Composicion del Aire Propiedades, Caracteristicas e Importancia


 Composición del Aire Terrestre
Propiedades y Características

El Aire: El aire que respiramos no es un compuesto químico, sino una mezcla de gases, formada en un 99,997% —por debajo de los 90 Km. de altitud sobre la superficie terrestre— por cinco componentes: nitrógeno (N2), oxígeno (02), argán (Ar), dióxido de carbono (C02) y vapor de agua.

De los cinco componente principales del aire, el nitrógeno, el oxígeno y el argón son considerados gases permanentes, porque su concentración no varía de forma sustancial en el tiempo, ya que tienen un periodo de permanencia muy grande (se consideran gases permanentes aquellos con una duración media de las moléculas en la atmósfera superior a 1.000 años).

La tabla siguiente recoge la proporción en la que se hallan los distintos gases que componen el aire atmosférico en las proximidades del suelo, así como su tiempo de permanencia:

Tabla de gases que componen el aire

En las proporciones que figuran en el cuadro anterior, ninguno de los gases es considerado como contaminante, ya que forman parte de la composición natural del aire. Sin embargo, entre ellos aparecen muchos que, habitualmente, se identifican como contaminantes: el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, los óxidos de nitrógeno y de azufre o el propio ozono.

Esto es así cuando su concentración en el aire supera sustancialmente la que corresponde al equilibrio natural de la atmósfera, de forma que, cuando éste se altera, hablamos de contaminantes atmosféricos. 

El aire que respiramos, aun en su estado más puro, contienen también partículas sólidas y liquidas en suspensión, lo suficientemente pequeñas como para que su tiempo de permanencia en la atmósfera sea importante. Muchas de estas partículas, llamadas aerosoles, son emitidas por fuentes industriales o urbanas, aunque también pueden hallarse de forma natural en la atmósfera. Una parte de ellas procede de reacciones químicas entre los gases contaminantes.

El vapor de agua representa aproximadamente el 4% en volumen del aire situado cerca del suelo; es resultado de la evaporación de las aguas superficiales de océanos y mares y de la transpiración de las plantas. Sin embargo, su bajo peso molecular hace que sea transportado con relativa facilidad hacia arriba por las corrientes ascendentes, hasta una altura máxima de 10-12 Km. sobre la superficie terrestre, franja en la que la turbulencia es más efectiva. A alturas superiores la concentración de vapor de agua en el aire es prácticamente nula.

Importancia del Aire: No solamente la vida del hombre depende del aire; pero aun si pudiera vivir sin éste, su vida sería una cosa mucho más pobre, porque sin oxígeno no habría combustión, y sin ésta no se generarría el FUEGO y el hombre estaría casi en estado salvaje. El fuego, ha redimido al hombre del estado de salvaje al de la civilización.

No sin razón suponía la antigua Mitología griega (pie el fuego desciende del cielo, y el filósofo define al hombre como el animal creador de la lumbre. Sin aire no hay fuego; sin fuego no hay arte, ni trenes, ni automóviles, ni vapores, ni teléfonos, ni telégrafos, ni telescopios, ni microcopios. A la ardiente afinidad entre el oxígeno y el carbón debe la Humanidad mucho más de lo que podíamos figurarnos. Además, si no fuese porque en la atmósfera existe el anhídrido carbónico y el oxígeno en debida proporción diluido con nitrógeno, los presentes resu.tados satisfactorios de la respiración y combustión se harían imposibles.



En oxígeno puro, bajo su presión ordinaria, viviríamos febrilmente y por corto tiempo; en anhídrido carbónico puro nos asfixiaríamos. En oxígeno puro no podría extinguirse el fuego; en puro anhídrido carbónico no podría encenderse. Aun si los diferentes gases de la atmósfera se mezclaran en otras proporciones alterarían el aspecto vital del mundo entero.

Supongamos que el hombre pudiera vivir y prosperar sin respirar ni tener fuego; no podría subsistir sin una atmósfera. Al carecer de aire, nos asaríamos o helaríamos, alternativamente; nos quemaríamos durante el día y helaríamos durante la noche. Los 320 kilómetros que hay de capa de aire alrededor del globo terráqueo sirven de quitasol durante el día y de manta de abrigo de noche. Templan el calor del Sol y mitigan el frío de las horas sin Sol. Examinemos más de cerca estas dos funciones de la atmósfera.

