6.1. introducción a la atmósfera 2016
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VI Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén RuizIES Santa Clara.
1ºBACHILLER “SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES”Dpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
6. SISTEMAS ATMOSFÉRICOS Y SOCIEDADES (10 HORAS)
6.1. Introducción a la atmósfera
6.2 Ozono estratosférico
6.3 Nieblas contaminantes fotoquímicas
6.4 Deposición (lluvia) ácida
CONTENIDOS
Preguntas fundamentales: Este tema puede resultar especialmente apropiado para considerar las preguntas
fundamentales B, E y F.
VI Sistemas Ambientales y Sociedades
Belén RuizIES Santa Clara.
1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.
http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/
6.1. INTRODUCCIÓN A LA ATMÓSFERA.
Primera imagen completa de la Tierra tomada el 7 de diciembre de 1972 por el Apolo XVII. Esta fotografía muestra la Tierra como un ecosistema aislado flotando en el espacio.
La Tierra en alta definición. 4 de enero de 2012
1. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
COMPONENTE % (EN VOLUMEN)
N2 78
O2 20,9
Ar 0,93
CO2 0,03
otros 0,14
La atmósfera es una mezcla en la que predominan el nitrógeno y el oxígeno, con cantidades más
reducidas de dióxido de carbono, argón, vapor de agua y otros gases traza.
Término clave
Nitrógeno: 78,1 %
Oxígeno: 20,9 %
Argón:0,93 %
Dióxido de carbono:0,038 %
Otros gases:0,032 %
Las actividades humanas afectan la composición atmosférica al alterar las entradas y salidas del sistema. Los cambios en las concentraciones de gases atmosféricos como el ozono, el dióxido de carbono o el vapor de agua, tienen
efectos significativos en los ecosistemas.
Término clave
Observa como existen dos zonas de la atmósfera con
una fuerte inversión térmica
Es importante ubicar el lugar donde se
encuentra el ozono
Término
clave
La mayoría de las reacciones
relacionadas con los sistemas vivos se producen en las
capas interiores de la atmósfera, que son la troposfera (de 0 a 10 km sobre el nivel del mar) y la estratosfera (de 10 a 50 km sobre
el nivel del mar).
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA
casi todo nitrógeno y oxígeno
Meteoritos
Auroras polares
EverestTropopausaCapa
de Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ES
TAR
TOS
FER
AM
ES
OS
FER
ATE
RM
OS
FER
A
Pre
sión
(mb)
Tem
pera
tura
(0 ºC
)
TROPOSFERA(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
TROPOSFERA
Hasta los 12 km. altura( varía con la latitud y la época)
Contiene el 75%de los gases, el total de CO2, vapor de agua y aerosoles.
Su temperatura disminuye con la altura (GVT= 0,65ºC/100m). -70ºC Tropopausa.
La presión disminuye.
Tiene lugar el efecto invernadero ( vapor de agua y CO2)
Se producen los fenómenos meteorológicos. Es turbulenta y hay movimientos de aire.
Sólo en esta capa el aire es respirable.
Su límite superior es la tropopausa.
Meteoritos
Auroras polares
EverestTropopausaCapa
de Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ES
TAR
TOS
FER
AM
ES
OS
FER
ATE
RM
OS
FER
A
Pre
sión
(mb)
Tem
pera
tura
(0 ºC
)
TROPOSFERA(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
ESTRATOSFERA Hasta los 50 km. altura. Contiene pocos gases (0,02%) y es estable.
El aire se mueve en estratos. Su temperatura aumenta hasta 0ºC debido
a la absorción de UV por ozono. La ozonosfera está 15-30 km. En condiciones normales existe un
mecanismo natural de formación y destrucción del Ozono
1- Fotolisis del Oxígeno por la luz ultravioleta: O2 + UV = O +O
2- Formación de Ozono : O + O2 = O3 + calor
3- Destrucción del Ozono: Por fotólisis: O3 + UV = O2 + O Por reacción con Oxígeno: O + O3 =
O2 + O2 . El ozono absorbe la luz UV perjudicial. El límite superior es la ESTRATOPAUSA.
