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38 l parapente y el ala delta son modalidades de vuelo sin motor en las que los pilotos despegan a pie desde una pendiente y planean por el aire hasta aterrizar. Igual que en otras modalidades de vuelo libre, es posible aprovechar la ascendencia producida por el viento al remontar un relieve, y también las ascendencias térmicas que dan origen a las nubes. La mayoría de estas corrientes ascendentes son favorables para el vuelo, pero en ocasiones se vuelven violentas cuando la convección atmosférica se dispara y se desarrollan las nubes de tormenta, llamadas cumulonimbos. Todos los años hay algunos casos de pilotos que se ven sorprendidos y atrapados por estas violentas ascendencias: arrastrados hasta altitudes de más de 6000 o 7000 m, apedreados por el granizo, sometidos a temperaturas de 20 a 30 grados bajo cero y rodeados por las descargas eléctricas de los rayos, la mayoría de los que se han visto en una situación así han perdido la vida. Los cumulonimbos representan una amenaza real para estos deportes aéreos. Con el estudio de la unidad alcanzaremos los siguientes objetivos: 1. Conocer la estructura y composición de la atmósfera, así como el papel protector y regulador que realiza de las condiciones climáticas de la superficie. 2. Comprender la dinámica atmosférica a escala global y a escala meteorológica. 3. Estudiar los parámetros que influyen sobre las condiciones meteorológicas y relacionarlos con las situaciones atmosféricas normal y de inversión. 4. Describir las variables que determinan los tipos de climas, conocer una clasificación de los climas del mundo y reconocer en ella los principales climas de España. 5. Identificar algunos de los cambios climáticos del pasado. 6. Conocer los principales impactos sobre la atmósfera y el sistema climático, y las principales formas de contaminación atmosférica a escala local, regional y global. E UNIDAD La atmósfera2 Vuelo en parapente. Al fondo, nubes de desarrollo que pueden originar cumulonimbos (C.A.S.) 39 1. LA ATMÓSFERA: ���������� � ESTRUCTURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.1. Composición de la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.2. Estructura vertical de la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2. ACTIVIDAD PROTECTORA Y REGULADORA DE LA ATMÓSFERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.1. Función protectora de la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.2. Función reguladora de la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.3. Homeostasis de la atmósfera terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3. DINÁMICA ATMOSFÉRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.1. La convección a gran escala en la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2. Meteorología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3. Fenómenos meteorológicos violentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4. EL CLIMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.1. Clasificación de los climas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.2. Climogramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.3. Los climas de España . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.4. Los cambios climáticos en el pasado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5. IMPACTOS NEGATIVOS SOBRE LA ATMÓSFERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.1. Sustancias contaminantes primarias y secundarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2. Dispersión y efectos de los contaminantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 5.3. Principales impactos sobre la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.4. Detección, prevención y corrección de impactos sobre la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Í N D I C E D E C O N T E N I D O S Aire Capas La atmósfera Temperatura Protección y regulación Tiempo atmosférico Contaminación Atmosférica está compuesta por realiza funciones de la dinámica de la troposfera origina el se ve afectada por y estructurada en sus valores medios determinan el que puede producir Clima Impactos ambientales separadas por cambios de que en el tiempo geológico ha tenido Cambios climáticos 40 LA ATMÓSFERA 2UNIDAD 1. La atmósfera: estructura y composición La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve los planetas. Los cuatro planetas rocosos del Sistema Solar, Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, tienen cada uno una atmósfera característica: la de Mercurio es casi inexistente, la de Venus es extremadamente densa y está formada por dióxido de carbono y óxidos de azufre, la de Marte es muy tenue y está formada por dióxido de carbono. La atmósfera terrestre es la única cuya composición se encuentra fuera del equilibrio químico. 1.1. Composición de la atmósfera La atmósfera terrestre está formada mayoritariamente por nitrógeno molecular (78%) y oxígeno (20,9%), con un 0,93% de argón, una pequeña proporción de dióxido de carbono (0,03%), y una cantidad variable de vapor de agua. Hay además gases en concentraciones muy pequeñas pero significativas, como el ozono, el metano, óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno. Esta composición contrasta vivamente con la que tendría nuestra atmósfera si no hubiera vida en la Tierra. La atmósfera terrestre tiene una composición química y una estructura que delatan inequívocamente la existencia de vida en su superficie. Composición de la atmósfera (I.M.H.)Atmósfera Tierrasin vida Tierra actual Explicación de la diferencia entre la Tierra sin vida y la Tierra actual Nitrógeno 3% 78% Producido por las bacterias desnitrificantes, quereducen los iones nitrato y nitrito del suelo. Oxígeno 0,1% 20,9% Residuo de la fotosíntesis oxigénica. Ozono – Trazas Formado a partir del oxígeno por la radiaciónultravioleta. Óxidos de azufre, ácido sulfúrico 0,1 % Trazas La lluvia elimina estos compuestos de la atmósfera, formando la lluvia ácida. Dióxido de carbono 96% 0,03% La fotosíntesis consume CO2. Metano – 1,5 ppm Producido por bacterias metanógenas. Vapor de agua – 0-5% La atmósfera puede contener mucha humedad. Dioxinas, CFC y otros gases – Trazas Producidos por la actividad industrial. Presión atmosférica en la superficie 60 1 La acumulación del CO2 en las rocas calizas en forma de CaCO3 ha disminuido la masa de la atmósfera. Temperatura media en la superficie 280 ºC 15 ºC La escasa concentración de CO2 produce un efecto invernadero muy suave. Atmósfera Venus Tierrasin vida Marte Nitrógeno 3,5% 3% 2,7% Oxígeno < 0,1% 0,1% 0,15% Ozono – – – Óxidos de azufre, ácido sulfúrico 0,1% 0,1 % < 0,1 % Dióxido de carbono 96% 96% 95% Metano – – Trazas Vapor de agua – – – Dioxinas, CFC y otros gases – – – Presión atmosférica en la superficie 93 60 0,07 Temperatura media en la superficie 467 ºC 280 ºC -55 ºC 1. La atmósfera: composición y estructura 41 1.2. Estructura vertical de la atmósfera La atmósfera presenta una estructura vertical con cuatro capas delimitadas por tres discontinuidades. La existencia y distribución de estas capas está determinada por la existencia de tres máximos de temperatura. Los máximos de temperatura se corresponden con las zonas donde es más eficaz la absorción de las radiaciones solares: ● Entre los 100 y los 300 km de altura, aunque la atmósfera es muy tenue, se produce la absorción de las radiaciones más ionizantes, como los rayos X y los rayos gamma. Estas