EL OZONO

El ozono es un gas inestable de color azul y fuerte oxidante, es un compuesto inestable de tres átomos de oxígeno, muy fácil de producir pero a la vez muy frágil y fácil de destruir.

El ozono es uno de los muchos gases constituyentes de la atmósfera. Aunque su proporción es pequeñísima (10-5 %) en comparación con otros componentes, es de vital importancia porque protege la vida del planeta de los rayos ultravioleta (UV-B) procedentes del sol, los cuales son peligrosos para la salud humana, para los animales y las plantas, incluyendo al plancton marino. Así mismo, se está inyectando a la atmósfera productos químicos que están disminuyendo la cantidad de ozono, tales como es el caso de los CFC que se usan en la fabricación de espuma y aerosoles, en limpiadores industriales y en refrigeración; de esa forma se tiene un aumento de la radiación ultravioleta (UV-B), con efectos potenciales dañinos para los diferentes sistema terrestres. Por esta razón, es de gran interés el seguimiento de las variaciones del contenido de ozono en la atmósfera.

El ozono se presenta desde la superficie terrestre hasta una altura aproximada de 70 kilómetros, pero la mayor cantidad, cerca del 90%, se da en la estratósfera entre los 19 y los 50 kilómetros, con una máxima concentración entre los 19 y 23 kilómetros. Esta capa de máxima concentración se conoce como capa de ozono y varía según la época y el lugar geográfico. El ozono estratosférico se constituye en el principal filtro de la radiación ultravioleta proveniente del Sol.

El ozono es un gas muy raro en la atmósfera, ya que existe una relación de 3 moléculas de ozono por cada 10 millones de moléculas de aire. Este gas se mide en Unidades Dobson (UD). Mil Unidades Dobson equivalen a una columna uniforme de ozono de un centímetro de espesor en condiciones normales de presión (1atm o nivel del mar) y temperatura (273ºK o 0ºC).

OZONO TROPOSFERICO

El ozono troposférico o superficial, es el principal contaminante fotoquímico, se origina principalmente en las áreas urbanas por varias fuentes de emisiones, como los automóviles y la industria. La contaminación por ozono, es un problema diurno

La cantidad de ozono presente en la atmósfera es muy pequeña. Si todo el ozono que rodea la Tierra fuera comprimido al nivel del mar (1013,25 hPa) y a 0ºC, es decir a condiciones normales de temperatura y presión, dicha capa de ozono puro tendría aproximadamente 3 mm de espesor.

durante los días soleados, a causa de que la luz solar desempeña un papel primordial en su formación. El proceso comienza con las fuentes de óxidos de nitrógeno y de hidrocarburos, a los que se les conoce como los "precursores" principales del ozono, o con los compuestos que reaccionan en la presencia de luz solar para producir ozono. Particularmente, cuando hay temperaturas elevadas y hay poca mezcla de las corrientes de aire, el ozono superficial puede acumularse a niveles tóxicos.

La concentración elevada de ozono superficial, originada principalmente en las áreas urbanas por varias fuentes de emisiones, como los automóviles y la industria, es causante de muchos problemas porque este gas actúa como un contaminante tóxico para la salud humana, produciendo daños respiratorios y pulmonares y dando lugar a ojos llorosos; también tiene efectos nocivos sobre la vegetación y sobre materiales de uso común, como el caucho, el nilón, los plásticos, los colorantes y las pinturas, corroe metales y deteriora las llantas de los vehículos.

OZONO ESTRATOSFERICO O CAPA DE OZONO

El ozono estratosférico se forma en la atmósfera cuando la radiación ultravioleta alcanza la estratósfera y disocia las moléculas de oxigeno (O2) en oxigeno

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El ozono se encuentra principalmente entre la superficie terrestre y los 10 metros de altura, aproximadamente y es llamado ozono superficial o troposférico, también se localiza en la estratósfera entre 19 y 50 kilómetros y se denomina capa de ozono o también ozono estratosférico. Las medidas más usuales del ozono son: el ozono total que expresa la cantidad total de ozono contenido en la columna vertical de la atmósfera sobre la superficie de la Tierra y el perfil vertical del ozono que indica las concentraciones de ozono en función de la altura o la presión. La medida del ozono se expresa en términos de Unidades Dobson (U.D.), que corresponden a una concentración atmosférica media, de aproximadamente, una parte por billón en volumen (1 ppbv), a pesar de que el ozono no tiene una distribución uniforme a lo largo de esa columna. Las concentraciones de ozono, en general, oscilan entre 230 a 500 U.D., con un valor medio mundial de 300. Casi el 90 por ciento se encuentra en la estratósfera.

