El documento describe la atmósfera terrestre. Explica que está compuesta principalmente por nitrógeno, oxígeno y vapor de agua, y pequeñas cantidades de gases como el dióxido de carbono. Describe la estructura en capas de la atmósfera, incluyendo la troposfera, estratosfera y mesosfera, y cómo varía la temperatura y composición de gases a través de estas capas. También explica el papel del ozono en la estratosfera en absorber la radiación ultravioleta del sol.
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El documento describe la atmósfera terrestre. Explica que está compuesta principalmente por nitrógeno, oxígeno y vapor de agua, y pequeñas cantidades de gases como el dióxido de carbono. Describe la estructura en capas de la atmósfera, incluyendo la troposfera, estratosfera y mesosfera, y cómo varía la temperatura y composición de gases a través de estas capas. También explica el papel del ozono en la estratosfera en absorber la radiación ultravioleta del sol.
El documento describe la atmósfera terrestre. Explica que está compuesta principalmente por nitrógeno, oxígeno y vapor de agua, y pequeñas cantidades de gases como el dióxido de carbono. Describe la estructura en capas de la atmósfera, incluyendo la troposfera, estratosfera y mesosfera, y cómo varía la temperatura y composición de gases a través de estas capas. También explica el papel del ozono en la estratosfera en absorber la radiación ultravioleta del sol.
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I.E.S. LA JARA-Vva.
de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA
DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 1 de 15 TEMA 3. LA ATMSFERA 1. LA ATMSFERA. Concepto, composicin y estructura. La atmsfera es la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra. Est formada por una mezcla de gases que rodean la Tierra. La atmsfera est unida al resto del planeta por accin de la gravedad y se mantiene en equilibrio entre la gravedad y la expansin natural de los gases. El 95% de los gases se encuentran en los primeros 15 km y su lmite superior se ha fijada a unos 10.000 km de altura. a) COMPOSICIN DE LA ATMSFERA. La atmsfera est formada por una mezcla de gases (aire) y una serie de partculas en suspensin (aerosoles). Los gases que forman la atmsfera son los siguientes: o NITRGENO: Es el principal componente de la atmsfera y representa el 78% de su composicin. Es un gas inerte y se le considera un relleno atmosfrico. o OXGENO. Representa el 20,9% de los gases. Es un gas muy activo y que reacciona fcilmente con otros elementos y los oxida. o ARGN. 0,9%. Es un gas noble, inerte, se produce por la desintegracin radiactiva del potasio de la corteza y el manto y es desprendido a la atmosfera por los volcanes. o VAPOR DE AGUA. Su proporcin vara de 0 hasta 2,5% y depende de la temperatura del aire. El vapor de agua procede de la evaporacin de las aguas superficiales y de la traspiracin de las plantas o El resto de los componentes estn presentes en cantidades muy reducidas y se miden en partes por milln (ppm): DIXIDO DE CARBONO Actualmente representa 370 ppm (0,03%) y est aumentando muy rpidamente en los ltimos aos. El CO2 es utilizado por los organismos auttrofos en la fotosntesis. Se acumula en los combustibles fsiles y vuelve a la atmsfera por la combustin de stos. Tambin se acumula en los caparazones de animales marinos y en las rocas calcreas. Interviene en el denominado efecto invernadero. El CO2 absorbe la radiacin infrarroja procedente del Sol y reflejada por la Tierra, lo que hace vibrar su molcula y produce choques que calientan el aire en la parte inferior de la atmsfera. OTROS GASES NOBLES. AEROSOLES, son partculas en suspensin que se concentran en la parte baja de la atmsfera y pueden ser: Partculas suspendidas de polvo levantadas del suelo por el viento. Partculas salinas de origen marino Humo, cenizas, procedentes de las erupciones volcnicas y las combustiones. Microorganismos, polen y esporas. Agua en estado slido y lquido, que constituyen las nubes. Desempean funciones que son decisivas para el clima, al actuar como ncleos de condensacin a partir de los cuales se forman las nubes y las nieblas. En ocasiones son causantes de graves niveles de contaminacin. I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 2 de 15 Los mencionados gases no se distribuyen de forma continua y en ella se pueden distinguir dos capas atendiendo a su composicin: o HOMOSFERA, Se extiende hasta los 90 km de altitud y en ella se concentran el 99% de la masa atmosfrica. Tiene una composicin homognea, formada por una mezcla de gases que se denomina aire (N 2- 78%, O 2 -21%, Argn 0,93% y con cantidades variables de otros gases como el vapor de agua, el CO 2 y el ozono) y aerosoles. o HETEROSFERA, se extiende por encima de la homosfera hasta el lmite exterior de la atmsfera. No tiene una composicin de gases uniforme y su densidad es muy baja. En esta capa los gases se distribuyen en capas, cada una de ellas caracterizada por un determinado gas: Rodeando la homosfera hay una capa de N 2 (entre 100 y 200 km) Por encima una de oxgeno atmico (O) (entre 200 y 1000 km). Una de Helio (entre los 1000 y los 3500 km) Y otra de hidrgeno atmico (H) a partir de los 3.500 km.