radiaciones arrancan algunos electrones de los átomos de los gases, dejándolos ionizados. ● Entre los 50 y los 35 km de altitud, la mayor densidad del aire permite una eficaz absorción de la radiación ultravioleta, formándose el ozono a partir del oxígeno. La ozonosfera presenta temperaturas entre cero y 20 ºC. ● El suelo absorbe gran parte de la luz visible que llega hasta la superficie terrestre y se calienta. El suelo, a su vez, calienta el aire situado sobre él. Estos máximos se intercalan con dos mínimos de temperatura: ● Uno que da lugar a la tropopausa, a unos 10 000 metros de altitud. ● Otro que forma la mesopausa, a unos 80 km de altitud. La distribución de estos máximos y mínimos de temperatura determina la existencia o no de corrientes de convección en cada capa de la atmósfera. Estructura de la Tierra. (I.M.H.) lonosfera > 40 ºC Ozonosfera 20 ºC Suelo 15 ºC 42 La convección en la atmósfera Las corrientes de convección son las que se forman en una masa de fluido, ya sea líquido o gas, que es calentado desde abajo. El fluido caliente tiende a ascender al perder densidad, mientras que el fluido más frío de la superficie tiende a hundirse. De este modo se produce una eficaz mezcla vertical en el fluido. A la vista del dibujo de las capas de la atmósfera podemos deducir que la troposfera presenta corrientes de convección, ya que se encuentra a mayor temperatura en su parte baja, en contacto con el suelo, que en la tropopausa que forma su techo y en la que se alcanzan temperaturas de 50 grados bajo cero. Por su parte, la estratosfera no presenta corrientes de convección sino que se encuentra estratificada, como refleja su nombre. En ella hay fuertes vientos horizontales, pero no hay mezcla vertical del aire, y la causa de su estratificación es la presencia de la ozonosfera que ocupa su parte alta, cerca de la estratopausa. La ozonosfera se considera incluida en la estratosfera. La dinámica de la troposfera está determinada por la convección. Esas corrientes verticales son las que dan lugar a la nubosidad y a todos los fenómenos meteorológicos. La presión atmosférica La atmósfera se encuentra comprimida bajo su propio peso: cuanto mayor es la columna de aire que hay sobre un punto de la superficie terrestre, mayor es la presión que el aire ejerce, por lo que la presión atmosférica es mayor al nivel del mar que en lo alto de una montaña. Lo mismo sucede en el fondo de una piscina: la presión que ejerce el agua en la parte profunda es mayor que donde cubre poco. Sin embargo, a diferencia del agua, que no varía su volumen si la comprimimos, el aire sí puede comprimirse y hacerse más denso, por lo que cerca de la superficie, donde el aire está a mayor presión, es mucho más denso que a gran altitud, donde la presión es mucho menor. Como consecuencia, la troposfera, aunque abarca menos de un 5% del espesor de la atmósfera, contiene más del 85% de la masa del aire. LA ATMÓSFERA 2UNIDAD Un fluido que es calentado desde abajo entra en convección, ya que al calentarse pierde densidad y tiende a flotar hacia la superficie. Por el contrario, una masa de fluido que está más caliente en su parte alta que en su parte baja no presenta corrientes de convección; está estratificada. (I.M.H.) La presión atmosférica es máxima en la superficie terrestre y disminuye rápidamente con la altitud. (I.M.H.) 43 A c t i v i d a d e sA c t i v i d a d e s 1. ¿Qué gas o gases presenta la atmósfera terrestre que pueden ser atribuidos a la actividad biológica? No olvides mencionar los que son producidos por las actividades humanas. 2. Actualmente la concentración de CO2 en la atmósfera es de unas 380 ppm (partes por millón). Expresa esta cantidad en tanto por ciento. 3. El dibujo representa un recipiente con agua al que se le han adosado dos placas: una caliente (representada en color rojo) y otra fría (en azul). Indica cómo se producirán las corrientes de convección en el interior del recipiente. 4. Razona por qué, si en la atmósfera no hubiera oxígeno, no existiría la estratosfera. 5. Las nubes de tormenta, los cumulonimbos, son las nubes convectivas que alcanzan mayor desarrollo; algunas tienen más de ocho kilómetros de altura, pero cuando su parte superior llega a la tropopausa, deja de crecer y se extiende horizontalmente como si hubiera tropezado con un techo, formando el conocido yunque que corona estas nubes. ¿Por qué no pueden continuar creciendo los cumulonimbos dentro de la estratosfera? 6. Un avión comercial que tiene que atravesar en su ruta una zona afectada por fuertes tormentas, ¿se encuentra en peligro de ser sacudido por las violentas turbulencias que acompañan a las nubes de tormenta? 7. En la figura de las capas de la atmósfera se representa, con unas flechas amarillas, la radiación solar que llega a la Tierra. Indica cuáles de esas flechas corresponden a las radiaciones ionizantes, cuáles representan la radiación ultravioleta y cuáles identifican la luz visible. R e c u e r d aR e c u e r d a � La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve un planeta. La atmósfera terrestre es la única cuya composición química delata la existencia de fenómenos biológicos. � Está formada por una mezcla de gases denominada aire, cuya composición es 78% de nitrógeno, 21% de oxíge- no, 0,93% de argón y pequeñas cantidades de otros gases, entre los que destacan el ozono, el dióxido de carbo- no y una cantidad muy variable de vapor de agua. � Está estructurada en capas: ● La troposfera abarca desde el suelo hasta los 10-15 km de altura, donde está la tropopausa. ● La estratosfera abarca desde la tropopausa hasta la estratopausa, situada a 50 km de altura, y contiene la capa de ozono u ozonosfera. ● La mesosfera comienza en la estratopausa y llega hasta la mesopausa, a 80 km de altura. ● La ionosfera o termosfera comienza en la mesopausa y no tiene un límite superior claro. Cumulonimbo. (NOAA. Dominio público) 44 LA ATMÓSFERA 2UNIDAD 2. Actividad protectora y reguladora de la atmósfera Aunque la atmósfera terrestre es muy delgadaen comparación con el radio de la Tierra, realiza una eficaz función de protección de la vida y de regulación de las condiciones climáticas. Presenta, además, la capacidad de mantener dentro de unos estrechos márgenes los valores de algunas de sus variables más características, como la concentración de oxígeno, la presión atmosférica, la temperatura media, etc., es decir: presenta homeostasis. 2.1. Función protectora de la atmósfera La atmósfera protege la superficie de la Tierra de diversas formas: ● Detiene los meteoroides, pequeños fragmentos rocosos o metálicos que viajan por el Sistema Solar y caen a la Tierra, impidiéndoles alcanzar la superficie. El rastro luminoso que dejan en el cielo al desintegrarse son las estrellas fugaces. Los meteoritos son los meteoroides que llegan hasta la superficie terrestre. Incluso los meteoritos, al impactar con el suelo, han disminuido mucho su tamaño y su velocidad por la intensa fricción con la atmósfera. ● Detiene el viento solar, formado por las partículas subatómicas (protones, neutrones y núcleos de helio) que llegan a gran velocidad procedentes del Sol y que han logrado penetrar el campo magnético. La colisión de estas partículas con la alta atmósfera, en la mesosfera, produce las auroras polares. ● Absorbe las radiaciones ionizantes, como los rayos gamma, los rayos X y la radiación ultravioleta de longitud de onda ultracorta (ultravioleta extremo). Estas radiaciones son las que dan lugar a la ionosfera. ● Absorbe la radiación ultravioleta de longitud de onda corta (UVB y UVC) en la estratosfera. La reacción de las moléculas de oxígeno a esta radiación da lugar al ozono, que caracteriza la ozonosfera. Los meteoroides que entran en la atmósfera y llegan a la superficie terrestre se denominan meteoritos. Meteorito metálico expuesto en el Jardín Botánico de Helsinki. (I.M.H.) ¿ S a b í a s q u e . . . ?