la tierra- atmosfera

Colegio Monseor Miguel ngel Alemn. Fsicoquimica 1 C ESO. La Tierra como sistema termodinmico. La atmsfera.

La Tierra.

Qu significa que la Tierra es un sistema?

La Tierra es un planeta parte del sistema solar, compuesto de distintas partes o elementos enpermanente interaccin conformando un sistema. Un sistema es un conjunto organizado de partesque se relacionan formando un todo y cada parte cumple determinadas funciones. Existen diversosfenmenos, procesos o aspectos de la vida que constituyen un sistema y pueden pertenecer ambitos muy distintos: un sistema puede ser la familia, la ciudad, el campo, el universo, la sociedad,la economa, entre otros; lo que distingue a un sistema es que est compuesto de partesinterrelacionadas y dependientes, por lo que si cambia una de las partes se modifican las otras,alterando todo el sistema.

Las partes o subsistemas de la Tierra

Las principales partes que componen la Tierra son los subsistemas de la litosfera, la atmsfera yla hidrosfera, que cumplen funciones especficas para el desarrollo de la vida en el planeta yestablecen relaciones de influencia mutua, de tal forma que lo que ocurre en un sistema puedemodificar a los otros. Estos tres subsistemas son fundamentales para el desarrollo de la vida:la atmsfera aporta oxgeno y dixido de carbono; la hidrsfera aporta el agua y modera lastemperaturas; y la litosfera proporciona sales minerales y el soporte para los seres vivos. La partedonde se desarrollo y sostiene la vida corresponde a la biosfera, que comprende tierra, atmsfera ehidrosfera.

La litosfera corresponde a la parte slida externa de la Tierra y est constituida por la superficie ocorteza que incluye tanto las tierras emergidas o continentes como los fondos ocenicos. La parteinterna de la Tierra se denomina ncleo, formado por hierro incandescente, con temperaturas

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superiores a los 4.000 grados Celsius.

La atmsfera es la masa de aire que envuelve a la Tierra y est compuesta de diversos gases, que seextienden desde la superficie hasta los 900 Kilmetros de altitud. Gracias a ella los seres vivospueden respirar y reciben proteccin frente a los rayos dainos de Sol.

La hidrosfera

Es el conjunto de las masa de agua que se encuentran en la Tierra: ocanos, mares, ros, lagos yaguas subterrneas.

La atmsfera

La palabra atmsfera es un trmino compuesto por dos partculas, tomos, que en griego significavapor, aire y la palabra esfera. Es decir que es la envoltura gaseosa que cubre a una esfera o cuerpoceleste o a un planeta. Cada cuerpo celeste tiene una atmsfera propia, de caractersticasparticulares.

Composicin del aire terrestre

Los gases fundamentales que forman la atmsfera terrestre son: Nitrgeno (78.084%), Oxgeno(20.946%), Argn (0.934%) y Dixido de Carbono (0.033%). Otros gases de inters presentes en laatmsfera son el vapor de agua, el ozono y diferentes xidos.

Tambin hay partculas de polvo en suspensin como, por ejemplo, partculas inorgnicas, pequeosorganismos o restos de ellos y sal marina. Muchas veces estas partculas pueden servir de ncleosde condensacin en la formacin de nieblas muy contaminantes.

Los volcanes y la actividad humana son responsables de la emisin a la atmsfera de diferentesgases y partculas contaminantes que tienen una gran influencia en los cambios climticos y en elfuncionamiento de los ecosistemas.

El aire se encuentra concentrado cerca de la superficie, comprimido por la atraccin de la gravedady, conforme aumenta la altura, la densidad de la atmsfera disminuye con gran rapidez. En los 5,5kilmetros ms cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y antes de los 15kilmetros de altura est el 95% de toda la materia atmosfrica.

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La mezcla de gases que llamamos aire mantiene la proporcin de sus distintos componentes casiinvariable hasta los 80 km, aunque cada vez ms enrarecido (menos denso) conforme vamosascendiendo. A partir de los 80 km la composicin se hace ms variable.

Formacin de la atmsfera

La mezcla de gases que forma el aire actual se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de aos.La atmsfera primigenia debi estar compuesta nicamente de emanaciones volcnicas, es decir,vapor de agua, dixido de carbono, dixido de azufre y nitrgeno, sin rastro apenas de oxgeno.