FORMACIÓN DE OZONO ESTRATOSFERA Y ABSORCIÓN LUZ UV
Fotólisis del oxígeno:• O2 + UV (rayos ultravioleta) O + O
Formación del ozono (O3):• O + O2 O3 + calor (reacción
exotérmica) Destrucción del ozono:
• Fotólisis del ozono:O3 + UV O2 + O
• Reacción del ozono con el oxígeno atómico:
O + O3 O2 + O2
Capa de ozono
Radiación ultravioleta
O2
O3
O3
O
O2
O
O
OO2
Meteoritos
Auroras polares
EverestTropopausaCapa
de Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ES
TAR
TOS
FER
AM
ES
OS
FER
ATE
RM
OS
FER
A
Pre
sión
(mb)
Tem
pera
tura
(0 ºC
)
TROPOSFERA(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
MESOSFERA
Entre los 50 y 80 km de altura.
Su temperatura disminuye hasta los
-100 ºC.
Muy poca densidad.
En esta capa se produce la
desintegración de pequeños
meteoritos.
El límite superior es la MESOPAUSA.
Meteoritos
Auroras polares
EverestTropopausaCapa
de Ozono
Estratopausa
TROPOSFERA
ES
TAR
TOS
FER
AM
ES
OS
FER
ATE
RM
OS
FER
A
Pre
sión
(mb)
Tem
pera
tura
(0 ºC
)
TROPOSFERA(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).
IONOSFERA O TERMOSFERA (HETEROSFERA)
Entre los 80 km Y 600 Km de altura.
El N y O absorben los rayos X y gama y se ionizan. Esto aumenta la temperatura de esta capa.
En ella se producen las auroras boreales en el hemisferio norte y australes en el sur.
Rebotan las ondas de radio.
IONOSFERA
CARGAS POSITIVAS
CARGAS NEGATIVAS
La tierra se va descargando por el flujo de cargas, pero se recarga gracias a las tormentas.
Una aurora polar se produce cuando una eyección de masa solar choca con los polos norte y sur de la magnetosfera terrestre, produciendo una luz difusa pero predominante proyectada en la ionosfera terrestre.
EXOSFERA o MAGNETOSFERA Entre los 600 Km y los 10.000 Km de
altura.
Tiene muy poca densidad.
Sus componentes son el O, He e H dispuestos en capas.
https://universodoppler.wordpress.com/2013/07/04/pruebas-del-esquivo-viento-espacial-en-la-atmosfera-terrestre/
En esta región las partículas ionizadas están gobernadas por el CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE y forman una característica envoltura modelada por las líneas de fuerza del campo
magnético y por la interacción con el Viento solar.Por el lado del Sol el encuentro entre las partículas del viento solar (formado por partículas,
fundamentalmente electrones, protones y núcleos de helio, que llegan a altísimas velocidades procedentes del sol, y podrían producir la erosión de la atmósfera) y la envoltura más exterior de la
magnetosfera forma una onda de choque; por el lado opuesto las mismas partículas del viento solar arrastran la magnetosfera, haciéndola adquirir la forma de una cola cometaria.
La magnetosfera forma un verdadero escudo protector contra las partículas cargadas del viento solar, impidiéndolas alcanzar la superficie terrestre.
FUNCIÓN PROTECTORA: Filtro protector de las
radiaciones. Frena las partículas del
viento solar. Impide la caída de
meteoritos FUNCIÓN REGULADORA:
Efecto invernadero natural.
Distribución de energía en la Tierra.
Función modeladora del paisaje y movimiento del agua.
2. FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA
La atmósfera actúa como filtro protector de las radiaciones y como factor regulador del clima en la
tierra.
Espectro electromagnético solar
SOLemite
Partículas (p+ y e-)
Radiaciones electromagnéticas
La mayoría de las partículas se desvían por el campo magnético terrestre y no llegan a la superficie
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA
Radiaciones electromagnéticas
Rayos g
amma
IONOSFERA
CAPA DE OZONO
Radiación ultra
violetaRayos X
Luz visible
A la troposfera la radiación que llega es sobre todo luz visible
Las radiaciones de onda corta (rayos gamma, X y UV) tienen gran energía y poder de penetración
Se filtran en las capas altas de la atmósfera y se evita que rompan moléculas en la superficie
Las radiaciones de onda larga llegan, pero quedan ahogadas por la emitidas por la Tierra
La atmósfera es un sistema dinámico (con entradas, salidas, flujos y reservas) que ha estado sometida a cambios a lo largo de todo el tiempo geológico.
Término clave
2. CAMBIOS ATMOSFÉRICOS PASADOS.
FACTORES QUE AFECTAN AL CLIMA:Abióticos: temperatura y precipitación.Bióticos: plantas y animales.
La medida de:Precipitación y temperatura en el pasado es difícil aunque se puede hacer una aproximación por métodos indirectos. La concentración de los gases atmosféricos se puede medir por las burbujas atrapadas en el hielo.Directas e indirectas medidas se pueden tomar de los sedimentos o las conchas de los animales fósiles, pero es difícil conocer su precisión.
