25). Por la mañana, el sol calienta e ilumina un lado de una montaña o valle. El otro lado todavía esta oscuro y frío. El aire se eleva sobre el lado iluminado y desciende sobre el oscuro. Al mediodía, “cae” sobre ambos lados y los calienta. Al final de la tarde, la situación es similar a la de la mañana. Después de la oscuridad, a medida que el aire se enfría debido al enfriamiento radial, el aire desciende al valle desde las colinas más altas.

En el caso de un valle, los vientos descendentes se pueden producir en las pendientes opuestas del valle, lo que determina que el aire frío y denso se acumule o deposite en el suelo. Este aire frío se puede descender hacia el valle y causar el movimiento del aire debido al drenaje de aire frío. Además, como el aire frío desciende al suelo del valle, el aire en altura se vuelve más cálido. Esto da lugar a una inversión de temperatura que restringe el transporte vertical de los contaminantes del aire

Además, los vientos de un valle están encadenados debido a su forma. Los vientos soplan predominantemente hacia la parte superior o hacia la parte baja del valle. Esto puede conducir a concentraciones altas de contaminantes del aire en el suelo debido a que la geometría del valle restringe las variaciones en la dirección del viento.El otro efecto del calentamiento se debe a las características del suelo. Las áreas cubiertas por árboles se calentarán menos que las pendientes rocosas o los terrenos llanos. Para interpretar el efecto producido en un terreno complejo es importante tener un conocimiento detallado de las áreas específicas que lo conforman.

Tierra/aguaLa tierra y el agua no sólo presentan superficies con accidentes de diferentes características, sino también distintas propiedades de calentamiento. Puede ser muy difícil predecir el flujo del aire y, por lo tanto, la dispersión y el transporte de las plumas en este caso.

La tierra y los objetos que se encuentran sobre ella se calentarán y enfriarán rápidamente; el agua lo hace lentamente. Las temperaturas del agua no varían mucho de un día a otro o de una semana a otra. Experimentan cambios estacionales, con un retraso máximo de 60 días.

mientras el sol brilla sobre la superficie acuática, se produce la evaporación y cierto calentamiento. La capa delgada del agua cercana al aire se enfría debido a la evaporación y se mezcla con la pequeña capa superficial calentada. Esta mezcla mantiene la temperatura del agua relativamente constante.

lo que hace que el aire adyacente se caliente, se haga menos denso y se eleve. El aire frío sobre el agua es atraído Tierra adentro. Es lo que se conoce como “brisa marina” (figura 3-28). Por la noche, el aire que está sobre la Tierra se enfría rápidamente debido al enfriamiento radial, que hace que la temperatura de la Tierra disminuya más rápidamente que la del cuerpo adyacente de agua. Esto crea un flujo de retorno llamado “brisa terrestre” (figura 3-29). Las velocidades del viento en una brisa terrestre son ligeras; mientras que las velocidades del viento en el mar pueden ser muy aceleradas. La presión diferencial sobre la tierra y el

agua causa las brisas marinas. Con estas (durante el día), la presión sobre la Tierra calentada es menor que la presión sobre el agua más fría. En cambio, con las brisas terrestres (durante la noche) ocurre lo contrario.

La superficie del agua es bastante sensible al flujo del aire. A medida que aumenta la velocidad del viento, la superficie del agua se altera y se forman olas. Cuando los vientos fuertes causan olas, la superficie del agua deja de ser tan calma como cuando había viento ligero. Sin embargo, el agua es aún más suave que la mayoría de los rasgos de la Tierra. Debido al cambio del agua – relativamente suave- a la accidentada tierra, el flujo del aire cambia de dirección con la creciente influencia friccional (mayor turbulencia). La magnitud del cambio de dirección depende de la del contraste de accidentes en la superficie.

Áreas urbanasLas áreas urbanas presentan accidentes adicionales y características térmicas diferentes debido a la presencia de elementos hechos por el hombre. La influencia térmica domina la de los componentes friccionales (figura 3-31). Materiales de construcción como el ladrillo y el concreto absorben y retienen el calor de manera más eficiente que el suelo y la vegetación de las áreas rurales. Cuando el sol se pone, el área urbana continúa irradiando calor desde los edificios, las superficies pavimentadas, etc. El aire que este complejo urbano calienta, asciende y crea un domo sobre la ciudad. Este fenómeno se llama efecto de la isla calórica. La ciudad emite calor durante toda la noche. Recién cuando el área urbana empieza a enfriarse, sale el sol y empieza a calentar el complejo urbano nuevamente. Por lo general, debido al continuo calentamiento, las áreas urbanas nunca recobran condiciones estables.

Los edificios, separados y en conjunto, alteran el flujo del aire: mientras más altos sean, más aire se distribuye. Además, las áreas públicas canalizan y dirigen el flujo de maneras intrincadas. Así como es imposible predecir detalles exactos sobre superficies con montañas y valles, se carece de una descripción exacta del flujo en las áreas urbanas.

Lección 4 Circulación vertical y estabilidad atmosférica

Principios relacionados con la circulación verticalPorción de aire

Esta porción, teóricamente infinitesimal, es un cuerpo nítido de aire (un número constante de moléculas) que actúa como un todo. Pero al ser independiente, no se mezcla fácilmente con el aire circundante. El intercambio de calor entre la porción de aire y sus alrededores es mínimo y su temperatura, generalmente uniforme. Una porción de aire es análoga al aire contenido en un globo.

Factores de flotabilidadLa temperatura y la presión atmosférica influyen en la flotabilidad de las porciones de aire. Mientras otras condiciones permanecen constantes, la temperatura del aire (un fluido) se eleva a medida que la presión atmosférica aumenta y decrece a medida que esta disminuye. En lo que respecta a la atmósfera, en la cual la presión del aire decrece con una altitud mayor, la temperatura normal de la troposfera disminuye con la altura.

Una porción de aire que se vuelve más cálida que el aire circundante (por la irradiación de calor de la superficie terrestre, por ejemplo), comienza a expandirse y enfriarse ya que la temperatura de la porción es mayor que el aire circundante, es también menos densa. Esto hace que la porción se eleve o flote. Al elevarse, también se expande, con lo cual disminuye su presión y, por lo tanto, también su temperatura. El enfriamiento inicial de una porción de aire produce el efecto contrario. Es decir, mientras que el aire cálido se eleva y enfría, el aire fríodesciende y se calienta. El grado en el que una porción de aire se eleva o desciende depende de larelación existente entre su temperatura y la del aire circundante. Mientras más alta sea la temperatura de la porción de aire, esta se elevará, mientras más fría, descenderá. Cuando la temperatura de la porción de aire y la del aire circundante son iguales, la porción no se elevará ni descenderá a menos que sea bajo la influencia del flujo del viento.