atómica (O). Posteriormente, el oxigeno atómico se combina rápidamente con otras moléculas de oxigeno (O2) para formar el ozono (O3):

O2 + UV -> 2 OO + O2 -> O3

donde UV es la radiación ultravioleta con longitud de onda entre 240 y 320 nanómetros (nm).

La radiación ultravioleta (UV) que se extiende desde los 280 hasta los 320 (nm), denominada radiación UV-B puede peligrosa para los seres vivos; dependiendo de su intensidad y tiempo de exposición puede ocasionar daños en la piel, conjuntivitis y deterioro en el sistema de defensas, hasta llegar a afectar el crecimiento de las plantas y dañando el fitoplancton, con las con las posteriores consecuencias que esto ocasiona para el normal desarrollo de la fauna marina.

DISTRIBUCION GLOBAL DEL OZONO

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nanómetro es una millonésima parte de un milímetro

Figura Nº 4.1.1 Distribución media del ozono total, en unidades Dobson (o miliatmósferas) contenido en una columna de aire de 1 cm2 de sección que va desde la superficie de La Tierra hasta el tope de la atmósfera. (Fuente: Organización Meteorológica Mundial)

El contenido de ozono estratosférico, es mayor en las latitudes medias que en la zona tropical. Es posible notar zonas con alto contenido de ozono sobre Norteamérica y sobre Asia, en el hemisferio norte y sobre el sur del Océano Índico y sureste del Océano Pacífico, en el hemisferio sur, con valores superiores a 300 U.D. También se destacan dos zonas con menor contenido de ozono: una ubicada sobre la Antártida y otra en la zona tropical sobre el norte de Suramérica, el Atlántico tropical y África central, donde se registran valores por debajo de 280 U.D.

DISTRIBUCION DEL OZONO EN COLOMBIA

En Colombia, la columna de ozono, presenta variaciones significativas a lo largo del año, con una distribución monomodal, caracterizándose los meses de enero, febrero y diciembre por presentar los valores más bajos, mientras que julio, agosto y septiembre los más altos. En la Figura N° 4.1.2 se presentan los mapas de la distribución de la capa de ozono a lo largo del año, las cuales fueron obtenidas a partir de las mediciones satelitales del Nimbus7, Meteor3 y Earth Probe - Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS NASA), para el periodo 1979-1999.

Entre diciembre y febrero, la columna de ozono presenta las menores variaciones espaciales y los valores más bajos del año, por lo tanto es la época en la cual Colombia recibe mayor radiación ultravioleta. El sur de la región Caribe y el norte de la región Andina, registran las menores concentraciones de ozono, con mínimos hasta de 239 U.D., sobre el suroccidente de Antioquia y oriente de Boyacá y Santander. A partir de esta área del país los valores de ozono crecen latitudinalmente hacia el norte y sur, siendo más acentuado hacia la parte meridional y es así como el Leticia la columna de ozono es de 256 U.D., en tanto que, en la parte más septentrional de Colombia los valores se encuentran cercanos a 245 U.D.

De julio a septiembre la columna de ozono crece significativamente, caracterizándose el mes de agosto por registrar los valores más altos del año. Durante estos meses el aumento de las concentraciones de ozono es generalizado sobre el territorio nacional. La distribución espacial es similar durante estos tres meses, con un marcado contrate de valores entre el norte del país, donde se registran los valores más altos, entre 285 a 288 U.D., contra la zona sur, donde permanecen por debajo de 275 U.D., con un mínimo sobre el altiplano de los pastos, cuyos valores oscilan entre 264 y 267 U.D.