Es correcto considerar el CO2 un contaminante atmosfrico?. Qu ocurrira si la cantidad de CO2 atmosfrico aumentara o disminuyera drsticamente?
b) ESTRUCTURA VERTICAL DE LA ATMSFERA. La temperatura de la atmsfera vara en altura, pero no de una manera uniforme. As se establece una estructura en capas de la atmsfera segn las variaciones de temperatura. Los lmites de las capas no son bruscos, sino que son zonas de transicin. La extensin de las capas vara tambin con la latitud y en algunos casos con la estacin del ao.
HOMOSFERA: En la homosfera se distinguen tres capas: a) TROPOSFERA. Se extiende desde la superficie hasta los 12 km (TROPOPAUSA) de altitud media. Su altitud vara con la latitud ( 7 km en los polos y 18 en el ecuador), y con la estacin (mayor espesor en verano que en invierno). o Contiene el 75% de la masa total de la atmsfera y prcticamente la mayor parte del CO 2 , el vapor de agua y las partculas de polvo procedente de los desiertos, erupciones volcnicas, incendios forestales Estas partculas actan como ncleos alrededor de los cuales se forman el vapor de agua y se forman las nubes. o Su temperatura disminuye a mediad que aumenta la altura con una razn constante de 0,65 cada 100 m (GVT: Gradiente vertical de temperatura). Este gradiente se mantiene hasta el lmite superior de la troposfera donde se alcanza -70C. o La presin atmosfrica disminuye desde 1013 mb a nivel del mar hasta 200 mb en el lmite superior. o Aqu tiene lugar el conocido efecto invernadero. Acta como una capa aislante que evita la prdida de calor de la Tierra. El efecto invernadero mantiene la superficie de la Tierra a una temperatura media de 15 C, ideal para la vida. Esto se debe a que algunos gases presentes en esta capa (el CO 2 y el vapor de agua) son capaces de absorber la radiacin I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 3 de 15 infrarroja, tanto procedente del Sol como de la Tierra. Si no se diera este efecto la temperatura terrestre sera de -20 C. o El conjunto de los procesos climticos y meteorolgicos que nos afectan se producen en la troposfera y se basan en movimientos verticales de las masas de aire que la componen. o El lmite superior de la Troposfera se denomina TROPOPAUSA.
b) ESTRATOSFERA. o Es una capa que se extiende desde la TROPOAUSA hasta los 50 km de altura, en una zona de transicin denominada ESTRATOPAUSA. o En esta capa el aire se dispone en estratos horizontales y los gases slo presentan movimientos horizontales y no verticales. o Es una capa de poca densidad, donde la temperatura aumenta con la altitud. En su parte baja la temperatura deja de descender, aunque se mantienen baja y a partir de los 20 km de altura aumenta hasta 80 C. Este aumento de temperatura se debe a la absorcin de la radiacin ultravioleta del sol por las molculas de ozono en la Ozonosfera. o La Ozonosfera es una capa donde se genera la mayor parte del ozono (O 3 ) de la atmsfera responsable de filtrar la radiacin ultravioleta ms energtica proveniente del sol. Tiene su mxima concentracin entre los 15 y 35 km de altura. El ozono se produce por la fotlisis del oxgeno por la luz ultravioleta que es ms estable en las condiciones de esta capa: O 2 + E(UV) O + O O 2 + O+ O 3 + calor La luz ultravioleta es absorbida por el ozono que se trasforma de nuevo en O 2 +O, de manera que si no hubiese influencia del ser humano, la concentracin de este elemento permanecera estable. o El ozono absorbe la luz ultravioleta y evita que llegue a la superficie terrestre, lo que provocara daos en el material gentico y mutaciones. Como en la reaccin de formacin del ozono se libera calor, la temperatura del aire en la estratosfera aumenta progresivamente hasta los 0 C. o El lmite superior de la estratosfera es la ESTRATOPAUSA.
c) MESOSFERA. o Esta capa se extiende desde la ESTRATOPAUSA a los 50 km hasta los 80 km de altitud (MESOPAUSA) o La temperatura disminuye hasta los -100 C. o A los 70 km de altitud abundan los vapores de sodio y se forma la sodiosfera. o Aunque la densidad del aire aqu es muy reducida, resulta suficiente para que el roce de las partculas que contiene provoque la inflamacin de los meteoritos procedentes del espacio, dando lugar a las estrellas fugaces. o El lmite superior de la mesosfera se denomina MESOPAUSA.
