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8/18/2019 02 La Atmosfera
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• Ing. Luis Gamarra Chavarry
Génesis y evolución de atmosfera
Propiedades físicas de la atmósfera
EstructuraComposición
Balance energético
Ecuación general de los gases.
PROPIEDADES F SICAS DE LAATMÓSFERA
Mg. Ing. Luis Gamarra ChavarryIngeniero Geógrafo - Econo mista
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ESTRUCTURA DE LA ATMOSFERA
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PERFILES TIPICOS DE IONIZACION
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CIRCULACION GENERAL ATMOSFERICA
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Estructura:Homosfera
Troposfera
EstratosferaMesosfera
Heterosfera
Termosfera (ionosfera)
Exosfera
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
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ESPECTRO SOLAR
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Gases de efecto invernadero:
CO2, CFC, CH4, N2O y O3
288ºK
Gases absorbentes Bandas (um)
CO2
2,3 - 3,1
4,1 - 4,5
13,0 - 18,0
CH4 3,2 - 8,0
H20
0,95 1,1 0,4 1,9 2,7 6,2 y
>20
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Al absorber las radiaciones de la zona UV es lo suficientemente energética para producir
alteraciones en las diferentes sustancias que constituyen la atmósfera. Al absorber, las
moléculas y átomos sufren procesos fotoquímicos.
Tres tipos de especies reactivas e inestables:
1. Moléculas excitadas eléctricamente
2. Radicales libres
3. Iones
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
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PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
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1. Moléculas excitadas eléctricamenteDebido a la absorción de radiación ultravioleta o visible, lo que originaestados excitados.
Tienen una vida media finita (muy corta)
Pierden energía por emisión de radiación, sin tener que reaccionar con otras
especies.
a) Disociación de la molécula excitada: 02* 0 + 0
b) Reacción directa con otras especies: 02* + 03 202 + 0
c) Ionización con perdida de un electrón: N2* N2
+ e-
La absorción de radiación infrarroja no es suficientemente energética para romper los
enlaces, pero ocasiona el aumento de energía vibracional y rotacional. Esta energía se
disipa como calor y aumenta la temperatura de toda la atmósfera.
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
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2. Radicales libresSe forman por la acción de la radiación solar
Presentan alta reactividad
Tiempo de permanencia muy corto
Participan en muchos fenómenos químicos atmosféricos
Participan en reacciones en cadena
En el fenómeno denominado “smog fotoquímico” se encuentran
involucrados los radicales libres formados en la troposfera.
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
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Radical hidroxilo (HO )
En las regiones más altas se produce por fotólisis del agua
H2O + hv HO + H
Fotólisis del acido nitroso
HONO + hv HO + NO
En la troposfera, relativamente no contaminada, se origina por fotolisis del ozono,
seguida de reacción de una fracción de oxígeno atómico excitado con moléculas de
agua.
03 + hv ( ᵡ < 310 nm) 0* + 02
0* + H2O 2HO
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
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Radical hidroxilo (HO )
Entre las especies traza más importantes que reaccionan con el radical HO, están:
CO + HO CO2 + H (reacción más frecuente)
CH4 + HO H3C + H2O
H3C + O
2 H
3COOO (radical metilperóxido)
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
OC SOS O OQ COS
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PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
Procesos de:
a) Fotoionización
b) Fotodisociación
0,4 um0,315 um0,28 um0,1um
Radiación ultravioletaUV-AUV-BUV-C
CERCANOMEDIOLEJANO
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN A
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3. IonesAltitudes superiores a 50 Km
Prevalecen en la región denominada ionosfera
La luz ultravioleta es la primera productora de iones
En la oscuridad los iones positivos se recombinan lentamente con los
electrones libres.
El proceso es especialmente rápido en las zonas más bajas de la ionosfera,
donde la concentración de especies es relativamente alta.
El límite inferior de la ionosfera sube por la noche y hace posible la
transmisión de las ondas de radio a distancias mucho mayores.