Gradiente vertical de temperaturaEl gradiente vertical de temperatura se define como el gradiente en el que la temperatura del aire cambia con la altura. El verdadero gradiente vertical de temperatura de la atmósfera es aproximadamente de 6 a 7 °C por km (en la troposfera) pero varía mucho según el lugar y la hora del día

El comportamiento de la atmósfera cuando el aire se desplaza erticalmente depende de la estabilidad atmosférica. Una atmósfera estable resiste la circulación vertical; el aire que se desplaza verticalmente en ella tiende a regresar a su posición inicial. Esta característica de la atmósfera le confiere la capacidad de dispersar los contaminantes emitidos al aire.

Gradiente adiabático secoUna porción de aire en su mayor parte no intercambia calor traspasando sus fronteras.

atmósfera. Cualquier cambio de temperatura producido en la porción de aire se debe a aumentos o disminuciones de la actividad molecular interna. Estas modificaciones se producen adiabáticamente y se deben sólo al cambio de la presión atmosférica provocado por el movimiento vertical de la porción de aire. Un proceso adiabático es aquel en el que no se produce transferencia de calor ni de masa a través de las fronteras de la porción de aire.

Una porción de aire seco que se eleva en la atmósfera se enfría en el gradiente adiabático seco de 9,8 °C/1.000 m y presenta un gradiente vertical de –9,8 °C/1.000 m. De manera similar, una porción de aire seco que se hunde en la atmósfera se calienta en el gradiente adiabático seco de 9,8 °C/1.000 m y presenta un gradiente vertical de 9,8 °C/1.000 m.

El gradiente vertical adiabático seco es fijo, totalmente independiente de la temperatura del aire ambiental. Siempre que una porción de aire seco ascienda en la atmósfera, se enfriará en el gradiente de 9,8 C/1.000 m, independientemente de cuál haya sido su temperatura inicial o la del aire circundante.

Un diagrama adiabático simple demuestra la relación entre la elevación y la temperatura.

Gradiente vertical adiabático húmedo

Al elevarse, una porción de aire seco que contiene vapor de agua seguirá enfriándose en el gradiente vertical adiabático seco hasta que alcance su temperatura de condensación o punto de rocío. En este punto, la presión del vapor de agua iguala a la del vapor de saturación del aire y una parte del vapor de agua se comienza a condensar. La condensación libera calor latente en la porción de aire y, por consiguiente, el gradiente de enfriamiento de la porción disminuye. A diferencia del gradiente vertical adiabático seco, no es constante pero depende de la temperatura y la presión. Sin embargo, en la mitad de la troposfera, se estima un gradiente aproximado de 6 a 7 °C/1.000 m.

Gradiente ambientalel verdadero perfil de la temperatura del aire ambiental muestra el gradiente vertical del ambiente. Este, algunas veces denominado gradiente vertical prevalente o atmosférico, es el resultadode complejas interacciones complejas producidas por factores meteorológicos y generalmente se considera que consiste en una disminución en la temperatura con la altura. Es particularmente importante para la circulación vertical, ya que la temperatura del aire circundante determina el grado en el que una porción de aire se eleva o desciende.el perfil de la temperatura puede variar considerablemente con la altitud; algunas veces puede alcanzar gradientes mayores que el adiabático seco y en otras ocasiones, menores. El fenómeno producido cuando la temperatura aumenta con la altitud se conoce como inversión de la temperatura.

Altura de mezclael punto en el que la porción de aire que se enfría en el gradiente vertical adiabático seco intersecta la “línea” perfil de la temperatura ambiental se conoce como altura de mezcla. Este es el nivel máximo al que la porción de aire puede ascender.

El aire que se encuentra debajo de la altura de mezcla conforma la capa de mezclado.

Estabilidad atmosférica

El grado de estabilidad atmosférica se determina a partir de la diferencia de temperatura entre una porción de aire y el aire circundante.

Este movimiento se caracteriza por cuatro condiciones básicas que describen la estabilidad general de la atmósfera. En condiciones estables, el movimiento vertical se inhibe, mientras que en condiciones inestables la porción de aire tiende a moverse continuamente hacia arriba o hacia abajo. Las condiciones neutrales no propician ni inhiben el movimiento del aire después del gradiente de calentamiento o enfriamiento adiabático. Cuando las condiciones son extremadamente estables, el aire frío cercano a la superficie es “entrampado” por una capa de aire cálido sobre este. Esta condición, denominada inversión, prácticamente impide la circulación vertical del aire.

Condiciones inestables

Recuerde que una porción de aire que empieza a elevarse se enfriará en el gradiente adiabático seco hasta que alcance su punto de rocío, en el que se enfriará en el gradiente adiabático húmedo. Esto supone que la atmósfera circundante tiene un gradiente vertical mayor que el gradiente vertical adiabático (con un enfriamiento a más de 9,8 °C/1.000 m), de modo que la porción que se eleva seguirá siendo más cálida que el aire circundante. Este es un gradiente superadiabático.

aumenta con la altura, al igual que la flotabilidad.

A medida que el aire se eleva, el aire más frío se mueve por debajo. La superficie terrestre puede hacer que se caliente y empiece a elevarse nuevamente. Bajo estas condiciones, la circulación vertical en ambas direcciones aumenta y se produce una mezcla vertical considerable. El grado de inestabilidad depende de la importancia de las diferencias entre los gradientes verticales ambientales y los adiabáticos secos.

Las condiciones inestables más comunes se producen durante los días soleados con vientos de bajas velocidades y fuerte insolación.

Otra condición que puede conducir a la inestabilidad atmosférica es la producción de ciclones (sistema de presión baja), caracterizados por aire ascendente, nubes y precipitación.Condiciones neutralesCuando el gradiente vertical de la temperatura del ambiente es el mismo que el gradiente vertical adiabático seco, la atmósfera se encuentra en estabilidad neutral

La condición neutral es importante porque constituye el límite entre las condiciones estables y las inestables. Se produce durante los días con

viento o cuando una capa de nubes impide el calentamiento o enfriamiento fuerte de la superficie terrestre.

Condiciones establesCuando el gradiente vertical ambiental es menor que el gradiente vertical adiabático (se enfría a menos de 9,8 °C/1.000 m), el aire es estable y resiste la circulación vertical. Este es un gradiente vertical subadiabático. El aire que se eleva verticalmente permanecerá más frío y, por lo tanto, más denso que el aire circundante.