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HETEROSFERA: La Heterosfera llega desde los 90 km de altura hasta el lmite de la atmsfera. En esta capa, al no haber mecanismos que mezclen el aire, los gases se distribuyen de forma estratificada, en funcin de su densidad.: - Capa de N 2 (entre 90-200 km de altitud) - Capa de O atmico ( entre 200-1000 km de altitud). - Capa de helio (entre 1000 - 3500 km). - Capa de hidrgeno (entre 3500- 10.000 km) Se pueden distinguir en ella las siguientes zonas:
d) TERMOSFERA O IONOSFERA. Situada entre los 80 km y 600 km de altitud, donde se sita la Termopausa. Su nombre se debe a su alto contenido en iones producidos porque el nitrgeno y oxgeno presentes en esta capa absorben las radiaciones solares de onda ms corta RAYOS X Y RAYOS GAMMA. Como resultado los tomos liberan electrones y quedan cargados positivamente. Esta ionizacin es especialmente intensa en las zonas de latitud alta donde se producen las auroras boreales en el Polo Norte. Se producen por los electrones que llegan del sol y que penetran por los polos escapando del campo magntico con las molculas que hay en esta capa. Dependiendo de la molcula y de la presin atmosfrica se producen diferentes colores De esta forma, el Nitrgeno (N 2 ) y el Oxgeno (O) actan como filtro de las radiaciones X y gamma del sol, la energa de estas radiaciones hace ascender la temperatura hasta los 1500 C. Tambin es en esta capa donde rebotan algunas ondas de radio haciendo posible las comunicaciones (aunque a veces se vean interferidas por las radiaciones solares). Aprender bien el dibujo I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
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e) EXOSFERA Es la capa ms exterior y se extiende entre los 600 y 10.000 km de altura (capas de He e H).Es la zona ms externa, el aire tiene tan poca densidad que no se llega a distinguir el lmite con el espacio exterior. Sus componentes mayoritarios son el oxgeno (capa de oxgeno atmico), el Helio e Hidrgeno. stos ltimos pueden escapar al espacio.
Qu papel juega la estratosfera en el mantenimiento de la vida?
Define en tu cuaderno los siguientes conceptos bsicos: homosfera, heterosfera, troposfera, tropopausa, estratosfera, ozonosfera, estratopausa, mesosfera, mesopausa, termosfera, ionosfera, termopausa, exosfera.
2. FUNCIN PROTECTORA Y REGULADORA DE LA ATMSFERA. Qu sucedera si nuestra atmsfera tuviera la composicin de gases apta para la vida y dejase pasar la totalidad de las radiaciones solares recibidas?. Sin la accin de la atmsfera sobre la Tierra la vida en ella no existira. Es el principal elemento diferenciador entre nuestro planeta y el resto de los del sistema solar. Entre las funciones de la atmsfera estn: Funcin protectora, pues acta como filtro de las radiaciones solares dainas para la vida. Funcin reguladora, puesto que distribuye la energa procedente del sol y el efecto invernadero de forma que regula la temperatura terrestre. Es responsable del movimiento del agua y las partculas slidas de la superficie terrestre. Por ltimo, sealar que la vida depende de la atmsfera. el oxgeno, el CO 2 , la humedad atmosfrica, son imprescindibles para el desarrollo de los organismos. a) Funcin protectora de la atmsfera. El Sol emite una serie de partculas (protones y electrones) y de radiaciones electromagnticas. La mayora de las partculas solares son desviadas por el campo magntico terrestre, por lo que no alcanzan la superficie terrestre. Las radiaciones electromagnticas se dividen en tres grupos (onda corta, visible y onda larga).
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TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 6 de 15 La atmsfera acta como filtro protector. La atmsfera absorbe parte de la radiacin solar antes de que sta llegue a la superficie slida del planeta y adems lo hace de forma selectiva. Estos procesos son de suma importancia para los seres vivos ya que algunas radiaciones (especialmente las de menor longitud de onda, que contienen ms energa) producen efectos nocivos (mutaciones, cnceres de piel.