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LA
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En la atmosfera se presentan una serie de reacciones – Fotoquímicas
Influyen:
a) Perfiles de temperatura
b) Concentración de algunas especies presentes en las diferentes capas
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LA
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Las especies químicas contaminantes se generan y son emitidas desde la superficie, en la
troposfera, desde su emisión hasta su acción sobre los seres vivos o sobre los materiales,
siguiendo las siguientes vías:
a) Reacciones químicas en la zona de su emisión (química de la troposfera)
b) Transporte a la estratosfera (química de la estratosfera)
c) Residencia más o menos prolongada en la troposfera se depositan sobre la superficie
terrestre, ya sea por vía seca o por vía húmeda.
PROCESOS FOTOQUIMICOS EN LAATMOSFERA
COMPONENTES DEL SISTEMA
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COMPONENTES DEL SISTEMACLIMATICO
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1. La atmósfera1.1 Definición
1.2 Funciones
1.3 Teoría sobre su origen
1.4 Propiedades físicas y químicas
1.5 Composición
1.6 Estructura
1.6.1 Homosfera
1.6.1.1 Troposfera
1.6.1.2 Estratosfera1.6.1.3 Mesosfera
1.6.2 Heterosfera
1.6.2.1 Termosfera (ionosfera)
1.6.2.2 Exosfera
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1.1 DefiniciónLa palabra atmosfera se deriva de las raices griegas:
Atmos = Vapor
Sphair = Esfera
Esta esfera de vapor está constituida por una mezcla de gases diferentes y partículas sólidas y líquidas
en suspensión, tales como polvos, sales, iones y hasta partículas nucleares en las regiones más
alejadas de la superficie terrestre
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1.2 Funciones:
1. Proteger la flora y la fauna de las radiaciones de muy alta energía que serían
mortales si llegaran directamente a la superficie terrestre.
2. Contiene gases que son vitales para los procesos biológicos de los animales y
plantas, tales como el Oxígeno (O2), el dióxido de carbono (CO2), el Ozono (O3) y
el vapor de agua ( H2O).
3. Conservar el calor terrestre, lo cual permite tener un clima favorable para la vida
en el planeta.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=4g6uxl5f70382M&tbnid=MbBZ5ra1x0sYqM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://almez.pntic.mec.es/~jmac0005/ESO_Geo/TIERRA/Html/caracteristicas.htm&ei=W_wpUo70Oozw8ASj0oHgAw&psig=AFQjCNEQ_gPv_cQlh8ItOSQdWVNjQfZh-w&ust=1378569692038652
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1 LA ATMOSFERA
http://www.google.com.pe/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=4g6uxl5f70382M&tbnid=MbBZ5ra1x0sYqM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://almez.pntic.mec.es/~jmac0005/ESO_Geo/TIERRA/Html/caracteristicas.htm&ei=W_wpUo70Oozw8ASj0oHgAw&psig=AFQjCNEQ_gPv_cQlh8ItOSQdWVNjQfZh-w&ust=1378569692038652
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1. LA ATMOSFERA
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
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1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1.3 Teoría sobre su origen:
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1.4 Propiedades físicas y químicas:
Movilidad
Comprensibilidad
Expansibilidad
Diatermancia
Forma de la tierra
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1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
Composición:
Vapor de agua
Dióxido de carbono
Ozono
Aerosoles
1 LA ATMOSFERA
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1. LA ATMOSFERA
Estructura:Homosfera
Troposfera
Estratosfera
Mesosfera
Heterosfera
Termosfera (ionosfera)
Exosfera
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ESTRUCTURA DE LA ATMOSFERA
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LA TROPOSFERA
Es la zona más baja de la atmósfera, en ella la temperatura disminuye con la altura.
La disminución es de 6º a 7ºC por kilómetro y después en la segunda mitad alcanza 7º a
8ºC por kilómetro.
Contiene la mayor parte de la masa de la atmósfera (75% de la masa molecular).
Se caracteriza por movimientos verticales y apreciable contenido de vapor de agua,nubes y otros fenómenos que constituyen el tiempo.
Es el dominio de las nubes, precipitaciones, originados por torbellinos, ciclones y
anticiclones.
