Troposfera: la capa más baja de la atmósfera

La capa más baja de la atmósfera en la que operan los organismos vivos se llama troposfera. Es la región de fuertes movimientos aéreos y formaciones de nubes. Fue una mezcla de varios gases que se mantuvo bastante en abundancia. Sin embargo, el vapor de agua y el polvo ocurrieron en la troposfera en concentraciones extremadamente variables.

El aire en la troposfera, el aire que respiramos, consiste en un volumen de aproximadamente 78 por ciento de nitrógeno (N ₂ ), 21 por ciento de oxígeno (O ₂ ), 1 por ciento de argón (Ar) y 0, 03 por ciento de dióxido de carbono (CO ₂ ). También están presentes trazas de otros gases, la mayoría de los cuales son inertes. Los detalles de todos estos gases se muestran a continuación en la tabla 1.2.

Tabla 1.2. Detalles de diferentes gases en la atmósfera del mundo:

La capa de mayor interés en el control de la contaminación es esta capa de la troposfera, ya que es la capa en la que existen la mayoría de los seres vivos. Uno de los cambios más recientes en la troposfera involucra el fenómeno de las lluvias ácidas. La lluvia ácida o la deposición ácida se producen cuando las emisiones gaseosas de óxidos de azufre (SO _x ) y óxidos de nitrógeno (NO _x ) interactúan con el vapor de agua y la luz solar y se convierten químicamente en compuestos ácidos fuertes como el ácido sulfúrico (H2SO4) y el ácido nítrico. (HNO ₃ ).

Estos compuestos, junto con otros productos químicos orgánicos e inorgánicos, se depositan en la tierra como aerosoles y partículas (deposición seca) o se llevan a la tierra con gotas de lluvia, copos de nieve, niebla o rocío (deposición húmeda).

Estratosfera:

La estratosfera es la masa de aire que se extiende desde el nivel más alto de la troposfera hasta el nivel más alto de la estratosfera, a unos 50 km por encima de la superficie de la tierra. El ozono presente allí forma una capa de ozono llamada ozonosfera. Se forma a partir de oxígeno a través de una reacción fotoquímica donde la molécula de oxígeno se divide para formar oxígeno.

O ₂ + (h = radiación) = 2O

El oxígeno atómico se combina con el oxígeno molecular y se forma ozono.

O ₃ + O = O ₃

Forma un paraguas llamado como paraguas de ozono que absorbe la radiación ultravioleta del sol. Además, sirve como una manta para reducir la velocidad de enfriamiento de la tierra. Por lo tanto, un equilibrio entre el ozono y el resto del aire es un factor significativo del medio ambiente.

Mesosfera:

Por encima de la estratosfera se encuentra la mesosfera en la que hay temperaturas frías y baja presión atmosférica. Las caídas de temperatura alcanzan un mínimo de -95 ° C a 80-90 kms sobre la superficie de la tierra. La zona se llama como menopausia.

Termosfera:

Por encima de la mesosfera se encuentra la termosfera, que se extiende hasta 500 km por encima de la superficie de la tierra. Se caracteriza por un aumento de la temperatura de la mesosfera. La zona superior a la termosfera donde se produce la ionización de las moléculas de oxígeno se llama ionosfera.

Exosfera:

La atmósfera sobre la ionosfera se llama exosfera del espacio exterior que toma la atmósfera excepto la del hidrógeno y el helio y se extiende hasta 32190 km desde la superficie de la tierra. Tiene una temperatura muy alta debido a las radiaciones del sol.

Propiedades elementales de la atmósfera:

Los problemas de contaminación surgen de la confluencia de contaminantes atmosféricos, condiciones meteorológicas adversas y, a veces, ciertas condiciones topográficas. Debido a la estrecha relación que existe entre la contaminación del aire y ciertas condiciones atmosféricas, es necesario tener cierta comprensión de la meteorología.

La fuente de todo fenómeno meteorológico es un ordenamiento básico, pero variable, de las propiedades elementales de la atmósfera: calor, presión, viento y humedad. Todo el clima, incluido el sistema de presión, la velocidad y la dirección del viento, la humedad, la temperatura y la precipitación, son el resultado final de una relación variable de calor, presión, viento y humedad.