Influencia de la biosfera
MODELOS DE REGULACIÓN DEL CLIMA TERRESTRE
LA TIERRA COMO SISTEMA DE CAJA BLANCA
Principales cambios de la atmósfera provocados por la biosfera
CO2
La concentración elevada inicial (20%) permitía un efecto invernadero que compensaba la menor emisión del Sol
Los seres fotosintéticos reducen sus niveles (0,03%) y se acumula en la materia orgánica (biomasa y combustibles fósiles)
Los seres vivos también devuelven CO2 por la respiración celular de forma más lenta
O2
La fotosíntesis lo libera, primero oxida el Fe y el S formando depósitos de Fe sedimentario
Luego se difundió en la atmósfera hasta alcanzar un 21%
Posibilitó la proliferación de organismos aerobios
O3
La abundancia de O2 permitió la formación de la capa de ozono que protege a los seres vivos de la radiación UV, permitiendo su expansión en los continentes
N2
Se eleva su nivel por las reacciones de los seres vivos sobre óxidos nitrogenados hasta llegar al 78%
CAMBIOS DE LA ATMÓSFERAY EN EL CLIMA PRODUCIDOS POR LA
FOTOSÍNTESIS
Reducción del CO2 atmosférico.Aparición del O2 atmosférico.
Formación de la capa de ozono.Aumento del nitrógeno atmosférico.
Reducción del CO2 atmosférico
Mecanismo de ajuste del sistema Tierra => refrescael planeta a media que el Sol irradia más calor
El CO2 es retirado de la atmósfera por la fotosíntesisy transformado en materia orgánica que se acumula en los seres vivos (=biomasa)
El CO2 se almacena enBiomasa (hasta que se descomponen)
Los combustibles fósiles
Respiración Devuelve a la atmósfera el CO2
La reacción de respiración es más lentaque la fotosíntesis, y comoresultado el O2 aumenta
Aparición del O2 atmosférico
La fotosíntesis rompe la molécula de H2O por laacción del Sol=> libera O2
El O2 permaneció en el agua marina => oxidó el hierro y el azufre
Al saturarse este proceso, el O2 se liberó a la Atmósfera => [O2] hasta el 21% actual
Formación de la capa de O3
El exceso de O2 permitió
LA FORMACIÓN DE LA CAPA DE OZONO
Proteger a losSeres vivos De los rayos Ultravioletas(hace unos 600m.a)
FUNCIÓN CONSECUENCIA
Los organismosse expandieroncon rapidez(40 millonesde especies)
Aumento del nitrógenoatmosférico
Los seres vivos convierten los óxidos nitrogenados del medio debidoa las reacciones metabólicas en N2 atmosférico
ACTIVIDADES
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA
Radiaciones electromagnéticas
Onda corta Onda larga
Visible
La atmósfera hace de filtro y solo la atraviesan sin dificultad las radiaciones del visible (intervienen en la fotosíntesis y en la dinámica de las masas fluidas)
EFECTO INVERNADERO
localización
Los gases:Vapor de Agua (H2O)
Dióxido de carbono (CO2)Metano (CH4)
Óxidos de Nitrógeno(NOx)Clorofluorcarbonos (CFCs y HCFCs)
debido a
Troposfera(12 primeros km de la atmósfera)
Consecuenciasobre el clima
Mantiene la temperatura terrestre en torno a 15ºC.
Permite existencia de agua líquida
PERMITE LA EXISTENCIA DE VIDA
Efecto invernaderoRadiación de onda corta del SolRadiación de onda larga de la Tierra
Sin atmósfera
Con atmósfera
http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a
La radiación solar tiene un amplio espectro de longitudes de onda:
Radiación de longitud de onda corta (de alta energía) emitida por el Sol. Atraviesa la atmósfera terrestre.
Parte de la radiación es reflejada de nuevo a la Tierra por los gases de efecto invernadero
Parte del calor se pierde en el espacio
UVAlta energía
Perjudicial
infrarrojaBaja energía
Calor
Absorbida por la capa de ozono
Longitudes de onda utilizadas en la fotosíntesis
Radiación que llega al suelo
400 500 600 700 800
Espectro visible de radiación (nm)
25 km
12 km
El suelo se calienta y emite radiación de longitud de
onda más larga (calorífica y de más baja energía)
ozono
sfera
tropo
sfera
LUZ
SOLAR
Superficie terrestre
100%
88%
12%
T E M P E R A T U R A
15ºC
Gases de efectoinvernadero
EFECTO INVERNADERO
El CO2 y otros gases atmosféricos mantienen la Tierra unos 15 ó
20ºC por encima de lo que le corresponde por su distancia al
sol.