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Figura Nº 1. Distribución media del ozono total a lo largo del año, en unidades Dobson (o miliatmósferas) contenido en una columna de aire de 1 cm2 de sección que va desde la superficie de La Tierra hasta el tope de la atmósfera 2000, obtenidas a partir de las mediciones satelitales. (Fuente: IDEAM)

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ENE RO FE B RE RO M AR ZO

AB R IL M A YO JU NIO

JU LIO AG O STO S EPTIE M B RE

O CTUBRE N O VIEM B RE D IC IE M B RE

237 UD

240 UD

243 UD

246 UD

249 UD

252 UD

255 UD

258 UD

261 UD

264 UD

267 UD

270 UD

273 UD

276 UD

279 UD

281 UD

284 UD

287 UD

290 UD

A nivel anual, Figura N° 4.1.3, la columna de ozono, en promedio varía entre 255 y 267 U.D. Es de anotar que la columna de ozono se hace más pequeña a lo largo de la cordillera, debido a que en esta zona el aire es más limpio y además es más delgada la capa atmosférica que deben recorrer los rayos solares.

Figura Nº 4.1.3 Distribución media anual del ozono total, en unidades Dobson (o miliatmósferas) contenido en una columna de aire de 1 cm2 de sección que va desde la superficie de La Tierra hasta el tope de la atmósfera 2000, obtenidas a partir de las mediciones satelitales, periodo 1979-1999. (Fuente: IDEAM)

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252 UD

255 UD

258 UD

261 UD

264 UD

267 UD

270 UD

273 UD

En septiembre de 1987, se firma el Protocolo de Montreal como acuerdo internacional para la reducción del 50% en el consumo de cinco CFCs (11, 12, 113, 114 y 115) para el año 2000 y la congelación en el consumo de tres halones (1211, 1301 y 2402), sin embargo, para los países en desarrollo se les otorga un período de gracia de diez años.

DESTRUCCION DE LA CAPA DE OZONO

La interacción de la radiación ultravioleta del espectro solar con el oxígeno a la altura de la estratósfera produce continuamente ozono, el cual a su vez se descompone por colisión con el oxígeno atómico y por la interacción con algunos químicos como el carbono, nitrógeno, hidrógeno, flúor, cloro y bromo. En la descomposición del ozono, la radiación UV arranca el cloro de una molécula de clorofluorocarbono (CFC) y este átomo de cloro, al combinarse con una molécula de ozono la destruye, para luego combinarse con otras moléculas de ozono y eliminarlas. El proceso es una larga cadena capaz de destruir hasta 100.000 moléculas de ozono y solo se detiene cuando el átomo de cloro se mezcla con algún compuesto químico que lo neutraliza.

Los componentes químicos que contienen carbono, cloro y flúor son denominados CFC. Los CFCs son producidos por muchas aplicaciones desarrolladas por el hombre, tales como la refrigeración, el aire acondicionado, los aerosoles, la espuma, los limpiadores de componentes electrónicos y los solventes. Otro importante grupo de los halocarburos son los halones utilizados en la extinción de fuego, los cuales contienen carbono, bromo, flúor y en algunos casos cloro.

Desde la era industrial se ha venido incrementando estos químicos en la atmósfera, muchos de los cuales pueden perdurar hasta cientos de años, favoreciendo el proceso de destrucción del ozono por largos periodos. Por ello los gobiernos han decidido discontinuar la producción de CFCs, halones y otros químicos y buscar sustitutos más amigables para el ozono a través de una serie de compromisos consignados en el Protocolo de Montreal.

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AGUJERO DE LA CAPA DE OZONO

Figura Nº 4.2. Variación inter-anual del ozono, en unidades Dobson (o miliatmósferas) contenido en una columna de aire de 1 cm2 de sección que va desde la superficie de La Tierra hasta el tope de la atmósfera), medidos en la estación Halley Bay, Antártida. (Fuente: University of Cambrigde, U.K.)

En la Figura Nº 4.2 se muestra la tendencia del ozono durante los últimos años en la estación Halley Bay, en la Antártida; como se puede apreciar el proceso de destrucción del ozono es muy marcado, a mediados del siglo se registraban valores cercanos a 500 U.D., mientras que en la década de los noventa se aproximaron a 150 U.D. Durante los últimos años se ha producido una zona con un reducido contenido de este gas (valores inferiores a 200 U.D.), a la cual se le ha denominado el agujero de ozono y se presenta temporalmente entre febrero-abril y septiembre-noviembre de cada año, en los polos Norte y Sur, respectivamente, siendo particularmente extraordinario el de la Antártida.