Las capas de la atmsfera funcionan como un filtro que protege a los seres vivos de las radiaciones perjudiciales: La IONOSFERA. Se absorben radiaciones de onda corta (=200 nm) y alta energa como los rayos gamma y rayos X y parte de los ultravioletas. Estas radiaciones interaccionan con las molculas de oxgeno y nitrgeno y no pueden seguir avanzando. Esto produce el calentamiento de esta capa. En la ESTRATOSFERA, se absorbe la radiacin comprendida entre 200 y 300 nm (ultravioleta corto). Esta absorcin la produce el ozono, por lo que al entrar en la troposfera las radiaciones menores de 300 nm, las ms perjudiciales para los seres vivos, han desaparecido. En la estratosfera se encuentra la mayor parte del ozono atmosfrico (la llamada capa de ozono u ozonosfera), aunque tambin existe en la troposfera constituyendo un contaminante. El ozono (O3) alcanza sus mayores concentraciones entre los 20 y 35 km. La capa presenta un espesor variable mximo en el ecuador y mnimo en los polos. El ozono de la estratosfera se forma y se destruye continuamente. Un fotn de energa solar rompe una molcula de oxgeno en sus dos tomos. El oxgeno atmico reacciona con el molecular y se forma ozono. El ozono tiene una gran capacidad para absorber radiacin ultravioleta entre 200-290 nm, las ms energticas y peligrosas, proceso en el que se disocia la molcula.
Fotolisis del oxgeno: O 2 + UV O + O Formacin del ozono: O 2 + O O 3 + calor Destruccin del ozono: Fotolisis del ozono O 3 + UV O 2 + O Posible reaccin con oxgeno atmico: O + O 3 O 2 + O 2
En condiciones normales, estas reacciones estn en equilibrio dinmico, y adems de retener el 90% de los rayos ultravioleta, producen un incremento en la temperatura de la estratosfera, debido a la liberacin de calor. Los rayos UV en dosis altas originan efectos nocivos sobre los seres vivos (mutaciones, cnceres de piel, cataratas,..).
En los ltimos aos se ha disminuido la concentracin de ozono estratosfrico. La principal causa reside en la liberacin de clorofluocarbonos o halocarburos (CFCs). Estas sustancias se utilizaban, antes de su prohibicin, en la fabricacin de aerosoles de uso domstico e industrial, como disolventes, agentes espumantes, aislantes trmicos, refrigerantes, etc. Desgraciadamente no se cumplen todas las normativas, y compuestos de estos tipos siguen utilizndose para usos agrcolas e industriales. Esto es importante I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 7 de 15 Las molculas de CFCs ascienden a travs de la troposfera alcanzando eventualmente la estratosfera, donde absorben radiacin UV, se descomponen y el Cl es liberado. El Cl ataca a las molculas de ozono, convirtindolas en molculas ordinarias de oxgeno. Una molcula de cloro puede destruir 10.000 molculas de ozono antes de desaparecer formando molculas de otros compuestos.
La destruccin de la capa de ozono supone un aumento de la intensidad de radiacin ultravioleta sobre la superficie, que conlleva una mayor incidencia en el cncer de piel y en la frecuencia de mutaciones. Otros efectos a largo plazo pueden ser la desaparicin de bacterias, fitoplancton y la reduccin de los campos de cultivo de numerosas especies.
En la TROPOSFERA, las radiaciones ms perjudiciales ya han sido absorbidas. Sin embargo, en esta capa las nubes tambin contribuye a absorber y reflejar cantidades variables de radiacin solar. Adems la radiacin comprendida entre 700 nm-4 m (infrarrojo cercano) es absorbida por el CO2 y el vapor de H2O de la troposfera, lo que contribuye, en parte, al calentamiento de la atmsfera.
b) Funcin reguladora de la atmsfera.
BALANCE DE LA RADIACIN SOLAR
100 % 25 % 25 % 25 % 5 % 50 % 45 % 30 % 70 % El ALBEDO es la proporcin de radiacin solar reflejada y devuelta al espacio exterior (aprox. el 30 % de la que llega). I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 8 de 15 Del total (100%) de radiacin solar incidente:
- El 25 % es REFLEJADO por la ATMSFERA en forma de onda corta. - Otro 25 % es ABSORBIDO por la ATMSFERA, que ser emitido despus en forma de onda larga. - Un 5 % es REFLEJADO por la SUPERFICIE TERRESTRE en forma de onda corta. - Un 45 % es ABSORBIDO por la SUPERFICIE TERRESTRE, que ser emitido despus en forma de onda larga.
El balance anterior se refiere al total de la radiacin solar incidente sobre la Tierra y al total de la radiacin emitida por la Tierra, que deben ser iguales para que no se produzca calentamiento ni enfriamiento del planeta. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que este balance no es igual en todas las zonas del planeta, ya que existen: - Zonas con dficit de radiacin: emiten ms radiacin de la que reciben y por tanto son zonas fras (por ejemplo las zonas polares). - Zonas con superavit de radiacin: reciben ms radiacin de la que emiten y por tanto son zonas clidas (por ejemplo las zonas intertropicales).