Para lograr la transformacin han tenido que desarrollarse una serie de procesos. Uno de ellos fue lacondensacin. Al enfriarse, la mayor parte del vapor de agua de origen volcnico se condens,dando lugar a los antiguos ocanos. Tambin se produjeron reacciones qumicas. Parte del dixidode carbono debi reaccionar con las rocas de la corteza terrestre para formar carbonatos, algunos delos cuales se disolveran en los nuevos ocanos.

Ms tarde, cuando evolucion la vida primitiva capaz de realizar la fotosntesis, empez a produciroxgeno. Hace unos 570 millones de aos, el contenido en oxgeno de la atmsfera y los ocanosaument lo bastante como para permitir la existencia de la vida marina. Ms tarde, hace unos 400millones de aos, la atmsfera contena el oxgeno suficiente para permitir la evolucin de animalesterrestres capaces de respirar aire.

La composicin de la atmsfera

Casi la totalidad del aire (un 95%) se encuentra a menos de 30km de altura, encontrndose ms del75% en la troposfera. El aire forma en la troposfera una mezcla de gases bastante homognea, hastael punto de que su comportamiento es el equivalente al que tendra si estuviera compuesto por unsolo gas.

Nitrgeno: constituye el 78% del volumen del aire. Est formado por molculas que tienendos tomos de nitrgeno, de manera que su frmula es N2. Es un gas inerte, es decir, que no

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suele reaccionar con otras sustancias. Oxgeno: representa el 21% del volumen del aire. Est formado por molculas de dos

tomos de oxgeno y su frmula es O2. Es un gas muy reactivo y la mayora de los seres

vivos lo necesita para respirar. Otros gases: del resto de los gases de la atmsfera, el ms abundante es el argn (Ar), que

contribuye en 0,9% al volumen del aire. Es un gas noble que no reacciona con casi ningunasustancia.

Dixido de carbono: est constituido por molculas de un tomo de carbono y dos tomos deoxgeno, de modo que su frmula es CO2. Representa el 0,03% del volumen del aire y

participa en procesos muy importantes. Las plantas lo necesitan para realizar la fotosntesis,y es el residuo de la respiracin y de las reacciones de combustin. Este gas, muy por detrsdel vapor de agua, ayuda a retener el calor de los rayos solares y contribuye a mantener latemperatura atmosfrica dentro de unos valores que permiten la vida.

Ozono: es un gas minoritario que se encuentra en la estratosfera. Su frmula es O3, pues sus

molculas tienen tres tomos de oxgeno. Es de gran importancia para la vida en nuestroplaneta, ya que su produccin a partir del oxgeno atmosfrico absorbe la mayor parte de losrayos ultravioleta procedentes del Sol.

Vapor de agua: se encuentra en cantidad muy variable y participa en la formacin de nubes.Es el principal causante del efecto invernadero.

Partculas slidas y lquidas: en el aire se encuentran muchas partculas slidas ensuspensin, como por ejemplo, el polvo que levanta el viento o el polen. Estos materialestienen una distribucin muy variable, dependiendo de los vientos y de la actividad humana.Entre los lquidos, la sustancia ms importante es el agua en suspensin que se encuentra enlas nubes.

Composicin qumica aproximada

Nitrgeno 78.08% (N2)

Oxgeno 20.95% (O2)

Argn 0.93% v/vCO2 400 ppmvNen 18.2 ppmvHidrgeno 5.5 ppmvHelio 5.24 ppmvMetano 1.72 ppmvKriptn 1 ppmvxido nitroso 0.31 ppmvXenn 0.08 ppmvCO 0.05 ppmv

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Ozono 0.03 0.02 ppmv (variable)CFC 0.3 0.2 ppbv (variable)

Vapor de agua 1% (variable)No computable para el aire seco.

En funcin del comportamiento de la temperatura atmosfrica con la altura, convencionalmente laatmsfera terrestre ha sido dividida en cinco capas que, a partir de la superficie terrestre, sedenominan consecutivamente: Tropsfera, Estratsfera, Messfera, Termsfera y Exsfera.