Los gases de efecto invernadero, están atrapados en la capa de la troposfera, hasta unos 12-16 km de altura sobre la superficie terrestre.
Los gases de efecto invernadero son:▪Vapor de agua▪Dióxido de carbono (CO2)▪Metano (CH4)▪Óxido de nitrógeno (NOx)▪CFC (clorofluorcarbonos)
La presencia de gases de efecto invernadero ha sido vital para la evolución y supervivencia de la vida en la Tierra.Los gases de efecto invernadero absorben la radiación de onda larga que la superficie de la Tierra emite, aumentando la temperatura de la troposfera.
Sin el efecto invernadero natural , la temperatura media de la Tierra no sería lo suficientemente alta para sostener la vida
(-18 °C frente a los 15 °C actuales).http://www.grida.no/climate/vital/01.htm
El clima de un planeta es decidido por su masa, su distancia del sol y la composición de su atmósfera. Marte es demasiado pequeño para mantener una atmósfera densa. Su atmósfera se compone principalmente de dióxido de carbono, pero es muy delgada. La atmósfera de la
Tierra es cientos de veces más gruesa. La temperatura media de la superficie de Marte es aproximadamente -50 ° C. Venus tiene casi la misma masa que la Tierra, pero una atmósfera más gruesa, compuesta de dióxido de carbono 96%. La temperatura superficial de Venus es
460 ° C.
http://ficus.pntic.mec.es/vfem
0006/hotpot/rhibrida.htm
LUZ
SOLAR
Superficie terrestre
100%
Mayor del 88%
Menor del 12%
T E M P E R A T U R A
15ºC
Gases de efectoinvernadero
Calor emitido
Calor reflejado
INCREMENTO DEL EFECTO INVERNADEROProvocado por la acción del hombre:
DeforestaciónCombustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
Incendios
http://www.sagan-gea.org/hojared/Hoja15.htm
EFECTO ALBEDO
¿Qué es?
Albedo de la Tierraes del 30%.
(Sólo el 70% de la radiación del Sol entra en la Tierra
el resto es reflejado hacia elEspacio)
% de radiación solar reflejada
por la Tierradel total de la
que incide procedente
del Sol
Es dependiente del
Color de la superficie reflectora
Cuanto más clara mayorcantidad de luz refleja
Mayor Albedo => MenorTemperatura
consecuenciahttp://www.educapoles.org/multimedia/animation_detail/why_is_it_cold_at_the_poles/
ALBEDO
TEMPERATURA
SUPERFICIEHELADA
-
-
+ +
Las nubes
Acción
Nube ALTAAUMENTA EL EFECTO INVERNADERO
Nube BAJAAUMENTA EL ALBEDO
Temperatura
Superficie helada
Albedo
+
-
-
+
Nubes+
Efecto invernadero
++
-
+
+
Los dos bucles positivos propician un equilibrio dinámico que puede romperse si las condiciones ambientales cambian imposible el retorno.
Ejemplos: Marte evolucionó hacia un clima frío, Venus hacia el incremento del efecto invernadero
Gases efecto invernadero
+
Radiación solar incidente
+
Las nubes
consecuencia
Hay dos bucles positivos
Albedo Efecto Invernadero
Están en equilibrio dinámicoequilibrio dinámicoque podría peligrar por un cambio brusco (catastrófico)de las condiciones Ambientales que inclinaría laBalanza en uno u otro sentidoSiendo casi imposible retornarA la situación de equilibrio
BIBLIOGRAFÍA
ENVIRONMENTAL SYSTEMS AND SOCIETIES. RUTHERFORD, Jill. WILLIAMS,
Gillian. Editorial Oxford.ECOLOGY. GREENWOOD, Trancey. SHEPHERD, Lyn. ALLAN, Richard. BUTLER,
Daniel. Editorial BIOZONE International Ldt.Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora,
MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial McGraw-Hill Interamericana.Ciencias de la Tierra y mediambientales 2º bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio,
ANGUITA, Francisco. CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana.I.E.S. Cardenal Cisneros de Alcalá de Henares, Madrid. HERNÁNDEZ, ALBERTO.http://es.wikipedia.org/wiki/Oscurecimiento_global
i-biology.com