Se reconoce un primer nivel hasta una altura de 600 a 800 metros a la que se conoce
como capa límite planetaria.
Llega a temperaturas cerca a -56ºC en el límite superior.
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LA TROPOSFERA
Se reconoce una capa isotérmica denominada tropopausa.La tropopausa no es continua y su altitud varia, según la latitud
La tropopausa tropical llega a una altitud de 18 km.
La tropopausa media llega a una altitud de 9 a 13 km.
La tropopausa polar a una altitud promedio de 8 Km
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BALANCE DE RADIACION EN EL SISTEMA TIERRA - ATMOSFERA
BALANCE DE RADIACION DE LA ATMOSFERA
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BALANCE DE RADIACION DE LA ATMOSFERA
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BALANCE DE RADIACION DE LA SUPERFICIE TERRESTRE
BALANCE DE RADIACION DEL SISTEMA TIERRA ATMOSFERA
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BALANCE DE RADIACION DEL SISTEMA TIERRA - ATMOSFERA
BALANCE ENERGETICO
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BALANCE ENERGETICO
C G CO
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BALANCE ENERGETICO
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BALANCE TERMICO EN EL PLANETA
R neta = G + H + LE + D
G = Es la parte del calor que se va a transmitir hacia las capas profundas
de la superficie (continental y oceánica)
H = Es la parte del calor que se va a transmitir hacia la atmósfera por
medio de la convección, entendiendo por tal, los movimientos verticales
del aire. Se trata de intercambio de calor en forma de calor sensible.
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BALANCE TERMICO EN EL PLANETA
R neta = G + H + LE + DLE = Es la parte del calor que se transmitirá hacia la atmósfera en virtud
del mecanismo de la evaporación del agua. Se compone de dos
términos:
L = Es el calor latente de vaporización
E = Representa el número de gramos de agua que
se evaporan
D = Es la parte del calor que va a transmitirse mediante los movimientos
advectivos u horizontales del aire.
BALANCE ENERGETICO DEL SISTEMA TIERRA ATMOSFERA
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BALANCE ENERGETICO DEL SISTEMA TIERRA-ATMOSFERA
GANANCIAS DE CALOR POR PARTE DE LA ATMOSFERA
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GANANCIAS DE CALOR POR PARTE DE LA ATMOSFERA
Albedo superficial ( ) y emisividad ( )
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Superficie Albedo( ) Emisividad( )
Superficie Albedo( ) Emisividad( )
Carreteras 0,08 a 0,17 0,93 Remolacha 0,15 a 0,27
Coníferas 0,12 a 0,16 0,90 Ríos 0,06 a 0,11
Dunas 0,20 a 0,40 Salinas 0,42
Espejo 0,88 Suelo oscuro 0,05 a 0,16 0,90
Espinaca 0,24 a 0,28 Suelo húmedo 0,10 0,97Granos 0,15 a 0,25 Suelo claro 0,20 a 0,43 0,90
Hierba verde 0,15 a 0,20 Selva conífera 0,05 a 0,15
Hierba seca 0,19 a 0,32 Tinte negro 0,04 0,92
Hierba mojada 0,20 a 0,35 Tinte blanco 0,85 0,92
Huerta de naranjas 0,17 Trigo 0,15 a 0,25
Maíz 0,12 a 0,24 0,97 Tierra vegetal 0,10 a 0,25Nieve fresca 0,85 a 0,90 Vegetación desértica 0,37
Zonas urbanas 0,16 a 0,45
Albedo superficial ( ) y emisividad ( )
R di ió l b l (Q )
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Radiación global (Q+q)i
Llamado también radiación
incidente, es la cantidad de
radiación directa (Q) y difusa (q)
que llega a la superficie terrestre.