La atmósfera templa el calor del Sol. La diferencia entre el calor tropical y el calor de la zona templada, entre el calor de la tarde y de la mañana y del calor entre verano e invierno es mayormente cuestión de impedimentos atmosféricos al paso de los rayos solares. Cuanto más oblicuos son éstos mayor es la extensión que tienen que atravesar de atmósfera y mayor impedimento encuentran en atravesarla.

En los trópicos, los rayos del Sol son más verticales que en las zonas templadas, por lo cual en los primeros hace más calor. Por la mañana hace menos calor que en el centro del día, porque a esta hora los rayos son más verticales. En verano son también más verticales que en invierno, y, por consiguiente, hace más calor en el verano que en el invierno.

Es puramente una cuestión de intervención atmosférica, aunque además de esto, claro está que cuanto más oblicuos caen los rayos solares tanto menor es su intensidad por unidad de superficie.

¿Podemos considerar al aire como un gas perfecto?

Si prescindimos del vapor de agua —dado su bajo tiempo de permanencia en la atmósfera (del orden de 10 días)—, de todos los gases que forman parte de la composición del aire en muy pequeña proporción y de las posibles impurezas presentes en el mismo, podemos hablar de aire seco o aire puro con una composición fija hasta alturas de 16 km:

— N2: 755,5 g/kg. aire seco.

—02: 231,4g/kg. aire seco.

— Ar: 13,1 g/kg. aire seco.

El hecho de que estos gases se hallen en unas condiciones de presión y temperatura muy alejadas de las críticas para cada uno de ellos, hace que podamos identificar el aire seco con un gas perfecto a la hora de describir la evolución térmica de la atmósfera. El efecto del vapor de agua en el aire es mínimo mientras no se den condiciones que favorezcan su condensación.

Evolución termodinámica del aire

La mezcla de los gases que componen el aire atmosférico es muy homogénea hasta niveles muy altos, debido a la agitación atmosférica. Esto quiere decir que los gases están perfectamente mezclados entre sí, algo que no ocurriría si no existiera turbulencia, ya que en este caso los gases más ligeros ascenderían más rápido que los más pesados y el aire que respiraríamos los seres vivos estaría formado casi en exclusiva por nitrógeno y oxígeno.

Una de las principales características de la atmósfera desde el punto de vista termodinámico es que la temperatura del aire desciende, en general, con la altura. No obstante, existen estratos en los que ocurre exactamente lo contrario; son las denominadas inversiones térmicas, que se caracterizan por una gran estabilidad que impide las corrientes verticales y los movimientos turbulentos (favorecen, por tanto, la concentración de contaminantes por debajo de ellas).

Aire frío y cálido. Su influencia en el comportamiento de la atmósfera

Una masa de aire frío es aquella que se halla a temperatura inferior que el suelo sobre el que se encuentra. Normalmente proviene de latitudes altas y. por tanto, según evoluciona hacia latitudes más bajas se va calentando.

Se trata de una masa de aire inestable, en la que se desarrollan con facilidad corrientes verticales convectivas como resultado del calor que absorben del suelo, y también corrientes turbulentas. El efecto de estas corrientes es la dispersión por toda la masa de aire del vapor de agua y de las partículas de polvo procedentes del suelo. Por eso, las capas bajas de la atmósfera quedan limpias de impurezas y proporcionan una gran visibilidad.

Por el contrario, una masa de aire cálido posee mayor temperatura que el suelo sobre el que se halla, ya que normalmente procede de bajas latitudes y evoluciona hacia las más altas. Al estar el suelo más frío, las capas más bajas de la masa de aire se enfrían antes que las superiores, por lo que suele producirse una «inversión de tierra», es decir, una inversión térmica junto al suelo, en la que la temperatura del aire aumenta con la altura.