¿ S a b í a s q u e . . . ? Las auroras polares, llamadas auroras boreales cuando se producen en el hemisferio norte y auroras australes cuando se forman en el hemisferio sur, se observan normalmente en las latitudes más altas, cerca de los polos, ya que es en los polos magnéticos donde la magnetosfera, el campo magnético terrestre, es más débil, y es en esas zonas por lo tanto donde parte del viento solar puede atravesarlo y llegar a interactuar con la alta atmósfera. 45 2.2. Función reguladora de la atmósfera La atmósfera terrestre realiza una importante acción reguladora sobre las condiciones ambientales de la superficie: ● Retiene parte de la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre, produciendo un efecto invernadero. Los principales gases que causan ese efecto son el dióxido de carbono, el metano, el vapor de agua y los CFC (gases clorofluorocarbonados producidos industrialmente). Este suave efecto invernadero mantiene la temperatura unos 33 ºC más alta de lo que sería sin la presencia de estos gases, ya que la temperatura media de la superficie es de 15 ºC y se calcula que en ausencia de atmósfera esta temperatura sería de -18 ºC. ● Distribuye la energía térmica por la superficie terrestre, amortiguando las diferencias de temperatura entre el ecuador y los polos mediante corrientes atmosféricas que transportan la energía térmica. ● Establece un intercambio térmico con las masas de agua, especialmente con el océano, lo que atenúa sensiblemente los cambios térmicos en las zonas próximas al mar. Esta es la razón de que las zonas costeras tengan unos valores menos extremos, tanto en invierno como en verano, que las zonas situadas en el interior de los continentes. ● Mantiene las temperaturas superficiales en valores aptos para la vida gracias al efecto aislante de la estratosfera. La estratosfera impide que el aire extrema- damente frío de la mesosfera descienda hasta la superficie y que el aire relativamente más cálido de la troposfera ascienda hasta las capas más altas, ya que la estratosfera, al no poseer en su interior movimientos de convección, impide que el aire de la troposfera pueda mezclarse con el de las capas situadas sobre ella. Este efecto es el mismo que se consigue al cerrar las ventanas de una habitación, cuando aislamos el aire de su interior e impedimos que el aire frío del exterior se mezcle con él. ● Distribuye la humedad sobre la superficie terrestre. La humedad que el aire recoge del océano es llevada hacia el interior de los continentes, donde precipita en forma de lluvia y nieve. Tallinn (Estonia), a 59º N de latitud. Debido a su situación costera, las temperaturas en invierno no bajan de -15 ºC, mientras que en Moscú (latitud 55º N), situado en el interior del continente, se alcanzan los -35 ºC. (I.M.H.) 46 2.3. Homeostasis de la atmósfera terrestre La homeostasis de un sistema es su capacidad para mantener los valores de sus variables más características dentro de unos márgenes relativamente estrechos, o, dicho de otra forma, es la capacidad de un sistema para resistirse a los cambios que intentan imponerse desde el exterior. La atmósfera presenta una gran estabilidad en su composición química y en su dinámica. El registro fósil permite ver que la química atmosférica ha variado poco en los últimos 600 millones de años. En efecto, en ese intervalo de tiempo ha habido: ● Notables fluctuaciones en la cantidad de energía recibida desde el Sol. ● Épocas de intenso vulcanismo en las que se han arrojado grandes volúmenes de cenizas a la atmósfera. ● Colisiones de meteoritos que han producido catástrofes ambientales. ● Cambios en la química de los océanos producidos por la actividad volcánica de las dorsales oceánicas. Como consecuencia de estas alteraciones, el sistema climático ha atravesado glaciaciones y épocas de intenso efecto invernadero, pero repetidamente ha vuelto a recuperar su estabilidad. La homeostasis de un sistema revela que contiene bucles de realimentación negativa, es decir, mecanismos que ante una variación significativa de una variable, actúan corrigiendo esa variación y devolviendo el sistema a la situación de equilibrio. Los bucles de realimentación son cadenas causales que se cierran sobre sí mismas, es decir, dos o más procesos que se influyen encadenadamente, de manera que un cambio en uno de ellos produce un cambio en todos los demás, y acaba afectando al mismo proceso que se alteró inicialmente. Como ya explicamos en la Unidad 1, las relaciones causales en estos bucles se indican por flechas sobre las que se indica si la relación es directa (signo +) o inversa (signo –). Un bucle que contiene un número impar de relaciones inversas es un bucle de realimentación negativa (representado con un círculo en cuyo interior hay un signo –); un bucle que no contiene relaciones inversas o que contienen un número par de ellas es un bucle de realimentación positiva (representado con un círculo con un signo +). LA ATMÓSFERA 2UNIDAD Bucle de realimentación negativa. Si aumenta la radiación solar que llega al suelo, aumenta la temperatura de este, y aumenta también la del aire, la evaporación y la nubosidad. El aumento de la capa de nubes incrementa el albedo (la cantidad de luz reflejada por la Tierra) y hace disminuir la radiación solar que llega al suelo, lo que disminuye la temperatura del suelo, la temperatura del aire, la evaporación, la nubosidad y el albedo, lo que hace aumentar de nuevo la radiación que llega al suelo, etc. La presencia de estos bucles de realimentación negativa proporciona estabilidad a un sistema al mantener sus variables dentro de unos límites. (I.M.H.) 47 A c t i v i d a d e sA c t i v i d a d e s 8. ¿Qué significa que la atmósfera presenta homeostasis? 9. Explica cómo se forman las auroras polares. ¿Por qué se forman con mayor frecuencia e intensidad cuando aumenta la actividad solar y por qué solo pueden observarse en las latitudes más altas, cerca de los polos? 10. El efecto invernadero retiene la radiación calorífica (infrarroja) que emite la Tierra tras ser calentada por la radiación solar. ¿Cuáles de los gases que causan esteefecto han visto alterada su concentración en la atmósfera por las actividades humanas? 11. En Venus la temperatura media superficial es de unos 467 ºC. ¿Hay algún componente de su atmósfera al que pueda atribuírsele el efecto de mantener esa elevada temperatura superficial? 