Las condiciones estables se producen durante la noche, cuando el viento es escaso o nulo.

Estabilidad e inestabilidad condicional

La inestabilidad condicional se produce cuando el gradiente vertical ambiental es mayor que el gradiente vertical adiabático húmedo pero menor que el gradiente seco. La figura 4-11 ilustra esta situación. Las condiciones estables se producen hasta el nivel de condensación y las inestables, sobre este.

InversionesUna inversión se produce cuando la temperatura del aire aumenta con la altura. Esta situación es muy común pero generalmente está confinada a una capa relativamente superficial.

Por lo general, las altas concentraciones de contaminantes del aire están relacionadas con las inversiones ya que estas inhiben la dispersión de las plumas. Los cuatro tipos de inversión principales se deben a diversas interacciones atmosféricas y presentan diferentes períodos de duración.

Inversión por radiaciónLa inversión por radiación es el tipo más común de inversión superficial y se produce con el enfriamiento acelerado de la superficie terrestre. A medida que la Tierra se enfría, la capa de aire cercana a la superficie también lo hace. Si este aire se enfría a una temperatura menor que la del aire de la capa superior, se vuelve muy estable y la capa de aire cálido impide cualquier movimiento vertical.

generalmente se producen desde las horas finales de la tarde hasta las primeras de la mañana, con el cielo despejado y vientos calmados, cuando el efecto de enfriamiento es mayor.

Los ciclos de inestabilidad a lo largo del día e inversiones durante la noche son relativamente comunes.

Sin embargo, en algunos casos el calentamiento diario que sigue a una inversión nocturna por radiación puede no ser lo suficientemente fuerte para disminuir la capa de inversión.En condiciones adecuadas, pueden generarse varios días de inversión por radiación con altas concentraciones de contaminantes.

En los lugares donde las inversiones por radiación son comunes y tienden a estar relativamente cerca de la superficie, las chimeneas altas que emiten contaminantes sobre la capa de inversión pueden ayudar a reducir las concentraciones de estas sustancias en el nivel superficial.Inversión por subsidencia

generalmente está asociada con los anticiclones (sistemas de alta presión).

Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia se eleva a cientos de metros sobre la superficie. Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia generalmente desciende, quizás hasta llegar al suelo, debido al enfriamiento del aire superficial.

A diferencia de las que se producen por radiación, las inversiones por subsidencia tienen una duración relativamente larga. Esto se debe a su relación tanto con los anticiclones semipermanentes centrados en cada océano como con los anticiclones migratorios de movimiento lento.

Inversión frontal

La fuerza de la inversión depende de la diferencia de temperatura entre las dos masas de aire. Como los frentes se mueven horizontalmente, los efectos de la inversión generalmente duran poco y la falta de movimiento vertical suele compensarse con los vientos relacionados con el paso frontal.

Inversiones por advecciónLas inversiones por advección están relacionadas con el flujo horizontal del aire cálido. Cuando este se mueve sobre una superficie fría, los procesos de conducción y convección enfrían el aire más cercano a la superficie y conducen a una inversión basada en la superficie (figura 4-17). Este tipo de inversión es más común durante el invierno,Otro tipo de inversión por advección se produce cuando el aire cálido es impulsado sobre la parte superior de una capa de aire frío.

Estabilidad y comportamiento de la plumaEl grado de estabilidad atmosférica y la altura de mezcla resultante tienen un importante efecto en las concentraciones de contaminantes en el aire ambiental.

La combinación de los movimientos verticales y horizontales del aire influye en el comportamiento de las plumas de fuentes puntuales (chimeneas).

La pluma de espiral de la figura 4-19 se produce en condiciones muy inestables debido a la turbulencia causada por el acelerado giro del aire. Mientras las condiciones inestables generalmente son favorables para la dispersión de los contaminantes, algunas veces se pueden producir altas concentraciones momentáneas en el nivel del suelo si los espirales de la pluma se mueven hacia la superficie.

La pluma de abanico (figura 4-20) se produce en condiciones estables. El gradiente de inversión inhibe el movimiento vertical sin impedir el horizontal y la pluma se puede extender por varios kilómetros a sotavento de la fuente. Las plumas de abanico ocurren con frecuencia en las primeras horas de la mañana durante una inversión por radiación.

La pluma de cono (figura 4-21) es característica de las condiciones neutrales o ligeramente estables. Este tipo de plumas tiene mayor probabilidad de producirse en días nubosos o soleados, entre la interrupción de una inversión por radiación y el desarrollo de condiciones diurnas inestables.

Obviamente, un problema importante para la dispersión de los contaminantes es la presencia de una capa de inversión, que actúa como una barrera para la mezcla vertical.

Cuando las condiciones son inestables sobre una inversión (figura 4-22), la descarga de una pluma sobre esta da lugar a una dispersión efectiva sin concentraciones notorias en el nivel del suelo alrededor de la fuente. Esta condición se conoce como flotación.

Si la pluma se libera justo debajo de una capa de inversión, es probable que se desarrolle una grave situación de contaminación del aire.

Cuando la inestabilidad alcanza el nivel de la pluma entrampada bajo la capa de inversión, los contaminantes se pueden transportar rápidamente hacia abajo hasta llegar al suelo (figura 4-23). Este fenómeno se conoce como fumigación. Las concentraciones de contaminantes en el nivel del suelo pueden ser muy altas cuando se

produce la fumigación. Esta se puede prevenir si las chimeneas son suficientemente altas.

Lección 6 LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE

Contaminantes físicos

El ruidoRadiaciones ionizantesRadiaciones electromagnéticas no ionizantesContaminación lumínica

Contaminantes químicos

Emisiones: es la cantidad de contaminantes vertidos a la atmosfera en un periodo determinado desde un foco, mientras que la inmisión es la concentración de los contaminantes a nivel del suelo. Hoy se emplea más el término “calidad de aire ambiente”. La inmisión vendrá determinada por la diferencia entre los emitidos y producidos en la misma y los que se eliminan a través de los productos de autodepuración por deposición, precipitación y absorción por el suelo, el agua y la vegetación.Los movimientos están determinados por:Las condiciones climatológicas del lugar.Los vientos dominantes

La orografíaY por condiciones locales como:Inversión térmica en los valles.Las brisas marinas.Las islas térmicas que son las grandes ciudades

Contaminantes primarios

Principales contaminantes primariosLas principales de estas, y sus abreviaturas o formulas respectivas son: • Partículas suspendidas (PS)• Bióxido de azufre (SO2)• Bióxido de carbono (CO2)• Monóxido de carbono (CO)• Bióxido de nitrógeno (NO2)

• Monóxido de nitrógeno (NO)• Hidrocarburos (HC) • Clorofluorocarbonos (CFC) • Metales pesados • Otras (plaguicidas, cetonas, ácidos, etc.)

