La composición de la atmósfera está en continua evolución. VarÃa de un lugar a otro en función de la altitud, latitud, época del año y a lo largo del dÃa. No obstante, se establece que los componentes mayoritarios en la atmósfera por debajo de los 60 km de altitud son nitrógeno, oxÃgeno y argón en una proporción estacionaria del 78 %, 21 % y 1 %, respectivamente.
El resto de los componentes son las denominadas especies traza. La concentración de estos compuestos que se emiten a la atmósfera por procesos naturales, y en los últimos tiempos cada vez más por la actividad humana, es menor del 0,0001 %.
A pesar de su baja concentración, estas sustancias minoritarias son perjudiciales para los seres humanos, los animales, las plantas, y los recursos naturales y artificiales. Además, pueden intervenir en multitud de reacciones en la atmósfera y provocar efectos sobre el medio ambiente como el smog fotoquÃmico, la lluvia ácida, el agujero de la capa de ozono y el cambio climático.
Entre las principales especies traza se encuentran gases como los óxidos de nitrógeno (NOâ‚“), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (COâ‚‚) y dióxido de azufre (SOâ‚‚). También metano (CHâ‚„), ozono (O₃), vapor de agua (Hâ‚‚O) y compuestos orgánicos volátiles (COVs). Además de las especies en fase gaseosa, la atmósfera también contiene partÃculas y aerosoles de distinta naturaleza y tamaños.
La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea totalmente la Tierra y se puede dividir en capas atendiendo a la variación de la temperatura con la altitud. Según nos alejamos de la superficie terrestre, se producen una serie de variaciones de temperatura y presión.
La presión, que a nivel de la superficie del mar está en torno a 1 atmósfera, disminuye de forma casi exponencial con la altura. Sin embargo, la temperatura no responde a un perfil tan predecible como la presión, por lo que la atmósfera puede clasificarse de acuerdo con la variación de temperatura en cinco grandes regiones, de arriba hacia abajo: exosfera, termosfera, mesosfera, estratosfera y troposfera.
De estas capas de la atmósfera, la troposfera es la más importante desde el punto de vista quÃmico. Es la región donde nos encontramos, en la que se produce el tiempo atmosférico y donde se generan y/o emiten la mayorÃa de las especies traza. Por tanto, es donde tienen lugar los principales procesos de transformación de estas especies.
La troposfera es una zona de gran reactividad quÃmica a causa de la gran variedad de especies altamente reactivas como los radicales hidroxilos (OH•), nitrato (NO₃•), hidroperoxilo (HO₂•) y alquilperoxilo (RO₂•), cloro (Cl•) y la molécula de ozono troposférica (O₃). Estos compuestos son considerados los principales agentes oxidantes troposféricos; reaccionan con la mayorÃa de las especies traza mencionadas anteriormente.
Por tanto, la troposfera es la capa de la atmósfera que se comporta como un gran reactor quÃmico de la Tierra por su potente capacidad oxidativa. La mayorÃa de los compuestos traza emitidos se eliminan mediante reacciones quÃmicas de oxidación que involucran a los anteriores agentes oxidantes.
Sin estos procesos, la composición atmosférica y el clima serÃan muy diferentes al actual. Sin un proceso de oxidación eficiente, los niveles de muchos compuestos traza podrÃan elevarse a concentraciones tan altas que cambiarÃan radicalmente la naturaleza quÃmica de nuestra atmósfera porque muchos de ellos son gases de efecto invernadero (dióxido y monóxido de carbono, metano y ozono, vapor de agua y ozono troposférico). Por esta razón, las reacciones de oxidación a veces se denominan procesos de limpieza atmosférica.
Hay que considerar también que la meteorologÃa influye en el poder oxidativo de la atmósfera, ya que puede favorecer el transporte de estas especies traza. Si este transporte es muy eficiente, significa que las emisiones locales de estas especies con tiempos de vida medios de unos dÃas pueden ser transportadas a largas distancias, llegando a otras zonas muy alejadas. Por esta razón, actividades locales tienen implicaciones a escala global, y al contrario, una determinada región puede recibir un impacto como consecuencia de actividades realizadas en otras partes del planeta.
Los avances en la investigación de la quÃmica atmosférica contribuyeron al desarrollo del conocimiento de la contaminación atmosférica y permitieron la formulación de polÃticas para proteger la salud humana y a los ecosistemas. Aunque aún quedan muchos desafÃos por conseguir, se alcanzaron grandes hitos en el conocimiento de procesos como el agujero de la capa de ozono, el smog fotoquÃmico y la lluvia ácida.
La quÃmica atmosférica está avanzando rápidamente debido en gran medida a los avances en la comprensión de los procesos quÃmicos en la atmósfera, a la innovación de las tecnologÃas de medición in situ y de detección remota de la atmósfera, asà como el desarrollo de modelos matemáticos.
Continuamente se hacen descubrimientos que ayudan a conocer mejor la capacidad oxidativa de la atmósfera. Por ejemplo, un estudio publicado hace unos dÃas demostró que en la atmósfera se forma un compuesto, el hidrotrióxido (ROOOH), que parece ser el producto de la reacción entre los agentes oxidantes RO₂• y OH•.
El ROOOH puede descomponerse en una especie de oxÃgeno altamente reactiva, el oxÃgeno singlete (¹Oâ‚‚*), que es otro potente agente oxidante que podrÃa competir con los principales agentes oxidantes troposféricos que actualmente se tienen en cuenta en la quÃmica de la atmósfera y participar en los procesos oxidativos.
Sin duda en los próximos años se producirán avances sorprendentes en la comprensión quÃmica de la atmósfera de la Tierra. Es de esperar que la investigación se centre en el estudio de las implicaciones y mitigación del cambio climático, puesto que es uno de los mayores desafÃos al que se enfrenta la sociedad actualmente. Queda mucho trabajo por hacer en el fascinante campo de la quÃmica atmosférica y muchos compuestos y reacciones por descubrir.
Este texto se reproduce de The Conversation bajo licencia Creative Commons.
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