12. Un invierno muy frío en un hemisferio puede hacer que la extensión de tierra cubierta de nieve y hielo aumente, lo que aumentaría el albedo terrestre y haría disminuir la temperatura de la atmósfera, lo que a su vez produciría que el siguiente invierno fuera también más frío. Relaciona mediante flechas los elementos resaltados, indica si las relaciones entre ellos son directas (+) o inversas (-) y si se trata de un bucle de realimentación positiva o negativa. R e c u e r d aR e c u e r d a � La atmósfera realiza una función protectora de la superficie terrestre. ● Detiene o frena los meteoroides. ● Detiene el viento solar ● Actúa de filtro absorbiendo las radiaciones ionizantes y la radiación ultravioleta. � La atmósfera realiza una función reguladora de las condiciones ambientales de la superficie terrestre. ● Realiza un suave efecto invernadero al retener parte de la radiación infrarroja. ● Distribuye la energía térmica sobre la superficie terrestre. ● Establece un intercambio térmico con la hidrosfera. ● Mantiene las condiciones ambientales en valores aptos para la vida. ● Distribuye la humedad sobre la superficie terrestre. � Además, la atmósfera presenta homeostasis, capacidad de mantener sus variables dentro de unos márgenes, debido a la existencia de bucles de realimentación negativa. 48 3. Dinámica atmosférica La dinámica de la atmósfera terrestre está determinada por la circulación general de las masas de aire en la troposfera, lo que a su vez origina la zonación climática y los fenómenos meteorológicos. 3.1. La convección a gran escala en la atmósfera La radiación solar se reparte desigualmente sobre la superficie terrestre; la insolación es máxima en la zona ecuatorial y mínima en los polos, por lo que el aire en estas zonas presenta temperaturas muy diferentes que inducen en la atmósfera movimientos de convección a escala planetaria. Cuando las masas de aire cálido ecuatoriales se desplazan hacia los polos, el efecto de Coriolis las desvía hacia su derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, y la trayectoria que se inició a lo largo de los meridianos acaba siguiendo los paralelos. Lo mismo ocurre con las masas de aire frío situadas en los polos que se desplazan hacia el ecuador, por lo que en cada hemisferio, en vez de formarse una única célula convectiva, se forman tres cinturones convectivos. LA ATMÓSFERA 2UNIDAD El “efecto de Coriolis” Una masa de aire que se encuentra en el ecuador terrestre, posee una velocidad hacia el este al acompañar a la Tierra en su movimiento de rotación. Si esta masa se desplaza hacia uno de los polos, conserva la misma velocidad tangencial hacia el este, pero el suelo, al hacerse cada vez menor su distancia al eje de giro, va disminuyendo su velocidad tangencial. Como resultado de ello, la masa de aire va hacia el este más deprisa que el suelo, que se queda rezagado respecto a ella. Para un observador situado en el ecuador, esa masa de aire será incapaz de realizar una trayectoria rectilínea desde el ecuador hasta el polo, y se desviará hacia el este o, lo que es lo mismo, hacia su derecha si se dirige al polo Norte y hacia su izquierda si viaja hacia el polo Sur. Este efecto recibe el nombre del físico y matemático francés Gaspard Gustave de Coriolis (1972-1843), que lo describió y formuló en 1836. El efecto de Coriolis desvía la trayectoria de las masas de aire que se desplazan desde el ecuador hacia los polos y viceversa, empujándolas hacia su derecha en hemisferio norte y hacia su izquierda en el hemisferio sur. Esto hace que se formen en cada hemisferio tres masas de aire que dan lugar a seis cinturones convectivos que circundan el planeta. Estas masas de aire no se mezclan con facilidad entre sí, pero interactúan intensamente en las zonas donde entran en contacto, originando las zonas de convergencia o zonas climáticas, con una pluviosidad y temperatura características. En la figura se muestran los vientos que circulan a nivel de la superficie terrestre. En las zonas de convergencia ascendente predomina la pluviosidad, mientras que en las zonas en que la convergencia produce el descenso de las masas de aire, predominan los cielos despejados. (I.M.H.) 49 Las zonas de convergencia o zonas climáticas En las zonas donde dos masas de aire convergen se establecen climas característicos: ● Sobre los polos Norte y Sur la convergencia se produce en altura y el aire muy frío desciende hacia el suelo, por lo que no se produce nubosidad y las precipitaciones son muy escasas. ● A una latitud de unos 65º norte y sur la convergencia se produce en la superficie y las masas de aire polar y templada tienden a ascender originando la zona de convergencia templado húmeda. En su ascenso se enfrían, la humedad que llevan se condensa y da lugar a precipitaciones, por lo que en esta zona de convergencia las precipitaciones son abundantes. ● A una latitud de unos 30º norte y sur se produce en altura la convergencia entre las masas de aire tropical y templada, y el aire tiende a descender formando la zona de convergencia tropical de escasas precipitaciones. En esta zona se forman los grandes desiertos cálidos de la Tierra, como el del Sahara y el de Libia. ● Sobre el ecuador las masas de aire tropical convergen en superficie y tienden a ascender formando la zona de convergencia ecuatorial o intertropical. Son masas de aire cálidas y cargadas de humedad, por lo que su ascenso condensa mucha humedad y produce abundantes precipitaciones. Meteorología y clima ● La meteorología estudia los fenómenos atmosféricos cuya escala abarca desde decenas de kilómetros (como las tormentas) a unos miles de kilómetros (como las bandas nubosas asociadas a las borrascas) y que se desarrollan en períodos de tiempo de entre unas horas y unos días. ● El clima de una región se identifica por los valores medios anuales de la temperatura y la pluviosidad, obtenidos a partir de los datos registrados durante muchos años. Cuantos más años abarque el registro de las precipitaciones y las temperaturas diarias, con más exactitud pueden calcularse estos valores medios. Las zonas de convergencia originan las zonas climáticas. (I.M.H.) 50 LA ATMÓSFERA 2UNIDAD 3.2. Meteorología Los fenómenos meteorológicos, como las lluvias, la nubosidad, los vientos, etc., son el resultado de unas condiciones atmosféricas que están producidas por muchos factores; por eso resulta complicado realizar predicciones exactas. Las principales variables que intervienen en los fenómenos meteorológicos son: La presión atmosférica El aire tiende a desplazarse desde las zonas de mayor presión atmosférica, denominadas anticiclones, a las de menor presión atmosférica, las borrascas. Los anticiclones son zonas donde hay un flujo descendente de aire, que en superficie diverge en todas direcciones; las borrascas son zonas donde el aire converge en la superficie y asciende. El recorrido que realiza el aire al moverse desde los anticiclones hacia las borrascas no es rectilíneo, ya que el efecto de Coriolis lo desvía hacia su derecha (en el hemisferio norte) o hacia su izquierda (en el hemisferio sur), haciendo de su trayectoria una espiral. En el hemisferio norte el aire gira en sentido contrario a las agujas del reloj al converger en las borrascas y en sentido horario al divergir en los anticiclones. En el hemisferio sur estos giros son a la inversa. El gradiente térmico de la troposfera Es la forma en que varía la temperatura con la altura. Se considera que un gradiente es normal cuando al ascender en la atmósfera las temperaturas son cada vez más bajas, y que un gradiente es inverso, o que hay una situación de inversión, cuando al ascender la temperatura es cada vez más alta o se mantieneconstante. ● En una situación de gradiente normal puede producirse convección, ya que el aire caliente tenderá a ascender al tener sobre él aire más frío; se dice entonces que hay inestabilidad atmosférica, lo que propicia la formación de nubes y precipitaciones. ● En una situación de inversión no se produce convección, ya que el aire caliente, menos denso que el frío, se encuentra arriba; en estas condiciones se dice