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Figura Nº 4.3. Desviación del ozono estacional, promedio sobre la Antártida, para las estaciones de verano y de primavera. (Fuente: Organización Meteorológica Mundial).

En la Figura Nº 4.3, se muestra el rápido descenso en la cantidad de ozono durante la estación de primavera y mucho menos acentuado durante el verano sobre la Antártida. En las Figuras Nº 4.4 y 4.5 se puede observar la declinación de la cantidad mínima de ozono y el aumento del tamaño del agujero de ozono.

El rápido agotamiento de la capa de ozono sobre una región enorme en el que el total del ozono es inferior a 220-200 U.D., se ha dado en llamar agujero en la capa de ozono. Este adelgazamiento superior a un tercio, de la capa de ozono sobre la Antártida se ha venido observando todos los años durante los meses de septiembre a noviembre durante los dos últimos decenios. La superficie de insolación máxima en que la disminución de los valores han llevado a hablar de un

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agujero en la capa de ozono, que comenzó a sobrepasar los 10 millones de kilómetros cuadrados solamente a mediados de los años 80, ha alcanzado unos 22 millones de km2 durante varios días en cada uno de los seis últimos años. En 1998 se observo una extensión muy considerable, de mas de 25 millones km2, durante varios días consecutivos, desde mediados de septiembre hasta la primera semana de octubre. En años anteriores, se había observado adelgazamiento en una superficie tan extensa solamente durante unos pocos días de 1993 y 1994. Por otra parte, el numero de días en que la superficie superó los 10 millones de km2 se prolongo durante 100 días, lo que no tiene precedente. El periodo mas prolongado observado anteriormente había sido de 88 días durante la estación de 1986. A pesar de que las sustancias agotadoras de la capa de ozono no se producen en los polos, sino en las latitudes medias y en especial en el hemisferio norte, las sustancias son arrastradas hacia las latitudes tropicales y luego suben luego hacia la estratósfera debido a los vientos, posteriormente gran parte de estas sustancias son congregadas sobre las regiones polares, también por efecto de los vientos. Las condiciones meteorológicas durante el invierno favorecen la creación de una corriente de aire polar que aísla las masas de aire, tornándola muy fría y reteniendo las sustancias agotadoras de la capa de ozono, tales como el cloro y el bromo, durante la primavera se descongelan las nubes y se liberan estas sustancias para reaccionar con el ozono.

En el polo sur las temperaturas estratosféricas son mucho más bajas que en el polo norte, por lo cual se forman muchas mas nubes y la destrucción de ozono es mucho mayor.

Ultima imagen de ozono del Polo SurUltimos boletines de ozono de la OMM

RADIACION ULTRAVIOLETA

El sol emite una gran cantidad de energía, de la cual sólo un 2% corresponde a la radiación ultravioleta (UV). Esta radiación ultravioleta (UV) es una forma de energía radiante invisible, usualmente clasificada en tres categorías de radiación, de acuerdo con la longitud de onda: UV-A entre 320 y 400 nm (nanómetro es una millonésima parte de un milímetro), UV-B entre 280 y 320 nm y UV-C entre 200 y 280 nm. Mientras más corta sea la longitud de onda de UV, biológicamente es más dañina.

La radiación ultravioleta varía de acuerdo con la ubicación geográfica; sobre la zona ecuatorial los rayos solares caen más directamente que en las latitudes medias y la radiación solar resulta ser más intensa en esa área y, por la tanto,

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también es mayor la radiación UV en las latitudes cercanas al ecuador tal como el caso de Colombia.

La altitud determina la cantidad de radiación UV que se recibe, debido a que en zonas de alta montaña el aire es más limpio y más delgada la capa atmosférica que deben recorrer los rayos solares, por ello llega más UV, de manera que a mayor altitud mayor radiación UV. Las nubes pueden tener un

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impacto importante en la cantidad de UV que recibe la superficie terrestre, generalmente las nubes densas bloquean más UV que una nube delgada. Las condiciones de lluvia reducen la cantidad de UV. La contaminación trabaja en forma similar que las nubes, de tal forma que la contaminación urbana reduce la cantidad de radiación UV que llega a la superficie de la tierra.