Estas capas presentan distintas caractersticas y comportamientos, a saber:

TROPOSFERA

Es la capa inferior, en contacto con la superficie terrestre y contiene casi el 90% de toda la masaatmosfrica. Su lmite superior es la tropopausa, cuya altura varia entre los 18 km sobre el Ecuadory los 8 km sobre las regiones polares.

El aire es ms caliente en la parte inferior de la troposfera cerca del nivel del suelo. Ms arriba, elaire se enfra. La presin y la densidad del aire tambin son menores en elevadas altitudes. En latropsfera la temperatura decrece en funcin de la altura (aproximadamente -6 C cada 1000 metrosde ascenso). En esta regin se desarrollan los procesos de la temperie y buena parte de losclimticos. La mezcla de gases atmosfricos principales es homognea, y salvo en zonascontaminadas, prcticamente no se desarrollan procesos qumicos ni fotoqumicos, estos ltimosdebidos a la accin que tiene la radiacin solar sobre ciertos contaminantes, dando origen a lasdeposiciones cidas (precipitaciones, nieblas y escarchas cidas).

La tropopausa, que puede ser simple o mltiple, es la divisoria entre la tropsfera y la capasiguiente.

Casi todo el vapor de agua y partculas de polvo de la atmsfera se encuentran en la troposfera. Esesto por lo que la mayora de las nubes tambin se encuentran en esta capa ms baja. La parteinferior de la troposfera, justo sobre la superficie de la tierra, se llama la "capa lmite". En lugaresdonde la superficie de la Tierra tiene "relieve" (montaas, bosques) los vientos en la capa de lmiteestn mezclados. En lugares con superficies lisas (sobre el agua o hielo) los vientos son ms fluidos.Los vientos sobre la capa lmite no son muy afectados por las superficies.

La troposfera se calienta desde abajo. La luz del sol calienta la Tierra u ocano, lo que a su vezirradia calor hacia el aire sobre ella. Este aire caliente tiende a elevarse. Esto mantiene "mezclado"el aire de la troposfera. La parte superior de la troposfera es bastante fra. La temperatura all es deaproximadamente -55 C! A medida que se sube, el aire tambin se hace ms "ligero". Es por estoque los escaladores de montaa a veces necesitan el oxgeno embotellado para poder respirar.

El lmite entre la parte superior de la troposfera y la estratosfera (la capa sobre ella) se llamatropopausa. La altura de la tropopausa depende de la latitud, estacin, si es de da o de noche. Cerca

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del ecuador, la tropopausa tiene cerca de 20 kilmetros (12 millas o 65 000 pies) sobre el nivel delmar. En invierno, cerca de los polos, la tropopausa es mucho ms baja. Tiene cerca de 7 kilmetros(4 millas o 23 000 pies) de alto. La corriente de aire est debajo de la tropopausa. Este "ro de aire"se desplaza a 400 km/h (250 mph)!

La troposfera o tropsfera es la capa de la atmsfera terrestre que est en contacto con lasuperficie de la Tierra.

Tiene alrededor de 17 km de espesor en el ecuador terrestre y solo 7 km en los polos, y en ellaocurren todos los fenmenos meteorolgicos que influyen en los seres vivos, como los vientos, lalluvia y las nieves. Adems, concentra la mayor parte del oxgeno y del vapor de agua. En particulareste ltimo acta como un regulador trmico del planeta; sin l, las diferencias trmicas entre el day la noche seran tan grandes que no podramos sobrevivir. Es de vital importancia para los seresvivos. La troposfera es la capa ms delgada del conjunto de las capas de la atmsfera.

ESTRATOSFERA

Es la capa ubicada por encima de la tropopausa. Esta regin muestra un incremento de latemperatura en funcin de la altura, debido a que contiene a la capa de ozono que absorbe la energade alta intensidad (radiacin ultravioleta) de la radiacin solar. La estratsfera se extiende hastaaproximadamente 50 km por encima de la superficie terrestre, donde se encuentra la estratopausa.All es posible encontrar temperaturas de hasta 0 C, aunque segn algunos autores puede alcanzarincluso los 17 C o ms. Es decir, en esta capa la temperatura aumenta con la altitud, al contrario delo que ocurre en las capas superior e inferior. Esto es debido principalmente a la absorcin de lasmolculas de ozono que absorben radiacin electromagntica en la regin del ultravioleta.. Laestratsfera, que contiene algo menos del 10% de la masa de la atmsfera, es una reginqumicamente activa debido a la presencia de mayores niveles de radiacin solar, en particular lamencionada radiacin ultravioleta. Desde hace algunos aos se considera que esta regin esimportante para la regulacin del clima y sus variaciones son consideradas como indicadorestempranos de procesos conducentes al cambio climtico.