La interacción de estos cuatro elementos se puede observar en diferentes niveles de escala. Estas escalas de movimiento están relacionadas con el movimiento masivo de aire que puede ser global, continental, regional o local. De acuerdo con su rango de influencia geográfica, la escala de movimiento puede designarse como escala macro, mesoescala o escala micro.

Escala macro:

El movimiento atmosférico en esta escala implica los patrones planetarios de circulación, la gran barrida de las corrientes de aire sobre el hemisferio. Estos fenómenos ocurren en escalas de miles de kilómetros y se ejemplifican por las áreas semipermanentes de presión alta y baja sobre océanos y continentes.

El movimiento del aire en la escala global no es simplemente en la dirección longitudinal desde el ecuador a los polos o viceversa porque el efecto dual del diferencial de calor entre los polos y el ecuador y la rotación de la tierra a lo largo de sus ejes establece un patrón más complicado de la circulación de aire. . Es bajo esta doble influencia de la conversión térmica y la fuerza de corolis (efecto de la rotación de la tierra en la dirección y velocidad del viento) que se forman áreas de alta y baja presión, frentes fríos o cálidos, huracanes y tormentas de invierno.

Uno de los elementos principales que influyen en el movimiento de masas de aire en esta escala es la distribución de las masas de tierra y agua sobre las superficies de la tierra. La gran variación entre las capacidades conductoras de las masas terrestres y oceánicas explica el desarrollo de muchos de nuestros sistemas climáticos.

Mesoescala:

El patrón de circulación se desarrolla sobre unidades geográficas regionales, principalmente debido a la influencia de la topografía regional o local. Estos fenómenos ocurren en escalas de cientos de kilómetros. Movimiento aéreo de las superficies de la tierra: la ubicación de las cadenas montañosas, los cuerpos oceánicos, la forestación y el desarrollo urbano.

Microescala:

Fenómeno a microescala en zonas de menos de 10 kilómetros. Ocurre dentro de la capa de fricción, la capa de la atmósfera a nivel del suelo donde los efectos de la tensión de fricción y los cambios térmicos pueden hacer que los vientos se desvíen apreciablemente de un patrón estándar.

La tensión de fricción que se produce cuando el aire se mueve sobre y alrededor de características físicas irregulares, como edificios, árboles, arbustos o rocas, causa una turbulencia mecánica que influye en el patrón de movimiento del aire. El calor radiante de los tramos de asfalto urbano y concreto, las arenas del desierto u otras superficies similares causan turbulencias térmicas que también influyen en los patrones de movimiento del aire.

Los patrones de circulación de macroescala tienen poca influencia directa sobre la calidad del aire en la mayoría de los casos. Es el movimiento del aire en los niveles de mesoescala y microescala lo que es de vital importancia para los responsables del control de la contaminación del aire.

Calor:

El calor es una variable de la atmósfera crítica. Es un importante catalizador de las condiciones climáticas. La energía térmica en la atmósfera proviene del Sol como radiación de onda corta (alrededor de 0.5 µm), principalmente en forma de luz visible. La Tierra emite ondas mucho más largas (promedio de 10 µm) que las que recibe, principalmente en forma de radiación de calor no visible.

Algunos de los rayos solares están dispersados ​​por las moléculas de aire que intervienen. Es esta dispersión de rayos de diferentes longitudes de onda lo que le da a un cielo claro su color azul profundo. La dispersión es más intensa a medida que el Sol se mueve cerca del horizonte y es este fenómeno el que produce el Sol rojo que se levanta y las Puestas de sol.

La superficie de la tierra es el principal absorbente de energía solar. Así, la troposfera se calienta principalmente desde el suelo y no desde el sol.

Cuatro formas importantes en que se produce la transferencia de calor en la troposfera son a través del efecto invernadero, el ciclo de condensación - evaporación, conducción y convección.

Ciclo de evaporación-condensación:

La evaporación del agua requiere el uso de energía y esta energía es absorbida por la atmósfera y almacenada en vapor de agua. Tras la condensación, esta energía térmica se libera. Debido a que la evaporación generalmente ocurre en o cerca de la superficie de la tierra, mientras que la condensación ocurre normalmente en las regiones superiores de la troposfera, el proceso de evaporación - condensación tiende a mover el calor de las regiones más bajas a las regiones más altas.