La radiación UV reflejada puede producir los mismos efectos que la radiación UV que llega a la superficie de la Tierra. La nieve es la superficie que más refleja, alcanzando hasta un 85%, mientras que la arena seca y el concreto reflejan hasta un 12% y el agua apenas un 5%.

UV-A

La radiación UV-A es la forma menos dañina de rayos ultravioleta y es la que llega a la Tierra en mayores cantidades, causa envejecimiento de la piel, arrugas y pueden incluso dañar pinturas y plásticos que se encuentren a la intemperie.

UV-B

La radiación UV-B, también llega a la superficie de la Tierra y es potencialmente muy dañina, reduce el crecimiento de plantas, puede causar daños a la salud tales como cataratas en los ojos, cáncer de piel, reducción de la eficiencia del sistema inmunológico, quemaduras severas del sol, daños a otras formas de vida y a materiales y equipos que se encuentren a la intemperie. UV-C

Los rayos UV-C son la forma más dañina de toda la gama de rayos ultravioleta porque es muy energética, pero esta radiación UV-C es absorbida por el oxígeno y el ozono en la estratósfera y nunca llega a la superficie terrestre.

EL OZONO Y LA RADIACION ULTARVIOLETA UV

La cantidad de radiación UV-B que llega a la superficie de un lugar, está inversamente relacionada con el ozono total: a menor cantidad de ozono mayor radiación UV-B ingresa a la superficie. Por ello, las mayores cantidades de radiación UV-B se reciben en aquellas regiones donde su contenido de ozono es menor tal como ocurre en la Antártida en las áreas que están bajo la influencia del agujero de ozono.

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La cantidad de radiación UV que llega a la superficie de la tierra en un lugar determinado depende de la posición del sol, la cantidad de ozono, las condiciones meteorológicas y la contaminación en el lugar.

Las mayores disminuciones en la cantidad de ozono que se han observado sobre el continente Antártico, especialmente en septiembre y octubre, han servido como evidencia de la relación entre radiación UV y los niveles de ozono. Además durante los últimos años se han realizado mediciones simultáneas de UV y ozono, lo que ha demostrado fehacientemente tal relación.

PROGRAMA NACIONAL DE OZONO

En de noviembre de 1998 se comenzaron mediciones de ozono total y de la columna vertical de ozono en la estación meteorológica ELDORADO, localizada en:

Estación Latitud Longitud Altura Bogotá 04°43°N 74°03°W 2546 m

Las observaciones de ozono en superficie y altura se efectúan mediante el ozonosonda.

El ozonosonda es un analizador de ozono acoplado a una radiosonda y permite medir la concentración del ozono en función de la altura mediante el muestreo del aire mientras asciende el globo, el cual puede llegar hasta altitudes de 30 o 40 Km. La señal del analizador de ozono es leída por la radiosonda y transmitida telemétricamente a la estación terrena. El ozono es muestreado continuamente durante el ascenso del globo y perfiles de ozono son obtenidos cada 200 metros, a partir de la superficie de la tierra. Las sondas de analizadores electroquímicos utilizan el yoduro de potasio, el cual produce yodo libre. En efecto, cada molécula de ozono introducida dentro de la celda produce dos electrones. El aire es bombeado a través de la solución en la celda de reacción y la señal de salida es proporcional al numero de moléculas de ozono presentes en la muestra de aire. Con una conversión apropiada, la medida de ozono es determinada en unidades de presión parcial de ozono.

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Comportamiento del ozono atmosférico para el período 1997 - 1999, Columna Total de Ozono - Estación Santa Fe de Bogotá (Fuente: IDEAM)

- Estación Santa Fe de Bogotá

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ozono (mP)

Altu

ra (m

ts)

PERFIL VERTICAL DE CONCENTRACION DE OZONO ATMOSFERICO SOBRE SANTA FE DE BOGOTA

Ozonosondeo realizado el 29 de julio de 1999 en la estación el Dorado

áColumna TComportamiento del perfil vertical de ozono atmosférico para el 29 de julio de 1999 - Estación Santa Fe de Bogotá (Fuente: IDEAM)

total de Ozono - Estación Santa Fe de Bogotá

PROGRAMA NACIONAL DE UV

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El IDEAM maneja cuatro estaciones con espectrorradiómetros con cuatro rangos espectrales de medida de la radiación ultravioleta para las bandas UV-A y UV-B y la banda integral de la radiación activa en fotosíntesis, localizadas en: Estación Latitud Longitud Altura Pasto 01°11°N 77°18°W 2580 mBogotá 04°43°N 74°03°W 2546 mLeticia 04°33°S 74°03°W 84 mRiohacha 11°32°N 72°56°W 4 m