Partículas suspendidas (PS)Además de los contaminantes gaseosos, en el aire puede haber partículas sólidas y liquidas, ya sea suspendidas o dispersas. A ellas se debe el aspecto brumoso del aire contaminado. Las partículas pueden ser solidas o liquidas, orgánicas o inorgánicas, y se estudian de acuerdo con su tamaño, el cual está relacionado con la capacidad de las partículas para sedimentar.

Partículas sólidas: se llama así a todos los sólidos suspendidos en el aire que tienen un diámetro de 0.005 hasta 200 micras.Partículas líquidas: se encuentran presentes como suspensiones coloides en las que la fase dispersante –en este caso el aire- es gaseosa y la fase dispersa es un líquido.

Óxidos de azufreDióxido de carbonoMonóxido de carbonoÓxidos de nitrógenoHidrocarburosPueden ser de tres clases: • De cadena abierta, o alifáticos• De cadena cerrada, o alicíclicos • Con por lo menos un anillo de seis átomos de carbono con ligaduras dobles y sencillas alternadas, o aromáticos.

Metales pesadosArsénico (As), Cadmio (Cd), Mercurio (Hg), Níquel (Ni) y Plomo (Pb). Pueden causar graves daños a la salud fisiológicos y psiquiátricos.

Efectos adversos de los contaminantes Partículas Suspendidas (PS)Los daños que estas partículas pueden provocar en el ser humano dependen de: • Su naturaleza • Sus características fisicoquímicas. • Su volumen en el aire• Su distribución • La proporción de sus distintas fracciones • La presencia simultánea de otros contaminantes con los que puede haber sinergismo.

Bióxido de azufreMonóxido de carbonoÓxidos de nitrógeno Hidrocarburos

Principales contaminantes secundarios

Los contaminantes secundarios se forman por las reacciones entre los contaminantes primarios, catalizadas por la luz ultravioleta que proviene del sol.Entre los más importantes están:• El ácido sulfúrico y el ácido nítrico, principales constituyentes de la “lluvia acida”. • Los compuestos oxidantes que constituyen el llamado neblumo fotoquímico o “smog”, entre los que destaca el ozono troposférico.

Ozono troposféricoEl ozono (O3) es una molécula compuesta por tres átomos de oxigeno que se genera en el ambiente como resultado de diversas reacciones fotoquímicas en las que participan el bióxido de nitrógeno, el oxígeno y la luz ultravioleta (luz UV).

Neblumo fotoquímicoes una mezcla de sustancias altamente toxicas para el ambiente y la salud humana y se forma como resultado de un conjunto de reacciones químicas en las que la ruptura de NO2 para dar NO y es el paso inicial más importante. Es una mezcla de sustancias químicas toxicas, se caracteriza por verse como una bruma que reduce la visibilidad y por estar formado de sustancias muy oxidantes que irritan las mucosas. Para que se forme el neblumo fotoquímico es necesario que haya óxido de nitrógeno (NO), luz solar, hidrocarburos procedentes de la combustión de la gasolina y el petróleo y temperatura superiores a 18 °C.

Algunas de estas reacciones producen aldehídos, otras forman radicales acilo yperoxiacilo, los que son muy reactivos y, a su vez, reaccionan para dar otros productos, como los nitratos de peroxiacilo. De estos últimos, el más conocido es el nitrato de peroxiacetilo, o PAN

Efectos adversos de los contaminantes secundarios Ozono

La exposición al ozono se ha asociado con diferentes síntomas. Los másfrecuentes son irritación ocular, irritación de las mucosas nasal y oro-faríngea, tos,dificultad para la respiración profunda, dolor subesternal, opresión en el pecho,astenia, nausea y cefalea. A concentraciones entre 0.12 y 0.20 ppm de ozono,disminuye la función respiratoria en los niños, aunque esta disminución esreversible, las crisis de los asmáticos se exacerban y estos cuadros se hacenrebeldes al tratamiento

Neblumo fotoquímicoEl sistema mas afectado por el neblumo fotoquímico es casi siempre el respiratorioy, en este, el punto más afectado dependerá del agente, ya que las sustanciascomo el formaldehido se absorben en las vías superiores, mientras que las menospolares no se absorben de inmediato, por lo que pueden llegar hasta el pulmón ycausar daño allí, tal como ocurre con el ozono y el dióxido de nitrógeno.

Contaminantes biológicos Esporas de microorganismos.Heces de ácaros del polvo que producen alergias.Polen: Generado principalmente por plantas anemógamas: Olivo, gramíneas, cupresáceas, urticáceas. Producen alergias.

Factores que influyen en la dispersión de los contaminantes.

Algunas de estas circunstancias particulares LOCALES: Inversiones térmicas. Uno de los fenómenos que contribuyen a agravar el problema de contaminación atmosférica en los lugares en que esta existe es la inversión térmica. Este fenómeno climático es totalmente NATURAL y es el resultado del intercambio de energía calorífica entre la corteza terrestre y las capas de aire de la atmosfera. Desafortunadamente, este proceso que en condiciones normales no presenta ningún peligro para la vida, impide la dispersión de los contaminantes atmosféricos, por lo que las consecuencias adversas de estos para la salud y el ambiente en general aumentan cuando una inversión térmica ocurre en presencia de dichos contaminantes.

Efectos de la contaminación atmosféricaFENOMENOS A ESCALA REGIONAL. La lluvia ácida.Se considera que el agua de lluvia es “acida” cuando su pH es inferior a 5.0, ya que algunas fuentes naturales, como la descomposición de la materia orgánica pueden emitir ácidos orgánicos, compuestos de azufre y nitrógeno, que causan que el pH de la lluvia no contaminada este más cercano a un pH de 5 que a uno de 5.6. No son raros los valores de pH entre 4 y 4.5 y, en casos aislados, se han registrado lluvias y neblinas con valores de pH inferiores a 2.

Precursores de las precipitaciones acidas.En las zonas industrializadas, los precursores primarios de la lluvia acida son elbióxido de azufre (SO2) y óxido de nitrógeno (NO )

La lluvia acida se produce cuando estos gases son oxidados en la atmosfera y reaccionan con el agua de lluvia formando los ácidos respectivos. El SO genera los ácidos sulfuroso (H2SO3 ) y sulfúrico (H2SO4); de la misma forma, el NO forma los ácidos nitroso (HNO2 ) y nítrico (HNO3)

Dióxido de azufreEl dióxido de azufre (SO2 ) es oxidado a trióxido de azufre (SO ) y este, al reaccionar con el agua, forma ácido sulfúrico (H2SO4).