En la parte baja de la estratsfera la temperatura es relativamente estable, y en toda la capa haymuy poca humedad.

La estratsfera es una regin en donde se producen diferentes procesos radiactivos, dinmicos yqumicos. La mezcla horizontal de los componentes gaseosos se produce mucho ms rpidamenteque la mezcla vertical.

La capa de ozono

El ozono (O3) es una sustancia cuya molcula est compuesta por tres tomos de oxgeno, formada

al disociarse los dos tomos que componen el gas de oxgeno. Cada tomo de oxgeno liberado seune a otra molcula de oxgeno gaseoso (O2), formando molculas de ozono (O3).

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A temperatura y presin ambientales el ozono es un gas de olor acre y generalmente incoloro, peroen grandes concentraciones puede volverse ligeramente azulado. Si se respira en grandescantidades, puede provocar una irritacin en los ojos y/o garganta, la cual suele pasar despus derespirar aire fresco por algunos minutos.

El ozono se encuentra de forma natural en la estratosfera, formando la denominada capa de ozono.El ozono estratosfrico se forma por accin de la radiacin ultravioleta, que disocia las molculasde oxgeno molecular (O2) en dos tomos, los cuales son altamente reactivos, pudiendo reaccionar

estos con otra molcula de O2 formndose el ozono.

El ozono se destruye a su vez por accin de la propia radiacin ultravioleta, ya que la radiacin conlongitud de onda menor de 290 nm hace que se desprenda un tomo de oxgeno de la molcula deozono. Se forma as un equilibrio dinmico en el que se forma y destruye ozono, consumindose deesta forma la mayora de la radiacin de longitud de onda menor de 290 nm. As, el ozono actacomo un filtro que no deja pasar dicha radiacin perjudicial hasta la superficie de la Tierra.

El equilibrio del ozono en la estratosfera se ve afectado por la presencia de contaminantes, comopueden ser los compuestos clorofluorocarbonados (CFC), que suben hasta la alta atmsfera dondecatalizan la destruccin del ozono ms rpidamente de lo que se regenera, produciendo as elagujero de la capa de ozono. El dao que causan cada uno de estos contaminantes es funcin de supotencial de agotamiento del ozono, esto fue descubierto por los cientficos Mario Molina(Mxico), Frank Sherwood Rowland (Estados Unidos) y el holands Paul J. Crutzen obteniendo porello el Premio Nobel de Qumica en 1995.

Ozono troposfrico

Un letrero de la calidad del aire, sealando un aviso de ozono alto, Gulfton, Houston, Texas.

Tambin denominado ozono ambiental. Se trata de un gas incoloro que se crea a travs dereacciones foto qumicas entre xidos de nitrgeno (NOx) y compuestos orgnicos voltiles (COV)derivados de fuentes como la quema de combustible. Es el compuesto ms destacado de losoxidantes fotoqumicos y forma parte del llamado esmog fotoqumico.

Puede encontrarse en la zona ms baja de la atmsfera, ya que proviene de emisiones naturales delos seres vivos as como del ozono estratifico descendente. Esto se convierte en un problema puesto

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que el ozono, en concentracin suficiente, puede provocar daos en la salud humana (a partir deunos 150 micro-gramos por metro cbico) o en la vegetacin (a partir de 30ppb (partes por billn))y contribuye a generar un calentamiento en la superficie de la tierra.

Su formacin empieza a partir de la emisin del dixido de nitrgeno (NO2) e hidrocarburos

(compuestos que reaccionan en la presencia de calor y luz solar para producir ozono).

El mecanismo mediante el cual se genera el ozono en la troposfera es completamente distinto, yaque a esta altura no llegan las radiaciones ultravioletas. El ozono, en este caso, se forma a partir deciertos precursores (NO* - xidos de nitrgeno; y VOCs - compuestos orgnicos voltiles, como elformaldehdo), contaminantes provenientes de la actividad humana. Estos contaminantes sedisocian formando radicales con radiacin menos energtica, y dichos radicales pueden formarozono con el oxgeno molecular.