Para compensar estas diferencias de temperaturas existen mecanismos que transportan calor de las zonas con supervit a las zonas con dficit, como son: - Corrientes atmosfricas (vientos) - Corientes ocenicas superficiales y profundas (cinta transportadora ocenica).
Tambin hay que tener en cuenta el proceso conocido como EFECTO INVERNADERO, producido por gases como Vapor de agua (H 2 O), Dixido de Carbono (CO 2 ), Metano (CH 4 ), xido nitroso (N 2 O), Ozono (O 3 ) y los Clorofluorocarbonos (CFCs).
La atmsfera, aparte de actuar como escudo protector contra determinadas radiaciones, regula la temperatura de la superficie terrestre, mantenindola dentro de unos mrgenes que permiten la existencia de vida tal y como la conocemos. Asimismo, la circulacin atmosfrica que la diferencia de insolacin produce en la Tierra, permite que la energa se redistribuya por las distintas zonas terrestres, contribuyendo a la determinacin de los climas.
100 % 12 % 88 %
Del total (100 %) de radiacin infrarroja emitida por la superficie terrestre:
- Un 12 % escapa al ESPACIO. - Un 88 % vuelve a la superficie terrestre como CONTRARRADIACIN. Esto es muy importante I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 9 de 15 La atmsfera tiene un importantsimo papel como reguladora del clima, y acta evitando que se caliente en exceso durante el da la superficie terrestre (reflejando y absorbiendo parte de la energa solar) y que se enfre bruscamente durante la noche (el calor absorbido durante el da lo libera lentamente durante la noche). Es la TROPOSFERA, donde se producen los fenmenos meteorolgicos, la principal responsable de su accin reguladora. La presencia de NUBES EN LA TROPOSFERA incrementa el albedo de la Tierra, se reflejan las radiaciones y son devueltas al espacio exterior, de manera que las temperaturas no aumentan por encima del umbral tolerable para los seres vivos. La CIRCULACIN GENERAL DEL AIRE en la atmsfera, redistribuye el desigual calentamiento de la superficie terrestre motivado, entre otras razones, por la distinta incidencia de los rayos solares en el Ecuador (mximo calentamiento) y los Polos (mnimo). Esta circulacin del aire se produce por las diferencias de temperatura y presin entre las capas bajas y altas de la troposfera. LA ATMSFERA SE CALIENTA POR: La luz solar que la atraviesa (radiacin electromagntica procedente del sol) Y en su mayor parte por el calor que proporciona la superficie terrestre. Esta transmisin de calor del suelo a la atmsfera se denomina radiacin terrestre y se produce por varios mecanismos: Conduccin directa, El calor sensible se transfiere desde la superficie del suelo y del mar al aire situado sobre ellas. Esto provoca un movimiento ascendente de las masas de aire calentadas denominado conveccin, en el que el aire superficial ms caliente, y por tanto menos denso, asciende y provoca el descenso del aire ms fro, y por ello ms denso de las capas altas. Calor latente: Cuando se evapora el agua de la superficie es necesaria un aporte de calor, el calor sensible pasa a calor latente que se almacena en el vapor de agua. Cuando el vapor de agua se condensa este calor latente pasa a calor sensible que aumenta la temperatura de la atmsfera.
Emisin de radiacin infrarroja. La radiacin que emite la Tierra es radiacin infrarroja. Esta radiacin es absorbida por el vapor de agua y el CO 2 atmosfricos (que son trasparentes a la luz). Como consecuencia, la parte baja de la atmsfera se calienta por la absorcin de los rayos infrarrojos emitidos por la superficie. Es el llamado EFECTO INVERNADERO NATURAL. Este proceso provoca que las temperaturas superficiales sean ms altas (casi 30 C) de lo que seran si no existiese la atmsfera. El efecto invernadero tiene una gran importancia biolgica. Si no hubiese en la atmsfera gases con capacidad de absorcin de radiaciones infrarrojas la temperatura media de la superficie sera de 18C en lugar de los 15 C actuales y entre otras cosas no habra agua en estado lquido, lo que permite el desarrollo de los seres vivos. El gas responsable de este efecto invernadero natural es en 60 al 70% el vapor de agua. Despus de l son importantes, por este orden, el dixido de carbono, el metano, el xido nitroso, el ozono y los clorofluorocarbonos. El efecto invernadero no es perjudicial en s, sino su aumento drstico al incrementarse los gases de efecto invernadero como consecuencia de las actividades humanas.