Óxidos de nitrógeno

Este fenómeno está ligado con la generación de neblumo fotoquímico y la formación de HNO3 es una forma en la que el NO sale de la atmosfera.

Procesos químicos de las precipitaciones acidas

El mecanismo químico que siguen las precipitaciones comienza con la formaciónde las gotas de agua en presencia de bióxido de carbono y otros compuestos, loscuales determinan el pH inicial del agua de lluvia. Como resultado del equilibrioque se establece entre las gotas de agua y el CO de la troposfera (concentraciónde 350 partes por millón en volumen, ppmv) el agua de lluvia no contaminadatiene un pH de 5.6. Esta reacción produce acido carbónico (H2CO) que es unácido débil.

El NO2 y el SO2 son arrastrados por el agua de lluvia como HNO3 , H;el HNO3

y H2 SO4 son ácidos fuertes, mientras que el H2 SO es relativamente débil. Debido a que el HNO3 , SO2 y SO3 SO3 y H son tan solubles en agua como el CO,una concentración baja de estos gases ácidos tiene un gran efecto sobre el pH delagua de lluvia. El SO2 es más soluble en agua que el CO2 y genera H que es un ácido más fuerte que el H2 CO3. SOEn consecuencia, una pequeña cantidad de SO4 SO2(g) tiene mayor influencia sobre el pH del agua de lluvia que el CO aunque este se encuentra en mayor cantidad en la atmosfera. Los procesos químicos de la acidificación del agua de lluvia por el dióxido de azufre son muy complicados, porque el azufre se puede depositar en diferentes formas entre ellas: • En forma acuosa (precipitación húmeda)• Asociado con las partículas (precipitación seca), en cuyo caso el azufre se deposita como iones sulfito (HSO3) o sulfatos (SO)• Como ácidos libres (H2SO3 y H2SO4).

EFECTOS DE LA LLUVIA ACIDAEfectos directos sobre la saludAguas superficiales Los efectos de la lluvia acida son mayores encuerpos de agua con poca capacidad de neutralización o baja alcalinidad.

Durante los episodios de acidificación de los cuerpos de agua, el efecto inmediato puede ser amortiguado por su contenido de carbonatos, bicarbonatos y otros compuestos básicos (provenientes del desgaste de las rocas calizas), los cualesneutralizan la acidez del agua de lluvia:

La lluvia acida también provoca cambios en la composición química del agua, cambios en el pH y los constituyentes del agua, demostró que las concentracionesde los iones fierro, manganeso, plomo, zinc y aluminio tienden a ser más altascuando el pH disminuye.

Vida acuática. La precipitación acida en los ecosistemas acuáticos puedeocasionar el desplazamiento de las especies más sensibles por aquellas que soncapaces de sobrevivir a la acidificación.

Las primeras víctimas de la acidificación son las especies de Fito y zooplancton,crustáceos, moluscos, peces pequeños y especies sensibles de insectos, loscuales no resisten la acidificación.

Ecosistemas forestales Los efectos de esta acidez sobre la vegetaciónse manifiestan en algunas especies forestales cuando disminuye su capacidadpara resistir el frio invernal y entre ellos se encuentran perdida de follaje, reducciónen el crecimiento y mortalidad.FloraLos óxidos de azufre también pueden inhibir el crecimiento de las plantas e,inclusive, ser letales para algunas. Cuando estas están expuestas duranteperiodos prolongados a concentraciones sub-letales de bióxido de azufre, este lesprovoca necrosis intervenal, y el follaje muere y se seca. La mayor parte de estosdaños se observan a partir de concentraciones del contaminante de 0.3 a 0.5 ppm.

Fauna Cuando el suelo se vuelve acido, las plantas acumulan mayores cantidades demetales pesados, los cuales son ingeridos por los herbívoros.

Suelos Cualquier cambio (incremento o decremento) en la acidez natural del suelo rompe el ciclo normal y, en ocasiones, provoca la muerte de las plantas. En general, laprecipitación acida puede provocar el fenómeno de lixiviación con la perdida de losiones: calcio (Ca++), magnesio (Mg++), potasio (K+), manganeso (Mn), fosforo

PROBLEMAS A ESCALA GLOBAL. Efecto de InvernaderoIMPACTOS NEGATIVOS DEL EFECTO INVERNADERO Cambios en el climaVolumen de los océanos

Efectos sobre los ecosistemas Un aumento en el volumen de los mares ocasionaría la salinización de enormesextensiones de tierra cultivable y la inundación periódica de las regiones habitadasde las costas, con consecuencias desastrosas para la económica y la organizaciónsocial.

Efectos sobre la saludpor vectores que soncaracterísticos de ambientes cálidos, como las enfermedades parasitarias, elpaludismo, la tripanosomiasis, el dengue, las gastroenteritis, y otras que, engeneral, se han limitado a lagunas zonas del mundo, o prácticamente ya noexisten. Destrucción de la capa de ozonoLa aviación supersónica.La emisión de CFC

Indicadores biológicos para medir la calidad del aireLos líquenesLas plantas

CAPITULO III: EMISIONES CONTAMINANTES

CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Contaminantes primarios.- Aquellos procedentes directamente de las fuentes deemisión. Los emite una fuente identificablePara fines de evaluación de la calidad del aire se consideran: óxidos de azufre, monóxido decarbono, óxido de nitrógeno, hidrocarburos y partículas.• compuestos de azufre (SO2, H2S)• compuestos de nitrógeno (NO, NH3)• compuestos de carbono (hidrocarburos HC, CO)• compuestos de halógeno (halocarbonos, fluorocarbonos, etc.)Que son emitidos en su mayor parte por los automóviles

Contaminantes secundarios.- Aquellos originados en el aire por interacción entre dos omás contaminantes primarios, o por sus reacciones con los constituyentes normales del aire.Son los que han estado sujetos a cambios químicos, o bien, son el producto de la reacción de

dos o más contaminantes primarios en la atmósfera. Entre ellos destacan oxidantesfotoquímicos y algunos radicales de corta existencia como el ozono (O3).

CONTAMINANTES CRITERIO

Son los que más frecuentemente se encuentran en el aire contaminado y por consiguiente losprincipales responsables de efectos perjudiciales para la salud y el bienestar de las personas.Los primeros episodios de contaminación del aire eran detectables fácilmente por medio de lossentidos, sin ayudas o instrumentos especiales.