Se mide o cuantifica con
instrumentos denominados
Piranómetros, cuyo sistema selecto
de longitudes de onda sea unasemiesfera
E ti ió d l di ió Gl b l
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Estimación de la radiación Global
Donde:
M = horas de sol o brillo solar
N = Duración del día solar u horas de sol máximo o fotoperíodoT = Tmáx - Tmín = rango diurno de temperatura (°C ó K)
Qs = Radiación solar en el tope de la atmósfera (mm/día, ly/día)
a y b son constantes propios de cada localidad
N
M baQqQ S i)(
N T baQqQ S i)(
Ecuaciones para el Perú
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Ecuaciones para el Perú
Costa Central :(Q + q)i = QS (0,060 + 0,640 T/N) Costa Norte :(Q + q)i = QS (0,360 + 0,221 T/N)
Sierra Central :(Q + q)i = QS (0,457 + 0,207 T/N) Sierra Norte :(Q + q)i = QS (0,284 + 0,205 T/N) Sierra Sur :(Q + q)i = QS (0,230 + 0,380 T/N)
Selva :(Q + q)i = QS (0,0188 + 0,4984T/N )
Radiación Neta en onda corta (R )
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Radiación Neta en onda corta (Rnoc )
Es la parte de la radiación incidente absorbida por la superficie sobre el
cual incide
Rnoc = Qa = (Q + q)i - (Q + q)r = m s C s T = ml C l T
= (Q + q)i -
(Q + q)i Rnoc = (Q + q)i (1 - )
De acuerdo a la ecuación, se ve que mientras QS exista y < 1, laradiación neta en onda corta es siempre positivo (R noc > 0)
)-(1 N
X b+aQ= )-(1 )q+(Q= R sinoc
di ió l (I ) (I ´)
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Radiación Termal (It) = (IR´)
Es la radiación que emite la superficie de la Tierra y está comprendida en
mayor proporción entre 4 a 50 de longitud de onda, o sea en el llamado
longitud de onda larga
donde
: es la emisividad de la superficie 0,9
: es la constante de Stefan = 1,96 x 10-9 mm/día.K 4 = 8,132 x
10-11 ly/min.K4T S : es la temperatura de la superficie terrestre
T = I 4 st
Contrarradiación (I )
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Contrarradiación (I i )
Es parte de la radiación emitida por la atmósfera yque incide sobre la superficie terrestre.
Su magnitud depende de la cantidad de radiaciónabsorbida, tanto en onda corta como en onda largapor parte de la atmósfera (I a)
4
aaa T I
Radiación Neta en Onda larga (R )
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Radiación Neta en Onda larga (Rnol )
It Ii
R
nol
= I
i
- I
t
R
nol
= IR- IR´
CONTRARADIACION RAD.TERMAL
Estimación de la Radiación neta en onda
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larga (Rnol )
Donde:
e = presión de vapor (hPa)
T = temperatura absoluta (K)
M = horas de sol (horas y décimas)
N = fotoperíodo (horas y décimas)
= 1,96 x 10-9 mm/día.K 4 = 8,132 x 10-11 ly/min.K 4
Otra forma de estimar la Rnol es:
Rnol = a + b T/N T = T máx - T mín
e N M
T Rno l 079,056,09,01,04
Ecuaciones para el Perú
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Ecuaciones para el Perú
Costa Norte : Rnol = - 0,111 + 0,255 T
Costa Central : Rnol = 0,21 + 0,23 T
Costa Sur : Rnol = - 0,474 + 0,5134 T
Sierra Norte : Rnol = - 0,827 + 0,209 T
Sierra Central : Rnol = - 0,0971 + 0,188 T
Sierra Sur : Rnol = - 4,74 + 0,5134 T
Selva : Rnol = -1,2516 + 2,5882 T/N
BALANCE DE RADIACION (Rn)
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BALANCE DE RADIACION (Rn)
Q i
Q rq i
q r
i
t
Rn = Rnoc Rnol
t ii I I )-(1 )q+(Q= Rn
TRANSPORTE Y DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES EN LA ATMÓSFERA
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TRANSPORTE Y DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES EN LA ATMÓSFERA
http://www.meted.ucar.edu/dispersion/basics/print.htm
buscar dispersión básica
http://www.windows2universe.org/earth/Atmosphere/vocs.html&lang=sp