Ojo: Selectividad d I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
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OTROS FACTORES que influyen globalmente sobre la temperatura de la superficie son:
El ALBEDO es el porcentaje de radiacin solar que reflejan la superficie terrestre y la atmsfera. El albedo medio de la Tierra es de un 30%. Esto significa que de los 342 Wm-2 e energa que se reciben del Sol (Constante solar) algo ms de 100 Wm-2 son devueltos al espacio por la reflexin de la Tierra. Un aumento del albedo favorece la disminucin de la temperatura. Se calcula que alrededor de la mitad del albedo es causado por las nubes, El albedo no es el mismo en toda la Tierra: Polvo, aerosoles y nubes. Cuanto mayor es su cantidad en la atmsfera, ms energa se refleja. La presencia de nubes en la troposfera incrementa el albedo de la Tierra y aseguran que las temperaturas no aumenten por encima de los lmites tolerables. En el caso de las erupciones volcnicas, las cenizas son inyectadas a la estratosfera y permanecen en ella varios aos. Se ha propuesto que este sera uno de los efectos ms catastrficos de la cada de grandes meteoritos. Vegetacin: La vegetacin refleja menos radiacin que las rocas, por ello el albedo es mayor en los desiertos (30-50%) que en los bosques (10-15%). Por otra parte, las plantas evaporan una importante cantidad de agua (traspiracin), por lo que los bosques favorecen la formacin de nubes. Hielo (60-85%): Las superficies de la nieve y el hielo presentan el mximo albedo. Cuanto mayor es la superficie helada, ms energa se refleja, por lo que tender a disminuir la temperatura. Superficie ocenica. Su albedo es variable (5-10%) dependiendo del ngulo de incidencia de los rayos solares y del oleaje de la superficie.
Por qu los esquiadores deben protegerse tanto del sol? Cita algn ejemplo de cmo el ser humano puede modificar el albedo de la superficie terrestre. Hace 65 m.a cay un meteorito en Mxico, lo que produjo la extincin de muchos organismos. Justifcalo. Qu ocurrira si la Tierra se cubriera de hielo? Y si se produce un deshielo masivo?
LA INTENSIDAD DE LA RADIACIN SOLAR. La intensidad solar depende de dos factores: la actividad solar y la distancia entre el Sol y la Tierra. o La actividad del sol: Vara con el tiempo y ha aumentado hasta un 25% en los ltimos 3000 aos. o La distancia Sol- Tierra: La excentricidad de la rbita y la orientacin de la inclinacin del eje cambian peridicamente (ciclos Milankovich). Esto parece ser la causa de las glaciaciones.
Dnde y cmo se filtran las radiaciones de onda corta? Cmo repercute sobre la temperatura de las diferentes capas? Qu radiaciones consiguen alcanzar la superficie terrestre? Qu ventaja supone este hecho para la vida en la Tierra?. Explica en tu cuaderno los siguientes conceptos bsicos: tipos de radiaciones solares, formacin del ozono, albedo, gases de efecto invernadero.
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TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 11 de 15 Gases de efecto invernadero Son gases que se encuentran presentes en la atmsfera terrestre y que dan lugar al fenmeno denominado efecto invernadero. Su concentracin atmosfrica es baja, pero tienen una importancia fundamental en el aumento de la temperatura del aire prximo al suelo, hacindola permanecer en un rango de valores aptos para la existencia de vida en el planeta. Los gases de invernadero ms importantes son: vapor de agua, dixido de carbono (CO 2 ), metano (CH 4 ), xido nitroso (N 2 O), ozono (O 3 ) y clorofluorocarbonos (CFCs). En la tabla se enumeran los fenmenos naturales y actividades antropognicas que dan origen a estos gases, su concentracin y tasa de crecimiento anual en la atmsfera.
gas fuente concentracin actual (ppm*) Crecimiento anual (%) Vapor de agua -evaporacin variable - Dixido de carbono -combustin de carburantes fsiles (petrleo, gas, hulla) y madera -erupciones volcnicas 353 0.5 Metano -descomposicin anaerbica de vegetales en tierras hmedas (pantanos, cinagas, arrozales) -ganadera -combustin de biomasa -venteo de gas natural 1.7 0.9 xido nitroso -prcticas agrcolas (uso de fertilizantes nitrogenados) -combustin de carburantes fsiles 0.31 0.8 Ozono troposfrico -combustin de carburantes fsiles 0.02 - 0.04 0.5 2.0 Clorofluoro- carbonos -origen sinttico (propelentes de aerosoles, refrigeracin, espumas ) 0.00028 - 0.00048 4.0
*ppm partes por milln (en volumen)
El incremento en la concentracin de los gases de invernadero debido a actividades humanas, y la consecuente potenciacin del efecto invernadero, es una de las causas probables del aumento de 0.6C de la temperatura media global observado en el perodo 1910 - 1995. Dado que an no se conocen mecanismos dentro del sistema Tierra-atmsfera, que contrarresten el efecto de calentamiento asociado al aumento de la concentracin de los gases de invernadero, es importante establecer controles sobre las emisiones antropognicas de estos gases y la bsqueda de sustancias alternativas que permitan su reemplazo en algunas actividades.