Óxidos de carbono

Incluyen el dióxido de carbono (CO) y el monóxido de carbono (CO). Los dos son contaminantes primarios.

Dióxido de carbono (CO2

) o Es un gas sin color, olor ni sabor que se encuentra presente en la Atmósfera de formanatural. No es tóxico. o Desempeña un importante papel en el ciclo del carbono en la naturaleza y enormescantidades, del orden de 1012

toneladas, pasan por el ciclo natural del carbono, en elproceso de fotosíntesis. o No deberíamos considerarlo una substancia que contamina, pero se dan doscircunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad: Es un gas que produce un importante efecto de atrapamiento del calor, el llamado

efecto invernadero; y Su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de loscombustibles fósiles (carbón y petróleo) y de grandes extensiones de bosques. Por estos motivos es uno de los gases que más influye en el importante problema ambientaldel calentamiento global del planeta y el consiguiente cambio climático del planeta.

Monóxido de carbono (CO) o Es un gas no irritante, incoloro, inodoro, insípido y tóxico. Es un contaminanteprimario. o Se produce por la combustión de materia orgánica como la madera, el carbón o elpetróleo. o Es un contaminante típico de zonas urbanas directamente relacionado con el parqueautomotor y la densidad del tráfico.

Óxidos de nitrógeno Incluyen el óxido nítrico (NO), el dióxido de nitrógeno (NO2

) y el óxido nitroso (NO). El óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO) se suelen considerar en conjunto con ladenominación de NOx2

. Son contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemasde contaminación. Los óxidos de nitrógeno (NO) son importantes contribuyentes potenciales de fenómenosnocivos como la lluvia ácida y la eutroficación en las zonas costeras. Tiene una grantrascendencia en la formación del smog fotoquímico, del nitrato de peroxiacetilo (PAN) einfluye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto troposférico comoestratosférico. Son gases tóxicos que se producen durante los incendios o por la combustión delas gasolinas oxigenadas a altas temperaturas.

Dióxido de nitrógeno (NO2) o Es producido por las bacterias, a partir de los fertilizantes nitrogenados artificiales con los que se abonan los cultivos. o Es un gas incoloro (en grandes concentraciones es café pardo). o Puede irritar los pulmones y predispone ya que abate la resistencia del organismo para contraer diferentes infecciones respiratorias, como la gripa y la influenza. o En presencia de agua incide en la formación de lluvia ácida y de material particulado en suspensión.o Se produce naturalmente en incendios forestales y de pastizales, erupciones volcánicas, etc. Las fuentes más comunes son los motores a combustión y la quema de combustibles fósiles.

Oxido nítrico (NO)o Es el emitido en más cantidad, pero sufre una rápida oxidación a NO , siendo este elque predomina en la atmósfera.

Otros o Algunos otros gases como el amoniaco (NH3) son contaminantes primarioso Normalmente sus bajos niveles de emisión hacen que no alcancen concentraciones dañinas. o Se origina casi exclusivamente en el sector agrícola y ganadero.

Óxidos de azufre Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO). Los óxidos de azufre sólotienen un período de residencia de 3 ó 4 días en la atmósfera, sin embargo, sus efectoscontaminantes son muy importantes.

Dióxido de azufre (SO2) o Es un gas denso inodoro e incoloro cuando se encuentra en bajas concentraciones, pero tiene un color ocre en concentraciones altas, con olor fuerte e irritante (a azufrequemado) y sabor ácido picante, o Es muy tóxico y no inflamable. o Es un agente muy reductor y soluble en agua.

Trióxido de azufre (SO3) Contaminante secundario que se forma cuando el SO 2 reacciona con el oxígeno en laatmósfera. Posteriormente este gas reacciona con el agua formando ácido sulfúrico conlo que contribuye de forma muy importante a la lluvia ácida Produce daños importantes en la salud, la reproducción de peces y anfibios, lacorrosión de metales y la destrucción de monumentos y construcciones de piedra. Es un agente deshidratante poderosísimo, se obtiene por oxidación del anhídridosulfuroso, SO2

. Por calentamiento de ácido sulfúrico se desprende SO3 . El anhídridosulfúrico cristaliza en agujas prismáticas, tiene un punto normal de fusión de 16.8ºC yun punto normal de ebullición de 44.88ºC

Otros o Algunos otros gases como el sulfuro de dihidrógeno (HS) son contaminantesprimarios, pero normalmente sus bajos niveles de emisión hacen que no alcancenconcentraciones dañinas.

Compuestos orgánicos volátiles

o Son todas las sustancias orgánicas (por ejemplo, hidrocarburos, aldehídos, alcoholes,compuestos orgánicos nitrogenados y azufrados, etc.) o Este grupo incluye diferentes compuestos como el metano CH4 , otros hidrocarburos,

los clorofluorocarburos (CFC) y otros.

Metano (CH4) o Es un contaminante primario. o Incrementa la formación del efecto invernadero, más que el dióxido de carbono, aunque este último gas se emite en mucho mayores cantidades que el metano.o Es el más abundante y más importante de los hidrocarburos atmosféricos. o Se produce por los procesos de descomposición anaerobia (sin aire) en algunos cultivos (de arroz), así como por la digestión intestinal del ganado y las reacciones deputrefacción. o También se desprende del gas natural, del que es un componente mayoritario y enalgunas combustiones.

Hidrocarburos volátiles (HC’s) o Incluyen a los compuestos orgánicos, disolventes clorados y no clorados, gas natural ygasolinas entre otros. o Son emitidos principalmente a la atmósfera a partir de procesos industriales (químicos,petroquímicos, etc.) y actividades en las que se emplean disolventes orgánicos: pinturay emisión residual en la combustión de gasolinas

Otros hidrocarburos o En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmenteprocedentes de fenómenos naturales, pero también originados por actividadeshumanas, sobre todo las relacionadas con la extracción, el refino y el uso del petróleo ysus derivados. o Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos no parece que causen ningún daño,pero otros, en los lugares en los que están en concentraciones especialmente altas,afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer. o Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el "smog" fotoquímico.

Clorofluorocarburos o clorofluorocarbonos (CFC's)o Son los principales responsables de la destrucción de la capa de ozono en las capas altas de la atmósfera y contribuyen al efecto invernadero.o Son compuestos que no existen de manera natural en la atmósfera, sino que son producto de la actividad humana. o Están constituidos por cloro, flúor y carbono, son emitidos a la atmósfera como consecuencia de su uso en aerosoles, espumas plásticas, refrigerantes y en la industriamicroelectrónica. o Se descomponen en presencia de radiación ultravioleta proveniente del Sol a una alturasuperior a 40 km. El cloro liberado de esta descomposición reacciona con el ozonooriginando monóxido de cloro (ClO), que puede reaccionar tanto con átomos deoxígeno, como con monóxido de nitrógeno. Después de la reacción, el átomo de cloro queda nuevamente libre e inicia otro ciclo de destrucción de ozono. o Cálculos recientes muestran que un átomo de cloro en la estratosfera puede destruirhasta cien mil moléculas de ozono, antes de desaparecer por condensación en forma de

lluvia ácida o algún otro proceso.