Las corrientes verticales en estas capas, por tanto, quedan impedidas, lo que hace que se acumulen el vapor de agua y las partículas de polvo en la zona más próxima al suelo, dificultando la visibilidad.

En primavera ocurre que, aunque el aire no procede de latitudes frías, se comporta como una masa fría por efecto de la radiación solar, que empieza a ser cada vez más fuerte y hace que el suelo se caliente antes que el aire. Por eso suelen darse días muy claros y limpios en esta época del año.

Por el contrario, las nieblas son características del otoño, debido al fenómeno opuesto: al decrecer la radiación solar, el suelo se enfría antes que el aire que se halla sobre él, por lo que éste se comporta como una masa cálida aunque no provenga de latitudes bajas. La inversión térmica que se produce hace que se acumule el vapor de agua, dando origen a la niebla.

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Reducción de la contaminación atmosférica

El control de la contaminación ambiental requiere de la acción voluntaria de las personas, y de leyes que restrinjan la emisión de agentes contaminantes y penalicen a los infractores. En el caso de la contaminación atmosférica, el control debe incluir la medición de la calidad del aire para conocer la concentración de sustancias nocivas; la determinación de las fuentes contaminantes y la implementación de acciones para corregir la situación.

Algunas medidas que se pueden tomar para reducir la presencia de contaminantes en el aire son:

• controlar el gas de escape de los automotores;
• fabricar automóviles con conversores catalíticos, que reducen la nocividad de los gases de escape;
• eliminar el uso de plomo en las naftas o utilizar gas natural comprimido (GNC), que contamina 40 % menos que la nafta con aditivo de plomo;
• fomentar la utilización de medios de transporte menos contaminantes, como la bicicleta;
• utilizar fuentes alternativas de energía menos contaminantes, como la eólica, la hidráulica o la solar;
• reducir las emisiones de dióxido de azufre, que provocan las lluvias acidas, y que provienen fundamentalmente de la combustión de carbón en las centrales eléctricas. Otra alternativa es seleccionar los combustibles que tengan la menor proporción de azufre;
• reducir la producción y el uso de CFCs y de otros productos químicos que destruyen la capa de ozono;
• reducir la deforestación y reforestar, teniendo en cuenta la importante función que desempeñan las plantas en el mantenimiento de la concentración de CO2 en la atmósfera.

EL COLOR DEL CIELO

Astronómicamente, el cielo es el firmamento. Meteorológicamente, el cielo es la apariencia de la atmósfera para nuestros ojos. Los astrónomos han aprendido ya a evadirse de la pantalla de la atmósfera para registrar los rayos ultravioletas y los rayos cósmicos, pues estos últimos llegan a nivel del mar transformados después de una reacción en cadena; nace también una astronomía liberada de las limitaciones de nuestra retina, que sólo capta las ondas de las frecuencias llamadas visibles, comprendidas entre 8/10.000 y 3/100.000 de segundo.

En otras palabras, los mensajes del espacio eran como un iceberg del que sólo veíamos  la  parte flotante; estamos aprendiendo ahora a conocer las 9/10 partes que quedaban ocultas. En los días secos el cielo es azul. Sabemos que la luz solar es una mezcla de muchas longitudes de onda, desde la más corta (extremo violeta) hasta la más larga (extremo rojo), y que las primeras se refractan o desvían más q.ue las segundas.

En otros términos, nuestra retina recibe mucho más directamente del Sol la serie que comienza en el rojo y llega hasta el verde, que el azul, añil y violeta, que se dispersan en la atmósfera, y sus partículas en suspensión. Cuando miramos el Sol éste parece ligeramente amarillento, mientras que los componentes azulados de su luz nos llegan de todos los ángulos y nos dan la impresión de un cielo azul.

Si estuviéramos en el fondo de un pozo oscuro, o ante el ocular de un largo telescopio, sólo recibiríamos la luz directa y no esos rayos laterales, y no veríamos el cielo de color azul. De esta manera podríamos percibir las estrellas de día. En la aurora y en el crepúsculo el Sol es más rojizo y la Luna anaranjada; ello se debe a que sus rayos deben atravesar un mayor espesor de la atmósfera y la dispersión de la luz azul, añil, violeta, etc., es más acentuada. Cuando hay nubes o partículas en suspensión el Sol aparece completamente rojo (la Luna, de intensidad luminosa mucho menor, no se ve en estos casos).