Comportamiento de los índices ambientales UV para el período 1997 - 1999, Indices UV-B - Estación Riohacha, Guajira (Fuente: IDEAM)

QUE PODEMOS HACER

Para proteger la capa de ozono de las sustancias agotadoras de la capa de ozono (SAO) tales como los Clorofluorocarbonos (CFC), los agentes de extinción de incendios (HALONES), los Hidroclorofluorocarbonos (HFC), Bromuro de Metilo, Metilcloroformo (MCF) y Tetracloruro de Carbono, causados por los productos que compramos o por muchos de los aparatos y equipos de tipo casero o industrial o por los procesos de manufacturaron, podemos realizar algunas de las acciones individuales, como:

Comprar productos cuyas etiquetas indiquen que son libres de CFC o no nocivos para la capa de ozono.

Usar extintores que no contengan sustancias agotadoras de la capa de ozono, como los Halones.

Comprar aerosoles que no contengan sustancias agotadoras de la capa de ozono, como los CFC.

Al comprar refrigeradores, congeladores o una combinación de refrigerador - congelador para uso doméstico, revisar que no contengan o requieran para su producción u operación Clorofluorocarbonos (CFC).

No usar Bromuro de Metilo para fumigar.

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En el mantenimiento de equipos de aire acondicionado de vehículos con CFC-12, verifique que se realice en un taller capaz de recuperar y reciclar el CFC.

Para hacerle mantenimiento a su vieja nevera, no busque cualquier técnico. Solicite los servicios de técnicos reconocidos con el carné de la Unidad Técnica de Ozono, del Ministerio del Medio Ambiente, que estén entrenados para hacerlo con el menor impacto posible en el ambiente.

Ayude en su trabajo a identificar elementos, aparatos o equipos que contengan sustancias agotadoras de la capa de ozono, como aire acondicionado, enfriadores de agua, limpiadores y solventes, extintores, etc. e informe a las directivas de la empresa.

Si usted es profesor, informe a los estudiantes sobre la importancia en la protección del medio ambiente y en particular la capa de ozono.

Informe a sus familiares, amigos y vecinos sobre la necesidad de proteger la capa de ozono.

Salvemos Nuestro Cielo: No Dañemos el O3zono. SO3S.

Hipervinculos

ATMOSFERA

La atmósfera está compuesta por una mezcla de gases y aerosoles y ha presentado variaciones en las proporciones de cada uno de sus constituyentes, no sólo a lo largo de las eras geológicas, sino también en períodos más cortos, como en el iniciado a mediados del siglo XVIII, cuando empezó la revolución industrial, hasta la fecha. Estos componentes se pueden dividir básicamente en dos grupos: los gases constantes y los gases variables.

Los gases constantes mantienen una proporción casi permanente en la atmósfera y entre ellos se encuentran los más abundantes, tales como el nitrógeno (78.08%), el oxígeno (20.95%) y el argón (0.93%).

Los gases variables son aquellos constituyentes que sufren mayores cambios en su proporción. En este grupo se destaca el dióxido de carbono, que se encuentra en cantidades relativamente altas (0.035%), pero con concentraciones variables a nivel estacional y a largo plazo, y también el vapor de agua que presenta variaciones significativas tanto en el tiempo como en el espacio. Otros gases como el óxido nitroso, el metano y el ozono se encuentran en una menor proporción, sin embargo juegan un papel importante en los distintos procesos atmosféricos.

GASES CONSTANTES

Símbolo % por volumen en el aire

Nitrógeno N2 78.08Oxígeno O2 20.95

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Argón Ar 0.93Neón Ne 0.0018 Helio He 0.0005 Hidrógeno H 0.00006Xenón Xe 0.000009

GASES VARIABLES

Símbolo % por volumen Partes por millón (ppm)

Vapor de agua H2O 0 a 4Dióxido de carbono

CO2 0.035

Metano CH4 0.00017Oxídos de Nitrógeno

N2O, NOX 0.00003

Ozono O3 0.000004Partículas 0.000001Clorofluorocar-bonos

CFC 0.00000001

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Tabla Nº 2.1 Composición de la atmósfera en porcentaje de volumen.