Oxidantes Este grupo de compuestos actúan como oxidantes en la atmósfera, y son: Ozono (O3) Ozono estratosférico Ozono troposférico

Ozono (O3) o Es una molécula formada por tres átomos de oxígeno y es una forma alotrópica del oxígeno, es un gas de color azul pálido y al licuarse forma un líquido azul oscuro. o Químicamente es muy activo, es un oxidante muy fuerte por lo que se usa comogermicida y esterilizante

Ozono estratosférico o El que está en la estratosfera (de 10 a 50 km.) es imprescindible para que la vida semantenga en la superficie del planeta, porque el ozono ayuda a conservar la vida de 2 maneras: 1) al absorber las letales radiaciones ultravioleta que nos llegan del sol2) al contribuir a mantener el equilibrio térmico de la atmósfera. o El ozono absorbe las radiaciones ultravioleta de 300 nanómetros de longitud de ondala cual es mortífera para los seres vivos. Los rayos ultravioleta tipo B de 280 a 320nanómetros producen mutaciones genéticas en el ADN (ácido desoxirribonucleico) loque propicia el cáncer de piel, melanoma y cataratas, y disminuye el proceso defotosíntesis de las plantas y por lo tanto la producción de alimentos. o Se calcula que hay 12 ppm de ozono en la atmósfera lo que indica que debemos evitardestruirlo.

Ozono troposférico o El ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de la Tierra, es unimportante contaminante secundario. o Es el principal y más dañino componente del smog del smog fotoquímico.o Causa daños importantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles. o En algunos países (mediterráneos), durante el verano se dan condiciones meteorológicas favorables para la formación de ozono: altas temperaturas, cielosdespejados, elevada insolación y vientos bajos. o Su fuente principal como contaminante en las grandes ciudades industriales provienede la mezcla de gases como óxidos de nitrógeno e hidrocarburos (precursores) que reaccionan en presencia de luz. o La inhalación del ozono presente en el smog fotoquímico ocasiona tos, dificultad para respirar, irritación en la nariz y la garganta, aumenta las molestias y agrava lasenfermedades crónicas como el asma, bronquitis, enfisema (es incurable y reduce la

capacidad de los pulmones para transferir oxígeno a la sangre) y trastornos cardiacos. o Para los trabajadores industriales sanos la concentración máxima permisible de ozonoes de 0.1 ppm en una jornada de 8h. Concentraciones entre 10 y 20 ppm pueden serfatales. o En algunos casos puede potenciar el efecto nocivo de otros contaminantes.

El ozono troposférico se puede producir por descargas eléctricas (producciónprimaria), por oxidación de CO y CH y por difusión desde la estratosfera. o Se crea de las reacciones de la luz solar con los óxidos de nitrógeno y dióxido de 4

azufre que contaminan la atmósfera, generalmente en zonas donde la temperaturaambiente, la radiación solar y el tránsito vehicular facilitan las reacciones para laformación de ozono.

Partículas y aerosoles En la atmósfera permanecen suspendidas substancias muy distintas como partículas de polvo,polen, hollín (carbón), metales (plomo, cadmio), asbesto, sales, pequeñas gotas de ácidosulfúrico, dioxinas, pesticidas, etc.Definiéndose como:Aerosol se refiere a los materiales muy pequeños, sólidos o líquidos. Partículas se suele llamar a los sólidos que forman parte del aerosolPolvo se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco mayor (de 20 micras omás).

artículas o Contaminante del aire sujeto a criterios de control (incluye sólidos y líquidos)o El tamaño de una partícula, suponiéndola esférica, está relacionado con su diámetro y se clasifican en:1) inhalables (o partículas de materia inhalable, PM), cuyo diámetro es menor a 10 micras.2) ordinarias, con diámetro mayor a 2.5 micras y 3) finas (o partículas respirables), cuyo diámetro es menor a 2.5 micras. 10

o Las nubes de partículas pueden permanecer en la atmósfera y ser transportadas por losvientos, a lugares lejanos de su emisión. Su densidad puede impedir la penetración de los rayos solares, influyendo de estaforma tanto en la luminosidad a nivel del suelo, como en la disminución drástica de latemperatura de vastas regiones. Efectos que influyen directamente en el clima y en eldesarrollo de la flora y la fauna. o Según su tamaño pueden permanecer suspendidas en la atmósfera desde uno o dosdías, las de 10 micrómetros o más, hasta varios días o semanas, las más pequeñas. o Algunas de estas partículas son especialmente tóxicas para los humanos y, en lapráctica, los principales riesgos para la salud humana por la contaminación del aireprovienen de este tipo de polución, especialmente abundante en las ciudades.

Las partículas emitidas directamente por fuentes contaminantes se denominan primarias y son: partículas entre 0.1 y 2.5 micras, provenientes de procesos naturales como incendiosforestales y procesos de combustión industrial.

partículas de materiales carbonosos incluyendo carbono elemental y compuestosorgánicos. partículas emitidas por los automotores, principalmente en forma de sulfatos y óxidosde nitrógeno, carbono y azufre. partículas con metales ligeros (sodio, magnesio, aluminio, silicio, potasio y calcio). partículas con metales pesados (titanio, vanadio, cromo, manganeso, hierro, níquel,cobre, zinc, plomo, cadmio, arsénico y selenio). partículas grandes (polvo transportado por el viento). partículas emitidas a partir de actividades industriales. partículas de polen, microorganismos e insectos.

Las fuentes de partículas son: incendios forestales o de pastizales. emisiones antropogénicas, provenientes de la combustión de combustible, de basura yde actividades industriales. suspensión del polvo por la acción del viento o vehículos. erupciones volcánicas. fuentes extraterrestres que sólo afectan levemente las concentraciones en la capaplanetaria límite, pero contribuyen a las concentraciones de polvo extraterrestreencontradas arriba de los 30-40 km de altura. emisiones de la sal del océano generadas por los rompimientos de las olas, la accióndel viento en las crestas de las olas o burbujas de espuma rompiéndose en la superficiedel agua.

