Ciencias de la Tierra (plan 2011) 2015-2

Obligatorias de Orientación, Taller de Investigación en Ciencias Atmosféricas I

Las orientaciones de la Licenciatura en Ciencias de la Tierra a las que se aplica este taller de investigación son principalmente Atmosféricas y Ambientales, aunque los temas que se cubren pueden ser aplicables a Espaciales (otras atmósferas planetarias) y Tierra Sólida (composición de emisiones volcánicas).

Antecedentes

La composición de la atmósfera varía naturalmente en tiempo y espacio pero recientemente está sufriendo cambios importantes debido a las actividades humanas. Por la relevancia que esto implica para la sociedad, el uso de técnicas de percepción remota para estudiar la variabilidad y tendencias de estos cambios es fundamental para las ciencias de la tierra. Gracias a los avances tecnológicos, es posible hacer uso de estas herramientas tanto desde la superficie terrestre como en plataformas satelitales, las cuales se complementan unas con otras. Las metodologías aprendidas en este taller se basan en el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética con la materia - en este caso la atmósfera terrestre. La información espectral, en los diferentes rangos de longitud de onda, proveen la capacidad de estudiar estas interacciones ya sea por absorción molecular, emisión, esparcimiento, dispersión y refracción. En este sentido se hace uso de conceptos básicos de la óptica y la espectroscopía, así como tecnologías en el estado del arte, para estudiar la composición atmosférica.

Los métodos espectroscópicos de percepción remota aprendidos en este taller se pueden usar para medir:

• los gases que participan en la formación del esmog fotoqímico. Entre los compuestos más relevantes están el ozono troposférico (O₃), el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NO y NO₂), el bióxido de azufre (SO₂).
• los gases de efecto invernadero, como el bióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄), el óxido nitroso (N₂O). La concentración de fondo de estos gases en el planeta aumenta rápidamente debido a la quema de combustibles fósiles y el cambio de uso de suelo.
• los gases que participan en la química del ozono estratosferico. Es bien conocido que la capa de ozono sufre alteraciones por la presencia de ciertos gases emitidos mediante procesos industriales, tal como los CFC's, HFC's y otros compuestos halogenados.

Las técnicas dentro de este taller se enseñarán tanto de manera teórica como práctica en el Laboratorio de Espectroscopía y Percepción Remota, del Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM. http://www.atmosfera.unam.mx/espectroscopia/

Marco Teórico

La Espectroscopía Infrarroja de Absorción Solar es una técnica de percepción remota que se ha consolidado como método robusto para la medición de columnas y perfiles verticales de gases atmosféricos. Actualmente la red internacional NDACC lleva a cabo estas mediciones de manera coordinada y entre las sustancias que se miden rutinariamente con esta técnica son O₃, HNO₃, HCl, HF, CO, N₂O, CH₄, HCN, C₂H₆ y ClONO₂, entre otras.

La Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier, o FTIR, es una técnica espectroscópica que también se usa para medir concentraciones en superficie a lo largo de una trayectoria abierta o simplemente la radiación térmica de fuentes emisoras de gases. Para este experimento se utilizan dos telescopios como emisor/receptor para enviar un haz de manera horizontal, registrar los espectros y analizar los gases que absorben parte de la radiación.

La Espectroscopía Óptica de Absorción Diferencial, o DOAS, se basa en el análisis de espectros en el rango visible y ultravioleta medidos en la atmósfera. La técnica puede ser ya sea activa (con fuente de luz sintética) o pasiva (utilizando la radiación disponible de manera natural en la atmósfera).

LIDAR ("Light Detection and Ranging") es otra técnica poderosa para el estudio de la presencia de nubes y aerosoles, ya que mediante el envío de pulsos de láser de manera vertical y su posterior detección al ser retro-dispersados, se obtienen perfiles con la estructura vertical de la atmósfera.

Requerimientos físicos y materiales del taller y facilidades con las que el grupo de profesores cuenta

La investigación se llevará a cabo en el Laboratorio de Espectroscopía y Percepción Remota del Centro de Ciencias de la Atmósfera y se apoyará del Taller de Meteorología de la Facultad de Ciencias.

Todos los equipos necesarios para desarrollar esta línea de investigación se encuentran disponibles: espectrómertos DOAS, LIDAR, FTIR y diversos sensores meteorológicos.