que hay estabilidad, lo que trae cielos despejados y ausencia de viento. La humedad relativa La humedad relativa del aire es la cantidad de vapor de agua que contiene en relación a la que podría tener como máximo dada su temperatura; se expresa en forma de un porcentaje. La curva de saturación de la figura indica esa cantidad máxima, es decir, el 100% de humedad relativa para cada temperatura. La gráfica representa un ejemplo del gradiente de temperatura en la atmósfera en un lugar y en un momento concretos. Entre el suelo y los 500 m, y desde los 800 m hacia arriba, el gradiente es normal, mientras que entre los 500 y los 800 m hay una inversión en la que no se produce convección. (I.M.H.) Cálculo de la humedad relativa. (I.M.H.) 51 Cuando una masa de aire subsaturada en humedad (que contiene menos del 100% de humedad relativa) se enfría, puede atravesar la curva de saturación (lo que también se llama atravesar su punto de rocío) y pasar a estar sobresaturada, con lo que la humedad se condensa y se hace visible en forma de nubes. En la gráfica es lo que ocurriría si la masa de aire (C) se desplazara hacia la izquierda siguiendo la línea de trazos. Esto es lo que sucede cuando una masa de aire asciende, ya sea porque se produce una convergencia de vientos en superficie o porque el aire se ve obligado a remontar un relieve. Al ascender encuentra una presión atmosférica cada vez menor, por lo que se expande, y al expandirse se enfría; este enfriamiento es el que produce la condensación de la humedad al atravesarse la curva de saturación o punto de rocío. 3.3. Fenómenos meteorológicos violentos Los principales riesgos meteorológicos están asociados a situaciones de fuerte inestabilidad atmosférica, con aire muy cálido y húmedo en superficie y aire muy frío en las capas altas de la troposfera. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre el aire cálido superficial y el aire frío en altura, y cuanto mayor sea la humedad que contiene el aire superficial, más enérgica es la convección y mayor es la violencia del proceso que se activa. Por ello los procesos más destructivos son los que se producen sobre el mar en latitudes tropicales, en las épocas en que el mar ha estado expuesto durante varios meses a una fuerte insolación. Situación atmosférica de riesgo Fenómeno meteorológico Escala espacial y temporal Riesgos derivados Aire caliente y húmedo en superficie y aire frío en altura. Sobre tierra firme Tormenta Pocos km 2; pocas horas. Inundaciones; avenidas torrenciales; electrocución de personas y animales; daños en tendidos eléctricos; granizo de gran calibre (pedrisco). Tornado Pocos km 2; pocas horas. Fuertes vientos que producen graves daños. Superficie del mar caliente y aire muy frío en altura Depresión aislada en los niveles altos (DANA o “gota fría”) Cientos de km2; uno a tres días. Inundaciones, avenidas torrenciales, pedrisco, descargas eléctricas. Huracán Miles de km 2; varios días. Inundaciones; avenidas torrenciales; desliza- mientos de tierras; fuertes vientos; oleaje muy destructivo. Efecto foehn Cuando una masa de aire subsaturada en humedad (que contiene menos del 100% de humedad relativa) se enfría, puede atravesar la curva de saturación (lo que también se llama atravesar su punto de rocío) y pasar a estar sobresaturada, con lo que la humedad se condensa y se hace visible en forma de nubes. En la gráfica es lo que ocurriría si la masa de aire (C) se desplazara hacia la izquierda siguiendo la línea de trazos. Esto es lo que sucede cuando una masa de aire asciende, ya sea porque se produce una convergencia de vientos en superficie o porque el aire choca con una montaña. Cuando la masa de aire saturada de humedad proveniente del océano llega a la montaña, se ve obligada a remontar el relieve, por lo que se enfría y condensa, formándose nubes que descargan el agua en esa ladera de la montaña (barlovento = lugar por donde llega el viento). Por esta razón, en la zona de barlovento el clima es más lluvioso y húmedo y, como consecuencia, la vegetación está más desarrollada; mientras que en el lado de sotavento (zona a la que no llega el viento) el aire desciende rápidamente por la ladera, calentándose a medida que aumenta la presión al descender y con una humedad sumamente escasa por esta razón, estás laderas tienen una la vegetación mucho más escasa. Este efecto barrera lo vemos, por ejemplo, en las islas Canarias especialmente en las que presentan un relieve más acusado. A estas islas llegan vientos alisios procedentes del Atlántico y por el efecto barrera de las montañas, en su vertiente de barlovento se acumulan las nubes y las lluvias (generalmente coincidentes con la zona norte o noroeste de las islas), mientras que en la zona sur o sureste (donde se localizan las playas más conocidas) se produce el llamado efecto foehn (proceso descrito en las laderas de sotavento y que origina un viento muy seco y cálido). Se llama efecto foehn al calentamiento del aire producido al descender éste por las vertientes de las montañas opuestas a la dirección de los vientos. En origen, se denominaba así en Suiza a este tipo de vientos secos y cálidos, propios de las vertientes alpinas de sotavento. Foehn era el nombre local del viento. El estudio por primera vez del fenómeno en esa zona generalizó la utilización del término para designar a todo el proceso. 52 LA ATMÓSFERA 2UNIDAD Los riesgos atmosféricos están asociados a situaciones de violenta convección en la troposfera. La intensidad y la capacidad destructora de los fenómenos meteorológicos producidos es directamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre las capas bajas cálidas y las capas altas muy frías, así como a la humedad relativa del aire cálido. Tormentas cerca de Piedrahita (Ávila). Se observan las cortinas de lluvia. (I.M.H.) Tornado sobre Oklahoma. (Wikimedia Commons) Huracán Épsilon. Los huracanes se denominan también ciclones tropicales o tifones. (NASA. Dominio público) A c t i v i d a d e sA c t i v i d a d e s 13. Imagina que estás sobre un tiovivo que gira en sentido contrario a las agujas del reloj (como la Tierra vista desde el polo norte). Te encuentras en el borde del tiovivo (el equivalente al ecuador de la Tierra) y quieres ir hacia el centro del tiovivo (equivalente a desplazarse hacia el polo). a) ¿Por qué te sería muy difícil conseguir caminar en línea recta? b) ¿Hacia dónde te empujaría el efecto de Coriolis? 14. La latitud de La Coruña es 43º N, y la de Tenerife 28º N. ¿Dentro de qué masa de aire y de qué zona climática está situada cada una? 15. Explica qué diferencia hay entre los conceptos de clima y meteorología. Indica por qué no son correctas las expresiones “ese día hacía muy buen clima” y “el sureste peninsular tiene una meteorología calurosa y seca”. 16. Una masa de aire contiene 10 g de humedad/kg de aire seco y está a 20 ºC. a) ¿Tiene más o menos del 100% de humedad relativa? b) ¿Está sobresaturada o subsaturada de humedad? c) Si se enfría hasta los 5 ºC, ¿qué ocurrirá con la humedad que contiene? 