Otro elemento variable que se halla en la atmósfera es el material particulado suspendido en el aire como partículas de polvo, residuos de humo, sal del océano, bacterias, esporas, semillas, ceniza volcánica y partículas meteoríticas, los cuales aunque no hacen parte de su composición fundamental, desempeñan un rol especial en las manifestaciones atmosféricas y climáticas.

El 98% de la masa de la atmósfera se ubica en una capa delgada cuyo espesor es equivalente aproximadamente a 0.25% del diámetro de la Tierra y alcanza una extensión vertical cercana a los 30 kilómetros. La atmósfera, con base en el perfil vertical de la temperatura (Figura Nº 3.1) se divide en cuatro capas: tropósfera, estratósfera, mesósfera y termósfera (Figura Nº 3.2).

CAPAS DE LA ATMÓSFERA

Tropósfera

La tropósfera es la capa que adyacente a la superficie terrestre. El límite superior, tropopausa, alcanza una altura de 16 kilómetros, aproximadamente, sobre Colombia. La tropósfera es calentada desde su base por contacto con el suelo, que actúa a la manera de un cuerpo negro. En ella, la temperatura generalmente disminuye con la altura, hasta alcanzar un valor entre 75ºC y 80ºC bajo cero. En la primera mitad de la tropósfera, la disminución es de 6ºC a 7ºC por kilómetro y en la segunda mitad ese decrecimiento ocurre a una tasa cercana a los 7ºC por kilómetro. Sin embargo, algunas veces y en capas de poco espesor se registran, por el contrario, aumentos de la temperatura con la altitud, particularmente por efectos del enfriamiento nocturno cerca al suelo o por efectos de subsidencia en alturas intermedias, produciéndose de esa forma inversión de temperatura por radiación o por subsidencia, respectivamente.

Figura Nº 3.1. Variación de la temperatura del aire y de la presión atmosférica con la altitud.

La tropósfera se caracteriza porque en ella se dan la mayor parte de los fenómenos determinantes del estado del tiempo, dado que ella contiene gran parte de la masa de la atmósfera y casi todo el vapor de agua, y además, porque en ella también se registran movimientos verticales acentuados.

Estratósfera

La estratósfera es la región que se extiende por encima de la tropopausa hasta una altitud cercana a los 50 kilómetros. En su parte inferior hasta los 20 kilómetros de altitud, la temperatura varía muy poco, siendo prácticamente isotérmica. A continuación, la temperatura aumenta, inicialmente en forma lenta hasta cerca de los 32 kilómetros de altitud, y luego más rápido hasta alcanzar valores cercanos a aquellos apreciados en la superficie terrestre, debido a la significativa absorción de radiación ultravioleta que tiene lugar en esos niveles por parte del ozono. Así, al

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contrario de lo que ocurre en la tropósfera, la fuente de calor en la estratósfera se encuentra en su límite superior, estratopausa, cerca de los 50 kilómetros.

Los fenómenos meteorológicos observados en la estratósfera son muy distintos de los de la tropósfera, puesto que, a diferencia de esta última, la capa superior es caliente mientras que la inferior es fría. Prácticamente no se observan nubes en la estratósfera tropical.

El 99% de la masa total de la atmósfera se encuentra en la tropósfera y estratosfera, dentro de los primeros 50 km encima de la superficie terrestre; ambas regiones son de particular importancia para entender el sistema climático.

Figura Nº 3.2. Capas de la atmósfera terrestre tropical, con base en el perfil de las temperaturas del aire.

Mesósfera

En la mesósfera, con un espesor de 35 km aproximadamente, la temperatura disminuye regularmente desde su límite inferior situado en la estratopausa, hasta aproximadamente -95°C en su límite superior llamado mesopausa, cerca de los 80 kilómetros de altitud. La atmósfera al nivel de la mesopausa es más fría que en cualquier otro nivel de la atmósfera superior.