Formación: Las partículas que se obtienen a partir de reacciones químicas en la atmósfera se denominansecundarias. Los principales procesos de producción de este tipo de partículas son: la transformación de SO la transformación de NO2 2

en sulfatos, SO en nitratos, NO la transformación de componentes orgánicos en partículas orgánicas.

Aerosoles primarios Son los aerosoles emitidos a la atmósfera directamente desde la superficie del planeta.Proceden principalmente, de los volcanes, la superficie oceánica, los incendios forestales,polvo del suelo, origen biológico (polen, hongos y bacterias) y actividades humanas.

Aerosoles secundarios o Son los aerosoles que se forman en la atmósfera por diversas reacciones químicas que afectan a gases, otros aerosoles, humedad, etc. Suelen crecer rápidamente a partir de un núcleo inicial. o Entre los más abundantes están los iones sulfato alrededor de la mitad de los cuales tienen su origen en emisiones producidas por la actividad humana. o Otro componente importante de la fracción de aerosoles secundarios son los iones nitrato.

Los aerosoles pueden influir sobre el clima de dos maneras: 1) Pueden producir calentamiento al absorber radiación o2) Pueden provocar enfriamiento al reflejar parte de la radiación que incide en la atmósfera.

Substancias radiactivas o Son los Isótopos radiactivos como el radón 222, yodo 131, cesio 137 y cesio 134,estroncio 90, plutonio 239, etc. o Son emitidos a la atmósfera como gases o partículas en suspensión. o Normalmente se encuentran en concentraciones bajas que no suponen peligro, salvo que en algunas zonas se concentren de forma especial. o El problema con estas substancias está en los graves daños que pueden provocar. En concentraciones relativamente altas (siempre muy bajas en valor absoluto) pueden, provocar cáncer, afectar a la reproducción en las personas humanas y el resto de losseres vivos dañando a las futuras generaciones, etc.

Calor o El calor producido por la actividad humana en algunas aglomeraciones urbanas llega a ser un elemento de cierta importancia en la atmósfera de estos lugares. o Por esto se considera una forma de contaminación aunque no en el mismo sentido, lógicamente, que el ozono o el monóxido de carbono o cualquier otro de loscontaminantes estudiados. o Su influencia puede ser importante en la génesis de los contaminantes secundarios o Las combustiones domésticas y las industriales, seguidas del transporte y las centrales de energía son las principales fuentes de calor.o La falta de vegetación en las ciudades y el exceso de superficies pavimentadas, entre otros factores, agravan el problema.

Contaminación electromagnética Un tipo de contaminación física sobre el que cada vez se está hablando más es elelectromagnético. Dispositivos eléctricos tan habituales como las líneas de alta tensión yalgunos electrodomésticos originan campos electromagnéticos. o Experimentalmente se ha comprobado que el electromagnetismo altera el metabolismocelular, por lo que se supone que también podría dañar la salud humana (mayores

riesgos de leucemia o cáncer cerebral, etc.), aunque esto no está comprobado (se sigueinvestigando).

FUENTES DE CONTAMINACIÓN

Los contaminantes pueden ser causados por diferentes fuentes como: 1. Procesos industriales: que a pesar de ciertas medidas preventivas constituyen uno delos principales focos contaminantes. 2. Combustiones domésticas e industriales: principalmente los combustibles sólidos(carbón) que producen humos, polvo y óxido de azufre. 3. Vehículos de motor: cuya densidad en las regiones muy urbanizadas determina unaelevada contaminación atmosférica (óxido de carbono, plomo, óxido de nitrógeno,partículas sólidas).

Clasificación de las fuentes de contaminación atmosféricaLas fuentes de contaminación del aire, comúnmente son cuatro: móvil, estacionaria, puntual y del área.

Fuentes móviles o Son conocidas por todos e incluyen diversas formas de transporte a los automóviles,autobuses, locomotoras, camiones y aviones. o La principal fuente móvil de contaminación del aire es el automóvil, pues producegrandes cantidades de monóxido de carbono y menores cantidades de óxidos denitrógeno y compuestos orgánicos volátiles (COV). o Las emisiones de los automóviles también contienen plomo y cantidades de algunoscontaminantes peligrosos (benceno, halogenuros, etc.) o Los requisitos para el control de emisiones de automóviles han reducidoconsiderablemente la cantidad de contaminantes del aire.

Fuentes estacionarias o Son las instalaciones no movibles, tales como plantas de energía y establecimientos industrialeso Existen cientos de miles de fuentes estacionarias de contaminación del aire, incluidas las plantas de energía, industrias químicas, refinerías de petróleo, fábricas, imprentas,lavanderías y chimeneas residenciales que usan madera. o Producen una amplia variedad de contaminantes del aire. Según la industria o procesoespecífico, las fuentes estacionarias pueden emitir uno o varios contaminantes criterioademás de muchos contaminantes peligrosos.

Fuentes puntuales o Se refieren a las fuentes ubicadas en un punto fijo, tal como una chimenea o tanque dealmacenamiento que emite contaminantes. o Aquí se distinguen entre los establecimientos individuales y los equipos emisores, pararealizar un inventario de fuentes puntuales.

Fuente del áreao Se refiere a una serie de fuentes pequeñas y numerosas que en conjunto pueden afectar la calidad del aire en una región. Un ejemplo sería una comunidad que usa madera para la calefacción, las gasolineras y establecimientos de lavado en seco.

Fuente principal – fuente estacionaria que emite 10 toneladas por año o más de un contaminante del aire peligroso o 25 toneladas por año o más de cualquier combinación de contaminantes del aire peligrosos. Fuente del área – cualquier fuente de contaminantes del aire peligrosoque no son una fuente principal. Esta definición excluye los automóviles.

EFECTOS DE LA CONTAMINACION DEL AIRE.

Las sustancias que impurifican el aire al mezclarse con la niebla producen el smog (palabradel inglés formada de smoke y fog que significa humo y niebla). La luz solar hace venenoso al smog, pues se ha comprobado que mata a los árboles. El monóxido de carbono emitido principalmente por los vehículos de motor es muy venenoso en grandes cantidades. El plomo contiene gasolina, es venenoso ataca al cerebro y causa enfermedades crónicas. El dióxido de carbono proveniente de la combustión de compuestos orgánicos puede producir al aumentar su proporción en el aire, un recalentamiento de la atmósfera terrestre.Los óxidos de nitrógeno son muy tóxicos, causan lesiones mortales en el sistema nervioso y en las vías respiratoriasLa contaminación del aire también afecta a los suelos y a las aguas, por que cuando llueve las sustancias suspendidas en la atmósfera se disuelven y se infiltran con el suelo o llegan a lagos, ríos o mares.