17. ¿Qué condiciones meteorológicas tienen en común todos los fenómenos meteorológicos violentos, como las tormentas, los tornados y los huracanes? R e c u e r d aR e c u e r d a � La convección a gran escala en la Tierra se organiza en tres cinturones convectivos en cada hemisferio, seis en total, que delimitan siete zonas de convergencia o zonas climáticas. � El tiempo atmosférico depende de tres factores principales: la presión atmosférica, la humedad relativa y el gradiente atmosférico de temperatura,que puede ser normal o invertido. En este último caso no se produce convección. � Los anticiciclones son zonas de altas presiones atmosféricas; las borrascas son zonas donde la presión atmosférica tiene valores relativos más bajos. El aire tiende a desplazarse desde los anticiclones hacia las borrascas, originando los vientos. � La curva de saturación relaciona la humedad absoluta del aire con la temperatura; permite calcular su humedad relativa y saber si está subsaturado o sobresaturado de humedad, o si está en el punto de rocío. � Los fenómenos atmosféricos violentos se originan cuando hay un fuerte gradiente normal de temperatura y una elevada humedad del aire en superficie. Son las tormentas, la DANA o “gota fría”, los tornados y los huracanes. 53 4. El clima El clima de una región está definido por la temperatura media y la pluviosidad anuales, y por otras variables estadísticas, como la distribución de las temperaturas y la pluviosidad a lo largo del año, y sus valores máximos y mínimos. Hay cuatro factores que determinan el clima de una región o influyen sobre él: ● La zona climática, que depende a su vez de la latitud. ● La altitud, ya que una gran altitud tiene un efecto similar a una elevada latitud. ● La cercanía al mar, que suaviza las temperaturas de verano e invierno. ● Los vientos dominantes, que afectan a la temperatura y a la pluviosidad. 4.1. Clasificación de los climas Las zonas de convergencia de las masas de aire originan siete zonas climáticas que se distribuyen en bandas irregulares paralelas al ecuador, y dentro de estas zonas se reconocen muchos tipos de climas. Una de las clasificaciones más utilizadas es la de Köppen-Geiger que reconoce treinta tipos agrupados en cinco climas principales. Clasificación climática de Köppen-Geiger. (I.M.H. y M.L.B.) 54 4.2. Climogramas Un climograma es una representación gráfica de las precipitaciones y las temperaturas medias mensuales a lo largo del año. Se representan en el eje de abscisas los doce meses del año y en el de ordenadas se utiliza una doble escala: una para las precipitaciones (en mm o L/m2), a la derecha y otra para las temperaturas (en ºC), a la izquierda. Normalmente la gráfica de precipitaciones se representa en azul y la de temperaturas en rojo. En el tipo de climograma más utilizado, las precipitaciones se representan mediante barras y las temperaturas con puntos unidos con una línea. 4.3. Los climas de España La clasificación de Köppen-Geiger permite diferen ciar siete climas diferentes en la península Ibérica: ● El clima polar de tundra (ET) en algunas zonas del Pirineo. ● El templado de precipitaciones constantes y verano templado (Cfb). ● El templado de verano templado y seco (Csb). ● El continental de verano seco y templado (Dsb). ● El árido estepario y frío (BSk). ● El templado de verano seco y cálido (Csa). ● El continental de verano seco y cálido (Dsa). Las islas Baleares están incluidas en el tipo Csa, mientras que las islas Canarias presentan un clima tropical de precipitaciones constantes (Af) en el norte de Tenerife, La Palma, Gran Canaria y, en menor medida, El Hierro, y un clima árido (BSh) en la zona sur de estas islas, así como en la Gomera, Lanzarote y Fuerteventura. LA ATMÓSFERA 2UNIDAD Dos tipos de climogramas: a la izquierda, con las precipitaciones medias mensuales en barras y tres líneas para las temperaturas máxima, mínima y media (es más frecuente representar únicamente las temperaturas medias). A la derecha, climograma con las precipitaciones representadas con puntos unidos con una línea. En este tipo de climograma la escala de las precipitaciones es doble de la escala de temperaturas, lo que permite detectar la estación o estaciones secas (sombreadas en amarillo), en las zonas donde la gráfica de precipitaciones queda por debajo de la gráfica de temperaturas. (Wikimedia Commons) Climas de España según la clasificación de Köppen-Geiger. (Wikimedia Commons) 55 4.4. Los cambios climáticos en el pasado El pasado climático de la Tierra se puede reconstruir con gran fiabilidad utilizando una serie de indicadores paleoclimáticos. Algunos de estos indicadores son: ● La abundancia del isótopo 18 del oxígeno (18O) en las rocas sedimentarias marinas indica clima frío (el isótopo 16O, que se evapora con mayor facilidad, permanecía sobre los continentes en el hielo de los glaciares). ● Las estrías glaciares, producidas por las masas de hielo al deslizarse sobre los continentes, delatan una glaciación. ● La presencia de corales y de rocas calizas indica climas cálidos, ya que las calizas se depositan en plataformas continentales cálidas. ● La presencia de areniscas rojas (ricas en hematites, un óxido de hierro) indica la sedimentación en un clima muy árido. En los últimos mil millones de años la Tierra ha atravesado cuatro grandes glaciaciones (en azul en la figura) y al menos otros cuatro períodos de “invernadero” (en rojo), con temperaturas muy altas; por ejemplo, se calcula que en el Cretácico la temperatura media en el planeta era de 30 ºC (actualmente es de 15 ºC). La figura muestra también que en la actualidad nos encontramos en una glaciación que comenzó hace algo más de 30 millones de años. Esta glaciación ha tenido varios períodos interglaciales, en los que las temperaturas han subido y los casquetes glaciares de los polos han retrocedido, y períodos glaciales, de temperaturas muy bajas, en los que los glaciares han avanzado de nuevo. En la figura se indican las extinciones masivas que ha atravesado la biosfera. La más severa ocurrió hace 250 millones de años y marcó el final de la era Paleozoica. En ella desaparecieron más del 90% de las especies. Esta extinción se atribuyó inicialmente al impacto de un cometa contra la Tierra, pero investigaciones más recientes señalan como causa un efecto invernadero extremo que afectó a todo el planeta y produjo una falta de oxígeno generalizada en los océanos. Cuadro geocronológico. (I.M.H.) 2,6 56 LA ATMÓSFERA 2UNIDAD A c t i v i d a d e sA c t i v i d a d e s 18. El Kilimanjaro es un macizo volcánico situado en África, casi en el ecuador (latitud 3º S), cuyo pico más alto, el Uhuru, alcanza los 5892 m y tiene un clima polar. ¿Qué factor hace posible que en pleno ecuador terrestre haya una zona con clima polar? 19. En algunos relieves altos de la península Ibérica se da un clima continental de veranos secos y fríos. ¿Qué clave le corresponde a ese clima en la clasificación de Köppen-Geiger? 20. Los testigos de hielo que se extraen de los glaciares de la Antártida permiten reconstruir muchos datos climáticos de los últimos cientos de miles de años. En uno de ellos se encuentra que el hielo contiene un valor anormalmente alto del isótopo 16O, mientras que los sedimentos marinos de la misma edad contienen un valor anormalmente alto del isótopo 18O. Explica qué significan estos datos y cuál es la razón de esas anomalías. 