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3. RECURSOS ENERGTICOS RELACIONADOS CON LA ATMSFERA. 1.1. Energa solar. Sin duda la principal fuente de energa que tiene nuestro planeta es el Sol. La energa que procede del sol es fuente directa o indirecta de casi toda la energa que usamos. Los combustibles fsiles existen gracias a la fotosntesis que convirti la radiacin solar en las plantas y animales de las que se formaron el carbn, gas y petrleo. El ciclo del agua que nos permite obtener energa hidroelctrica es movido por la energa solar que evapora el agua, forma nubes y las lleva tierra adentro donde caer en forma de lluvia o nieve. El viento tambin se forma cuando unas zonas de la atmsfera son calentadas por el sol en mayor medida que otras. La energa solar que recibe la Tierra en 30 minutos equivale a la energa elctrica que consume la humanidad en un ao. Espaa, por su privilegiada situacin y climatologa, se ve particularmente favorecida respecto al resto de los pases de Europa, ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al ao unos 1.500 kilovatios- hora de energa. Esta energa puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas tiles como, por ejemplo, en electricidad. El aprovechamiento directo de la energa del sol se hace de diferentes formas: a) Calentamiento directo de locales por el sol (Arquitectura Bioclimtica) En invernaderos, viviendas y otros locales, se aprovecha el sol para calentar el ambiente. Algunos diseos arquitectnicos buscan aprovechar al mximo este efecto y controlarlo para poder restringir el uso de calefaccin o de aire acondicionado.
b) Acumulacin del calor solar Se hace con paneles o estructuras especiales colocadas en lugares expuestos al sol, como los tejados de las viviendas, en los que se calienta algn fluido que se almacena el calor en depsitos. Se usa, sobre todo, para calentar agua y puede suponer un importante ahorro energtico si tenemos en cuenta que en un pas desarrollado ms del 5% de la energa consumida se usa para calentar agua.
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TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 13 de 15 c) Generacin de electricidad Se puede generar electricidad a partir de la energa solar por varios procedimientos. En la llamada Energa solar trmica la energa solar se usa para convertir agua en vapor en dispositivos especiales. En algunos casos se usan espejos cncavos que concentran el calor sobre tubos que contienen aceite. El aceite alcanza temperaturas de varios cientos de grados y con l se calienta agua hasta ebullicin. Con el vapor se genera electricidad en turbinas clsicas. Con algunos dispositivos de estos se consiguen rendimientos de conversin en energa elctrica del orden del 20% de la energa calorfica que llega a los colectores La llamada Energa solar fotovoltaica es cuando la luz del sol se convierte directamente en electricidad usando el efecto fotoelctrico. Las clulas fotovoltaicas no tienen rendimientos muy altos. La eficiencia media en la actualidad es de un 10 a un 15%, aunque algunos prototipos experimentales logran eficiencias de hasta el 30%. Por esto se necesitan grandes extensiones si se quiere producir energa en grandes cantidades. Uno de los problemas de la electricidad generada con el sol es que slo se puede producir durante el da y es difcil y cara para almacenar. Para intentar solucionar este problema se estn investigando diferentes tecnologas. Una de ellas usa la electricidad para disociar el agua, por electrlisis, en oxgeno e hidrgeno. Despus el hidrgeno se usa como combustible para regenerar agua, produciendo energa por la noche. La produccin de electricidad por estos sistemas es ms cara, en condiciones normales, que por los sistemas convencionales. Slo en algunas situaciones especiales compensa su uso, aunque las tecnologas van avanzando rpidamente y en el futuro pueden jugar un importante papel en la produccin de electricidad. En muchos pases en desarrollo se estn usando con gran aprovechamiento en las casas o granjas a los que no llega el suministro ordinario de electricidad porque estn muy lejos de las centrales elctricas.