Conducción:

La transferencia de calor de la tierra a la atmósfera también se realiza a través del proceso de conducción, la transferencia de calor por contacto físico directo del aire y la tierra. A medida que el aire se mueve hacia abajo, entra en contacto con el suelo más cálido y lleva el calor de la tierra a la atmósfera.

Convección:

Es un proceso iniciado por la elevación del aire caliente y la aspiración del aire frío y es una fuerza importante en la transferencia de calor de la Tierra a la troposfera. La convección es un factor primario en el movimiento de masas de aire en la macroescala.

Presión:

La presión es una variable importante en el fenómeno meteorológico. Debido a que el aire tiene peso, toda la atmósfera presiona la tierra debajo de ella. Esta presión se mide comúnmente con un barómetro de mercurio. En los mapas meteorológicos, la distribución de la presión en toda la atmósfera está representada por isobaras y líneas que conectan puntos de igual presión atmosférica. Estas líneas delinean las células de alta y baja presión que influyen en el desarrollo de los principales sistemas meteorológicos.

Los patrones de presión sobre la tierra cambian constantemente a medida que la presión del aire aumenta en las mismas regiones y cae en otras. La ubicación de los continentes, las diferencias en la rugosidad de la superficie y la radiación, la energía eólica y los patrones de circulación global se combinan para forzar el desarrollo de células o sistemas de alta y baja presión. La circulación o el movimiento de estos sistemas de alta y baja presión es responsable de muchos cambios climáticos.

Viento:

El viento es simplemente aire en movimiento. En la escala macro, el movimiento se origina en una distribución desigual de la temperatura y la presión atmosférica sobre la superficie de la tierra y está significativamente influenciada por la rotación de la tierra. La dirección del flujo del viento es de alta a baja, pero la fuerza de los coriolis (es decir, el efecto de la rotación de la Tierra sobre la velocidad y la dirección del viento), tiende a desviar las corrientes de aire de estos patrones esperados.

En la mesoescala y la microescala, las características topográficas influyen de manera crítica en el flujo del viento. Las variaciones en la superficie tienen un efecto obvio sobre la velocidad y la dirección del movimiento del aire. Además, las brisas marinas y terrestres, los vientos del valle de montaña, la niebla costera, los sistemas de precipitación de barlovento, las islas de calor urbano son ejemplos de la influencia de la topografía regional y local en las condiciones atmosféricas.

La variación de la capacidad conductora de la tierra y el agua explica otro efecto de la topografía en la dirección del viento. Debido a que la tierra se calienta y se enfría más rápidamente que las masas de agua cercanas, los vientos costeros caen en un patrón de brisa marina durante el día y brisas terrestres al atardecer.

La velocidad del viento generalmente se mide con un anemómetro, un instrumento que generalmente consta de tres o cuatro tapas hemisféricas dispuestas alrededor de un eje vertical. Cuanto más rápida sea la velocidad de rotación de las tapas, mayor será la velocidad del viento.

Humedad:

La evaporación a condensación a precipitación es un ciclo que se repite constantemente en nuestro entorno. La humedad se transfiere primero de las superficies de la tierra a la atmósfera. El vapor de agua se condensa y forma nubes.

El ciclo se completa a sí mismo a medida que el vapor condensado regresa a la superficie de la tierra en alguna forma de precipitación, lluvia, granizo, nieve o aguanieve. La topografía juega un papel importante en la distribución de la humedad. Las montañas tienden a forzar el aumento del aire cargado de humedad, lo que resulta en una mayor precipitación en el lado de barlovento de un rango.

Humedad relativa:

La cantidad de vapor de agua presente en la atmósfera se mide en términos de humedad. Cuanto más alta es la temperatura del aire, más vapor de agua puede contener antes de que se sature. A nivel del suelo, un aumento de temperatura de 11.1 ° C duplica aproximadamente la capacidad de humedad de la atmósfera.

La humedad relativa se mide con un instrumento llamado psicrómetro. El termómetro de bulbo seco de un psicrómetro indica la temperatura del aire, mientras que el termómetro de bulbo húmedo mide la cantidad de enfriamiento que se produce cuando la humedad del bulbo se evapora. Con la diferencia entre las dos lecturas y la temperatura del bulbo seco, se pueden obtener lecturas de humedad relativa de las tablas del psicómetro.