21. La oxigenación de los océanos depende de la eficacia de las corrientes de convección que mezclan el agua superficial rica en oxígeno con el agua profunda. Explica por qué un efecto invernadero intenso puede hacer que los océanos se estratifiquen, se interrumpa la convección y los fondos oceánicos se empobrezcan en oxígeno. R e c u e r d aR e c u e r d a � El clima de una zona está delimitado por cuatro factores principales: la latitud, la altitud, la cercanía al mar y los vientos dominantes. � Los climogramas son representaciones gráficas de las precipitaciones y las temperaturas a lo largo del año. Hay varios tipos de climogramas dependiendo de lo que se desee destacar en ellos. � Los indicadores paleoclimáticos permiten reconstruir los climas del pasado. Son, entre otros, la presencia de estrías glaciares, las rocas carbonatadas, los corales, las areniscas rojas y las anomalías en la concentra- ción de isótopos como el 18O y el 16O. � La Tierra ha atravesado épocas de intenso efecto invernadero, con temperaturas medias altas, y glaciaciones en las que las temperaturas han sidomuy bajas y se han desarrollado extensos casquetes glaciares en los polos. Actualmente estamos en una glaciación. 57 5. Impactos negativos sobre la atmósfera Los impactos negativos sobre la atmósfera se detectan cuando se encuentran sustancias o radiaciones contaminantes de origen antrópico. El término “contaminación atmosférica” es más genérico y se refiere tanto a las sustancias y radiaciones contaminantes como a todo lo que puede afectar negativamente al confort de las personas, por ejemplo, ruido, calor excesivo, sequedad del aire, etc. 5.1. Sustancias contaminantes primarias y secundarias Un contaminante primario es una sustancia, ya sea gaseosa, líquida o en forma de partículas sólidas, que es emitida a la atmósfera, desde una fuente natural (como un volcán o un manantial sulfuroso) o desde una fuente antrópica (como un vertedero o una fábrica). Un contaminante secundario es una sustancia que se origina en la atmósfera mediante reacciones químicas. En la mayoría de los casos los contaminantes secundarios se forman a partir de contaminantes primarios (o bien a partir de otros contaminantes secundarios) mediante reacciones químicas como la fotooxidación, la disociación, la hidratación y otras. Por ejemplo, el SO2 (contaminante primario) origina SO3 (contaminante secundario) por una reacción de fotooxidación, y este origina H2SO4 (contaminante secundario) mediante una reacción de hidratación. Solamente se reconocen contaminantes primarios y secundarios. Aunque se produzcan varias reacciones encadenadas con distintos subproductos, estos no se denominan contaminantes terciarios ni cuaternarios. Emisión e inmisión ● La emisión de un contaminante primario es la masa de esa sustancia que se expulsa a la atmósfera por unidad de tiempo. Se mide por lo tanto en unidades de flujo, por ejemplo toneladas/año. ● La inmisión de un contaminante, primario o secundario, también es un flujo: es la masa de esa sustancia que se acumula en la atmósfera por unidad de tiempo. Puede tener valor positivo si la concentración del contaminante tiende a aumentar, negativo, si tiende a disminuir, o nulo, si su concentración se mantiene constante. ● El nivel de inmisión es la concentración de esa sustancia en la atmósfera en un lugar y en un momento concretos. Se mide en unidades de concentración, por ejemplo miligramos por metro cúbico (mg/m3). 58 5.2. Dispersión y efectos de los contaminantes La dispersión de los contaminantes primarios y secundarios depende de las condiciones meteorológicas y, cuando se trata de contaminantes que se expulsan en grandes cantidades o de forma continuada durante mucho tiempo, de la dinámica atmosférica a gran escala. Los contaminantes de origen antrópico, cuando alcanzan niveles de inmisión altos durante largos períodos, pueden producir diversos impactos negativos. Dispersión a escala local, regional y global ● A escala local, las situaciones meteorológicas de inversión y la ubicación de los focos de emisión en valles profundos puede propiciar su acumulación en la atmósfera, es decir, proporcionar elevados valores de inmisión, mientras que las brisas marinas o las brisas producidas por la insolación diaria sobre los relieves pueden propiciar valores de inmisión negativos. ● A escala regional, los vientos dominantes pueden transportar de forma continuada los contaminantes producidos en una zona hasta otra alejada, y acumularlos allí originando niveles altos de inmisión en un lugar donde no hay fuentes de emisión. ● A escala global la dispersión de los contaminantes depende de la circulación general de la atmósfera; a esta escala solo se dispersan los contaminantes más estables químicamente y que no se ven afectados por las reacciones fotoquímicas o por el lavado producido por las precipitaciones. Efectos de los contaminantes. Impactos negativos Los impactos negativos pueden producirse también a diferentes escalas: ● Los impactos a escala local afectan a áreas limitadas: un valle, una ciudad, etc. Los ruidos, el polvo, el humo, etc., producen este tipo de impactos locales. ● Los impactos a escala regional se producen sobre zonas más amplias y de límites difusos. La lluvia ácida, la dispersión de una nube radiactiva producida en un accidente nuclear, o el humo producido en incendios provocados en conflictos bélicos son ejemplos de impactos sobre la atmósfera a escala regional. ● Los impactos a escala global sobre la atmósfera producen cambios significativos en la dinámica atmosférica, como los efectos derivados del calentamiento global. LA ATMÓSFERA 2UNIDAD Izquierda: Pekín: comparación de un día de aire limpio y un día de contaminación propiciada por la estabilidad atmosférica. Derecha: impacto regional: bosque afectado por lluvia ácida en la República Checa. ( Wikimedia Commons) Izquierda y centro: Pekín, comparación de un día de aire limpio y un día de contaminación propiciada por la estabilidad atmosférica. 59 5.3. Principales impactos sobre la atmósfera Impactos a escala local Los impactos a escala local se producen por una elevada emisión de sustancias en un entorno donde su dispersión es lenta, o por procesos que disminuyen el confort de las personas. ● Impactos por emisión de sustancias. El smog es una mezcla de contaminantes químicos que propician la condensación del vapor de agua y que produce una niebla químicamente agresiva y muy perjudicial para la salud. Se reconocen dos tipos: ○ El smog fotoquímico está formado a partir de óxidos de nitrógeno (fundamentalmente NO2) y compuestos orgánicos volátiles (COV), que reaccionan entre sí en presencia de la radiación solar dando como subproducto ozono, un gas venenoso e irritante. Aunque en la estratosfera realiza un importante papel en la homeostasis atmosférica, el ozono troposférico producido al nivel del suelo es un peligroso contaminante secundario. ○ El smog ácido o sulfuroso está formado por la oxidación e hidratación de los óxidos de azufre producidos por la utilización de combustibles de baja calidad (sobre todo carbón), dando como producto final ácido sulfúrico, que es también el contaminante secundario que origina la lluvia ácida. ● Impactos por otros procesos. El confort de las personas puede verse afectado negativamente por procesos como: ○ Acumulación de calor. En las ciudades grandes, de edificios altos y pocas zonas verdes, el asfalto y los edificios aumentan mucho su temperatura con la insolación, y calientan a su vez el aire. En situaciones de estabilidad atmosférica la temperatura en esa ciudad puede ser varios grados más alta que en las zonas periféricas, situación que recibe el nombre de isla de calor. ○ Emisión de polvo, humo y otras sustancias. Las obras públicas, la quema de rastrojos o de basuras en los vertederos, los malos olores procedentes de depuradoras, vertederos o actividades industriales, etc., son formas de contaminación atmosférica que producen un impacto negativo sobre el confort de las personas. ○ Ruidos. También se consideran contaminantes atmosféricos los niveles mantenidos de ruido por encima de los 70 decibelios. Impactos a escala regional El principal impacto regional es la deposición ácida: lluvia, nieve, granizo, rocío o escarcha que contiene proporciones, a veces elevadas, de H2SO4 (ácido sulfúrico), HNO3 (ácido nítrico) y otros contaminantes secundarios ácidos. Estas precipitaciones causan graves daños a los ecosistemas y también a la agricultura y al ganado. La corrección de estos impactos regionales se complica porque las fuentes de emisión de los contaminantes se encuentran en muchos casos situadas en países distintos de los que finalmente acaban teniendo valores altos de inmisión y sus problemas ambientales derivados. Durante la segunda mitad del siglo XX muchos bosques de Noruega y Finlandia se vieron afectados por lluvia ácida procedente de las emisiones producidas en las islas Británicas. 