En general, el aire es homogéneo en la homósfera, que se extiende desde superficie hasta la mesopausa, es decir que, hasta ese nivel, las proporciones de los gases que constituyen la atmósfera son prácticamente constantes, a excepción del vapor de agua y el ozono.

En la mesósfera el aire es extremadamente fino y la presión atmosférica es sumamente baja. La proporción de nitrógeno (N2) y oxigeno (O2) es igual a la que

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se obtiene al nivel del mar, donde el aire es más denso, por lo cual una persona no podría sobrevivir en ella, respirando por mucho tiempo. Así mismo, la baja presión causa ebullición a la temperatura corporal. Los pilotos que vuelan a más de 3 Km de altura por largos períodos de tiempo, necesitan utilizar equipo para respiración, porque sino crean una deficiencia de oxígeno en el cerebro que se conoce como hipoxia, cuyos síntomas son cansancio, inconsciencia y puede causar la muerte. Otro efecto aparte de la sofocación, es la exposición a la radiación ultravioleta que afecta la piel.

Termósfera

La termósfera o región que se encuentra por encima de la mesopausa se caracterizada por un aumento progresivo de la temperatura con la altitud. Cuando la actividad solar es normal, la temperatura aumenta hasta cerca de los 400 kilómetros de altitud, cuando aumenta su actividad, puede crecer hasta aproximadamente los 500 kilómetros. En esta capa, la composición de la atmósfera es distinta, ya que las moléculas de un gran número de gases se separan dejando libres los átomos que las constituían por la acción que sobre ellas tienen los rayos ultravioleta y los rayos X emitidos por el sol. Por otra parte, los gases tienen menos tendencia a mezclarse y las moléculas y átomos más pesados se separan de los otros por efecto de la gravedad. Debido a ello, a medida que se asciende, las moléculas de nitrógeno, más pesadas, ceden su sitio a los átomos de oxígeno, los cuales son remplazados, a niveles más altos, por los átomos de hidrógeno más livianos. En la termósfera, la ionización es muy importante pues tanto los iones como los electrones pueden permanecer separados durante un período de tiempo relativamente largo, mientras que en la mesósfera se produce solamente durante el día.

La ionósfera integrada por las regiones de la termósfera y mesósfera, constituidas por iones y electrones, se extiende hasta confundirse con el gas interplanetario extremadamente ligero y deriva su importancia del hecho de que los electrones, en particular, reflejan las ondas radioeléctricas. No se puede despreciar la importancia de los gases neutros de la ionósfera, puesto que a 160 kilómetros de altitud hay aún, aproximadamente 1010 partículas neutras por cm3 de aire, mientras que el número de electrones es de 105. La ionósfera, zona de la atmósfera que está cargada eléctricamente, es de gran utilidad para las radiocomunicaciones por la propiedad que posee de reflejar las ondas de radio haciendo posible la comunicación a larga distancia. La ionósfera no es estática, ésta varía en altura entre el día y la noche. También puede cambiar su propiedad de refracción a causa del sol y las partículas que éste libera, lo cual puede durar minutos, horas, o semanas, afectando de esta manera las comunicaciones en la Tierra.

A 500 o 600 kilómetros de altitud aproximadamente, la atmósfera es tan poco densa que son extremadamente raras las colisiones entre las partículas neutras. A partir de los 500 km, y hasta una altura indeterminada, se halla la Exosfera. En

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ella, abunda el hidrógeno ionizado y hay una pérdida de partículas (protones y electrones) que escapan al espacio exterior, pérdida que se ve compensada por el aporte de partículas en forma de viento solar.

GRAFICAS ADICIONALES

Figura Nº 4.6. Distribución del ozono total en el hemisferio norte para el mes de marzo. (Fuente: NASA)

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Figura Nº 4.7. Distribución del ozono total en el hemisferio sur para el mes de octubre. Se ve claramente el área del agujero de ozono que cubre una zona considerable sobre la Antártida (Fuente: NASA)

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Figura Nº 1. Analisis del ozono total TOVS en unidades Dobson, del 28 de octubre de 1995. (Fuente: Climate Prediction Center/NCEP/NWS/NOAA)

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Figura Nº 2. Analisis del ozono total TOVS en unidades Dobson, del 30 de septiembre de 1998. (Fuente: Climate Prediction Center/NCEP/NWS/NOAA)

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