LGK GF777
La atmósfera cambiante: una perspectiva sistémica
Clase 3:Fotooxidantes atmosféricos y la capacidad oxidativa de la
atmósfera GF 777
Otoño 2002
LGK GF777
Contenidos de hoy• Ozono y sus múltiples roles
– UV– IR– OH
• Formación de ozono en la tropósfera
• Producción y destrucción fotoquímica de ozono: el rol pivotal de los óxidos de nitrógeno (NOx)
• Distribución global de ozono
• “Smog” fotoquímico
LGK GF777
LGK GF777
¿Por qué ozono?
OO
Oh
h
• Absorbe radiación UV
• Absorbe radiación IR
• Químicamente reactivo (OH)
LGK GF777
LGK GF777
NomenclaturaTable. Relationships between radiation components (from Turco 1997).Name ofspectral region
Wavelengthregion, m
Spectral equivalence
Solar 0.1 - 5 Ultraviolet + Visible + Near infared = ShortwaveTerrestrial 5 - 100 Far infrared = LongwaveInfrared 0.7 - 100 Near infrared + Far infraredUltraviolet 0.1 - 0.4 Near ultraviolet + Far ultraviolet =
UV-A + UV-B + UV-C + Far ultravioletShortwave 0.1 - 5 Solar = Near infrared + Visible + UltravioletLongwave 5 - 100 Terrestrial = Far infraredVisible 0.4 - 0.7 Shortwave - Near infrared - UltravioletNear infrared 0.7 - 5 Solar - Visible - Ultraviolet =
Infrared - Far infraredFar infrared 5 - 100 Terrestrial = Longwave = Infrared - Near infraredThermal 5 - 100 Terrestrial = Longwave = Far infrared
http://irina.colorado.edu/ATOC3500.htm
LGK GF777
LGK GF777
LGK GF777
Formación de OH
2OHOHD)O(
315nmλD),O(Ohν O
21
123
El radical OH es el “detergente” de la atmósfera...el agente que le da su carácter oxidativo
LGK GF777
Ozono troposférico, lo bueno
• Absorbe radiación UV
• Absorbe radiación IR
• Químicamente reactivo
• Absorbe radiación UV y así protege los tejidos vivos
• Colabora en el calentamiento global del planeta (lo hace habitable)
• Es responsable de la capacidad de limpieza de la troposfera
LGK GF777
Ozono troposférico, lo malo
• Absorbe radiación UV
• Absorbe radiación IR
• Químicamente reactivo
• Hay regiones donde está aumentando y colabora en el calentamiento global “extra” del planeta
• En grandes cantidades es corrosivo e irritante
• Su desbalance puede inducir cambios en otras especies
LGK GF777
OO
Oh
h
LGK GF777
Fotoquímica
• En presencia de radiación solar y óxidos de nitrógeno (NOx), la oxidación de CO, CH4 e HC da lugar a la formación de ozono
• En ausencia de NOx, los mismos procesos conllevan a la destrucción de ozono
LGK GF777
Fotoquímica
Producción
CO+OH ->H+CO2
H+O2 -> HO2+M
HO2+NO -> OH+NO2
NO2+h(<410 nm)->NO+O
O+O2 +M -> O3+ M
Neto:
CO+2O2 +h -> CO2+O3
Destrucción
CO+OH ->H+CO2
H+O2 -> HO2+M
HO2 +O3 -> OH +2O2
Neto:
CO +O3 ->CO2+O2
LGK GF777
LA ÚNICA FORMA DE PRODUCIR OZONO EN LA
TROPÓSFERA:
MOMOO(P)
420nmλO(P),NOhνNO
32
2
LGK GF777
En atmósferas limpias
P O3 D O3
223
32
2
ONOONO
MOMOO(P)
420nmλO(P),NOhνNO
k
J
k[NO]
]J[NOO 2
3
LGK GF777
“Smog” Fotoquímico (atmósferas sucias)
• Muchas actividades humanas que dan lugar a emisiones de precursores de ozono (NOx e HC)
• Condiciones meteorológicas que permiten la acumulación de los precursores de ozono
P O3D O3
LGK GF777
......NORONO
ONOONO
MOMOO(P)
420nmλO(P),NOhνNO
2
k
2
22
k
3
32
J
2
R
.R..*kk[NO]
]J[NOO
R
23
P O3D O3
LGK GF777
Flujo desde la estratósfera (11.2)
Flujo hacia la superficie (-4.9)
Producción fotoquímica (19.4)
Ozono en la tropósfera
Destrucción fotoquímica (-25.7)
Budget: Crutzen et al, 1999 (Tellus)molec/cm2 s
LGK GF777
Intrusión de ozono en conexión con
una baja segregada(Rondanelli et al, 2002-JGR)
VP vs O3
H2O
LGK GF777
LGK GF777
LGK GF777
LGK GF777
http://www.cnrm.meteo.fr:8000/mozaic/
LGK GF777
LGK GF777
Y en urbes como Santiago, ¿qué pasa?
0255075
Mes
Con
cent
ració
n (u
g/m
3)
O3-D
O3-M
LGK GF777
Ozono O3 en la atmósfera urbana
Intrusión desde arriba
Precursores (HC, CO, NOx)
Producción Fotoquímica
Deposición seca
h <410 nm
LGK GF777
O3
DYMOS : Dynamic models for smog analysis
c/o U. Católica -GMD-Berlín (>1999)
LGK GF777
Y se depone sobre las superficies
• Efectos sobre la salud: irrita ojos y vías respiratorias, causa cefaleas etc.
LGK GF777
Y se depone sobre las superficies Daña a los vegetales
Abedul
LGK GF777
Resumen sobre O3 troposférico
• O3 absorbe radiación IR =>es un gas de invernadero
• O3 absorberadiación UV y da lugar a radicales
• Junto a radiación solar y vapor de agua forma OH => controla la capacidad de limpieza de la atmósfera
• En grandes cantidades causa irritación y daña a los vegetales
• Las actividades humanas han dado lugar a aumento en sus concentraciones a escala urbana y regional (e.g., Santiago)