60 Impactos a escala global Actualmente hay dos grandes problemas ambientales derivados de impactos globales sobre la atmósfera: ● Los niveles altosde radiación ultravioleta en la superficie. La radiación ultravioleta es retenida en gran parte en la ozonosfera, situada en la estratosfera, donde es absorbida por las moléculas de oxígeno (O2) y de ozono (O3), que se rompen y liberan átomos de oxígeno libres (O=). Estos se combinan a su vez con otra molécula de oxígeno para formar una nueva molécula de ozono. Estas reacciones de disociación y combinación fotoquímicas se ven entorpecidas por la presencia en la estratosfera de átomos de cloro que captan los átomos de oxígeno libres, impidiendo la formación de ozono. De esta forma, la ozonosfera está disminuyendo su densidad y su eficacia, y la radiación ultravioleta puede atravesarla más fácilmente. Esta radiación, en dosis elevadas, produce daños oculares y en la piel, y afecta negativamente también a los ecosistemas acuáticos. ● El calentamiento global. Los valores positivos elevados de inmisión de CO2 a escala global son la principal causa del incremento del efecto invernadero de la atmósfera, que a su vez es la causa del calentamiento global. Algunos de los efectos que produce este ascenso global de las temperaturas son: ○ Redistribución de las zonas climáticas, lo que produce desertización, expansión de enfermedades tropicales a latitudes templadas y otros efectos. ○ Aumento de la frecuencia y violencia de los huracanes. ○ Fusión de los casquetes polares y de los glaciares de montaña. ○ Alteraciones en los regímenes de lluvias, con periodos de sequías y lluvias torrenciales. 5.4. Detección, prevención y corrección de impactos sobre la atmósfera Detección de la contaminación atmosférica La detección de sustancias contaminantes atmosféricas en las ciudades se realiza mediante análisis diarios en las estaciones de medida de la calidad del aire. Otros tipos de contaminación, como el ruido, se miden mediante unidades móviles que acuden con instrumentos de medida cuando existe una denuncia. Las estaciones de medida forman en España la Red de Calidad del Aire, cuyo funcionamiento está regulado por la Dirección General del Medio Ambiente, aunque su uso y mantenimiento corren por cuenta de los gobiernos autonómicos. Sus objetivos son: ● Informar a los ciudadanos de la calidad del aire. ● Identificar las zonas de mayor contaminación, para adoptar medidas preventivas. ● Seguir la evolución y dispersión de los contaminantes. ● Cumplir la normativa europea en materia de protección de la calidad del aire. ● Detectar situaciones de alerta según las normativas europeas. Prevención de la contaminación atmosférica La prevención de la contaminación atmosférica incluye medidas como: ● Instalación de filtros en las chimeneas de industrias, incineradoras, etc. ● Elaboración de Estudios de Impacto Ambiental previos a la realización de proyectos. ● Regulación del tráfico y desarrollo de los transportes públicos para evitar atascos en las ciudades. LA ATMÓSFERA 2UNIDAD 61 Corrección de la contaminación atmosférica La rápida dispersión de las sustancias contaminantes en el aire hace imposible su recogida y retirada, pero la atmósfera puede eliminarlos eficazmente con bastante rapidez. Incluso cuando se trata de contaminantes peligrosos en grandes cantidades, como las nubes de cenizas expulsadas por un volcán o las nubes radiactivas producidas por un accidente nuclear, los vientos dispersan rápidamente estas sustancias, y las precipitaciones producen su lavado hacia el suelo, por lo que, independientemente de que este tipo de eventos pueda producir a continuación la contaminación del suelo, la forma más eficaz de corrección de la contaminación atmosférica es adoptar medidas preventivas para disminuir las emisiones. Nube de cenizas del volcán Chaitén (Chile) en mayo de 2008. La contaminación atmosférica puede ser producida por fenómenos naturales, como la actividad volcánica. El término “impacto” solo se aplica a los casos en que la causa es la actividad humana. (NASA) A c t i v i d a d e sA c t i v i d a d e s 22. El término “impacto ambiental” se aplica solo cuando el causante es el ser humano, mientras que se habla de “contaminación atmosférica” cuando en el aire hay sustancias anómalas, tanto si son de origen antrópico como natural. Explica si en todos los casos la contaminación atmosférica se puede considerar un impacto. 23. ¿Por qué el ozono se considera a la vez un importante componente de la estratosfera y un peligroso contaminante de la troposfera? 24. ¿El ozono troposférico es un contaminante primario o secundario? Razona la respuesta e indica cuál es el origen de este contaminante. 25. España es uno de los países con mayores niveles de contaminación acústica de Europa. Explica si este problema se puede considerar o no un impacto sobre la atmósfera y una forma de contaminación atmosférica. Si se puede considerar un impacto, indica si es local, regional o global. 26. ¿Por qué se considera que la forma más eficaz (la única forma en realidad) de corregir un impacto negativo sobre la atmósfera es adoptar medidas preventivas? 27. Cita algunos efectos del calentamiento global sobre el sistema climático. ¿Se trata de un impacto ambiental local, regional o global? R e c u e r d aR e c u e r d a � La contaminación atmosférica es la presencia en el aire de sustancias contaminantes o de factores que afectan negativamente al confort de las personas. Puede ser de origen natural o antrópico. � Los contaminantes pueden ser primarios, si proceden directamente de una fuente de emisión, o secundarios si se originan en el aire a partir de contaminantes primarios o de otros secundarios. � La emisión de un contaminante es el valor del flujo con que se expulsa a la atmósfera desde una fuente natural o antrópica. La inmisión es el valor del flujo con que el contaminante se acumula en la atmósfera. El nivel de inmisión es la concentración de un contaminante en un lugar y un momento determinados. � Tanto la dispersión de los contaminantes como los impactos que se producen pueden ocurrir a escala local, regional o global. � Los principales impactos a escala local son el smog, la acumulación de calor, el polvo y otras sustancias, y el ruido. � El impacto a escala regional más frecuente es la deposición ácida. � Los principales impactos globales sobre el sistema climático son el calentamiento global y la destrucción de la capa de ozono.
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