1.2. Energa elica. La radiacin solar, al incidir sobre la Tierra genera distintos gradientes de temperatura que, al calentarlos, ponen en movimiento a los gases atmosfricos ocasionando los vientos. Desde la antigedad el hombre ha aprovechado la fuerza del viento. Tanto para la propulsin de vehculos en la navegacin a vela, con la que se recorri el mundo hasta el siglo XVII, como para convertirla en energa mecnica en los molinos de viento, tradicionales en la geografa espaola. I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 14 de 15 Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, elevar o bombear agua u otras tareas que requieren energa. Los molinos manchegos y holandeses tienen cuatro aspas de lona, mientras que los de Baleares y Portugal tienen seis, y los de Grecia, doce. En la actualidad la demanda de energas no contaminantes ha impulsado el desarrollo de la produccin de energa a travs de aerogeneradores, especialmente en reas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montaosas o islas. Un aerogenerador consiste en un torre sobre la cual se sitan unas palas que giran por la accin del viento en un eje horizontal conectado a un generador y que son orientables automticamente para un mejor rendimiento. Energa mini elica Existe la posibilidad de utilizar la energa elica para generar energa en el hogar, al igual que con las placas solares. Se trata de micro aerogeneradores domsticos.
Los parques elicos Existen aerogeneradores de baja, media, y alta potencia. Estos ltimos son los empleados para su instalacin en parques elicos. Un parque elico es una agrupacin de aerogeneradores que transforman la energa elica en energa elctrica. Los ms habituales se instalan en tierra, aunque cada vez experimentan ms auge los que se instalan en el mar, ya que logran minimizar algunos de sus inconvenientes. El nmero de aerogeneradores de un parque es variable, segn las caractersticas del viento en el emplazamiento y la superficie disponible. Constituyen un recurso autctono. Para su instalacin en una zona es necesario un estudio previo de los vientos del lugar y su potencial rendimiento. Continuamente se estn desarrollando nuevas turbinas y tecnologas que permiten una mayor eficiencia en la captacin del viento, como automatizarlas para orientarse en la direccin adecuada. I.E.S. LA JARA-Vva. de Crdoba CIENCIAS DE LA TIERRA DTO. BIOLOGA Y GEOLOGA Y DEL MEDIO AMBIENTE
TEMA 3: LA ATMSFERA Pgina 15 de 15 1.3. Ventajas e inconvenientes de cada una de ellas.
Ventajas e inconvenientes de la energa solar La energa solar es una de las mayores apuestas de futuro como una fuente de energa limpia y sostenible, presenta numerosas ventajas aunque tambin plantea algunos problemas, sobre todo de eficiencia, sobre los que se centran las lneas de investigacin actual.
VENTAJAS DE LA ENERGA SOLAR: Entre sus ventajas destacan el poco impacto de su instalacin ya que no supone contaminacin por gases o acstica, adems se trata de una instalacin sencilla que requiere un mantenimiento mnimo. La energa obtenida se puede utilizar directamente con numerosas aplicaciones, desde farolas hasta satlites. Se puede almacenar en acumuladores y ser usada como suministro de electricidad en viviendas, especialmente til en zonas de baja densidad de poblacin.
INCONVENIENTES DE LA ENERGA SOLAR: Su principal inconveniente es que actualmente no resulta muy competitiva ya que su rendimiento no es muy alto, y la instalacin de centrales solares necesita de grandes inversiones iniciales y de espacios muy amplios que suelen ser desrticos y alejados, generando un impacto visual negativo en reas muy abiertas. El avance tecnolgico permitir mejorar la eficiencia y reducir costos en un futuro.
Ventajas e inconvenientes de la energa elica La energa procedente del viento se considera una de las ms adecuadas entre las energas renovables, sin embargo, su instalacin genera ciertos impactos que tambin han de ser considerados.
VENTAJAS DE LA ENERGA ELICA: Se trata de una fuente de energa segura y renovable, ya que no produce emisiones a la atmsfera ni genera residuos, salvo los propios de la fabricacin e instalacin de los equipos. Son instalaciones de rpido tiempo de construccin y mviles, que se pueden desmantelar recuperando totalmente la zona. Supone un beneficio econmico para los municipios afectados (que perciben un canon anual por ocupacin del suelo), genera puestos de trabajo y sin embargo, su instalacin es compatible con otros muchos usos del suelo.
INCONVENIENTES DE LA ENERGA ELICA: Es intermitente y aleatoria, siempre hay que contar con otra fuente de energa alternativa.
Produce un alto impacto visual pues genera una gran modificacin del paisaje, as como contaminacin acstica por el ruido constante de las palas (la casa ms cercana deber estar al menos a 200 m). Preocupante impacto sobre la avifauna: principalmente por el choque de las aves contra las palas, y tambin efectos desconocidos sobre modificacin de los comportamientos habituales de migracin y anidacin, ya que los parques elicos se sitan aprovechando las corrientes de viento que utilizan estas aves en sus migraciones. Explica en tu cuaderno los siguientes conceptos bsicos: energa solar fotovoltaica, energa trmica solar, parques elicos. Realiza en tu cuaderno un ESQUEMA de todo el tema relativo a LA ATMSFERA.