En otras palabras, el color azul de la atmósfera, o, como decimos comúnmente, el cielo, depende de la presencia de luz solar y de la dispersión selectiva de ésta por las partículas atmosféricas. Debido a esto, a 20.000 metros de altura el cielo es completamente oscuro. También por el mismo motivo, cuando el Sol ya se ha puesto en el horizonte y su rayos iluminan solamente la alta atmósfera, las nubes que encuentran a su paso se nos presentan de color rojo, la longitud de onda de mayor alcance dentro de la gama visible.

Las fuentes principales del movimiento de la atmósfera son las corrientes ascendentes, producidas por el calor, y las llamadas cinturas de circulación primaria, que resultan de la rotación ele la Tierra; el sentido de giro del aire, contrario al de ésta, es diferente en los polos norte y sur; lo mismo se observa en los remolinos que se forman al desagotar una bañera, según se esté en el hemisferio norte o en el sur. Se denomina frente al límite entre dos masas de aire de temperatura y densidad diferentes. Dicho límite puede ser muy angosto y determinar, por su traslación, un cambio súbito en las condiciones climáticas.

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LECTURA COMPLMENTARIA:
Sin aire no existiría ia vida; sólo habría desolación y silencio eterno en toda la extensión de la Tierra:

Fisiológicamente, el aire es necesario e indispensable. No solamente es condición sine qua non de la respiración, sino aun de todo proceso vital. Sin aire no habría más que la muerte, desolación y silencio eterno y universal.

Las olas romperían sobre las arenas sin ruido, y las aguas del Niágara se deslizarían por los precipicios en silencio, sin producir ni un sonido. Hasta en la estética llena su papel el aire. Son las ondas del aire las que hacen llegar a nuestros oídos una sinfonía de Beethoven; es el aire el que causa el efecto del arco iris y la aurora boreal, y el aire, o al menos las partículas de polvo en el aire, son las que nos muestran el cielo tenido de bonito azul y las preciosas puestas del Sol, con su hermoso colorido, y él es también el que da tono y colorido y luces, líneas y sombras al mundo. Sin atmósfera no se destacarían los objetos, los tonos serían fuertes y las sombras negras e indistinguibles.

¿Quién creería que hasta la presión atmosférica es la que conserva nuestros huesos unidos? Quítese el peso de la atmósfera y estaríamos descoyuntados y nuestros huesos dislocados. En una palabra: suponiendo que se pudiera vivir sin atmósfera, estaríamos cojos, ciegos y sordos; viviríamos en un mundo incoloro, en un mundo de un sol abrasador, reluciente, sobre un cielo negro, un mundo de hielo y fuego, donde el agua herviría en marmitas de hielo.

Aunque varios de los planetas poseen su atmósfera, quizá sólo la Tierra posea la combinación especial de gases, que hemos descrito, en el aire. Desde luego es sorprendente que estos pocos gases tengan tales efectos y sus cantidades sean las justas en su proporción para mantener la estabilidad mundial.

Si la Tierra no estuviese rodeada de los componentes atmosféricos que hemos citado es indudable que ni nosotros ni nadie podría existir sobre ella. Un exceso o una falta de oxígeno, de nitrógeno, de argón o de dióxido de carbono en la atmósfera ¡y dónde estaríamos nosotros! Debemos, después de todo, estar agradecidos al Autor del universo cuando nos hacemos estas consideraciones y pensamos en la necesidad de estos gases y cuando nos preguntamos absortos cuál será su origen remoto y cuál será su historia.

Al principio, según la teoría nebular, la Tierra se componía de gases, y al radiar su calor fuera los gases se convirtieron en líquidos y los líquidos en sólidos El hierro, la sílice y otros elementos combinados y solidificados en las rocas, el vapor de agua condensado en los océanos y últimamente todos los gases se convirtieron en líquidos o sólidos, menos los gases que hoy están en el aire y los que probablemente existan en las entrañas de la Tierra.

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