El conjunto del ozono, NOx y COV forma una neblina visible en zonas muy contaminadas

denominada smog fotoqumico o smog de verano, ya que, en el hemisferio norte, ocurregeneralmente entre los meses de agosto y septiembre.

Toxicidad

Su presencia en la estratosfera protege de las excesivas radiaciones ultravioletas. Es un potenteoxidante detectable a concentraciones por debajo de 0.1 ppm. Es bastante soluble, por lo que suaccin irritante se manifiesta en las vas respiratorias superiores. Aunque no es probable que elozono de forma natural aparezca en concentraciones peligrosas para el hombre, es un compuestoextremadamente reactivo.

Incluso en concentraciones muy bajas el ozono puede ser nocivo para el tracto respiratorio superiory los pulmones, aun tratndose de una exposicin de corta duracin.

Origen de la capa de ozono

El ozono es la forma alotrpica del oxgeno, que solo est estable en determinadas condiciones depresin y temperatura. Es un gas compuesto por tres tomos de oxgeno (O3).

Los mecanismos fotoqumicos que se producen en la capa de ozono fueron investigados por elfsico britnico Sydney Chapman en 1930. La formacin del ozono de la estratosfera terrestre escatalizada por los fotones de luz ultravioleta que al interaccionar con las molculas de oxgenogaseoso, que est constituida por dos tomos de oxgeno (O2), las separa en los tomos de oxgeno(oxgeno atmico) constituyente. El oxgeno atmico se combina con aquellas molculas de quean permanecen sin disociar formando, de esta manera, molculas de ozono, O3.

La concentracin de ozono es mayor entre los 15 y 40 km, con un valor de 2-8 partculas pormilln, en la zona conocida como capa de ozono. Si todo ese ozono fuese comprimido a la presindel aire al nivel del mar, esta capa tendra solo 3 milmetros de espesor.

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El ozono acta como filtro, o escudo protector, de las radiaciones nocivas, y de alta energa, quellegan a la Tierra permitiendo que pasen otras como la ultravioleta de onda larga, que de esta formallega a la superficie. Esta radiacin ultravioleta es la que permite la vida en el planeta, ya que es laque permite que se realice la fotosntesis del reino vegetal, que se encuentra en la base de lapirmide trfica.

Al margen de la capa de ozono, mencionemos que el 10% de ozono restante est contenido en latroposfera, es peligroso para los seres vivos por su fuerte carcter oxidante. Elevadasconcentraciones de este compuesto a nivel superficial forman el denominado smog fotoqumico. Elorigen de este ozono se explica en un 10% como procedente de ozono transportado desde laestratosfera y el resto es creado a partir de diversos mecanismos, como el producido por lastormentas elctricas que ionizan el aire y lo hacen, muy brevemente, buen conductor de laelectricidad: pueden verse algunas veces dos relmpagos consecutivos que siguen aproximadamentela misma trayectoria.

Lo cierto es que para 2013, los peligros de la exposicin a los rayos del Sol sin la proteccin delozono, llegaron al mundo subacutico y provocaron que las especies que habitan en la Gran Barrerade Coral de Australia sufran cncer de piel.

El equilibrio dinmico del ozono

Ciclo del Ozono.

El ozono se produce mediante la siguiente reaccin:

Es decir, el oxgeno molecular que se encuentra en las capas altas de la atmsfera es bombardeadopor la radiacin solar. Del amplio espectro de radiacin incidente una determinada fraccin de

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fotones cumple los requisitos energticos necesarios para catalizar la rotura del doble enlace de lostomos de oxgeno de la molcula de oxgeno molecular.

Posteriormente, la radiacin solar convierte una molcula de ozono en una de oxgeno diatmico yun tomo de oxgeno sin enlazar:

Durante la fase oscura, (la noche de una determinada regin del planeta) el oxgeno monoatmico,que es altamente reactivo, se combina con el ozono de la ozonosfera para formar una molcula deoxgeno biatmico:

Para mantener constante la capa de ozono en la estratosfera esta reaccin fotoqumica debe hacerseen perfecto equilibrio, pero estas reacciones son fcilmente perturbables por molculas, como loscompuestos clorados (como los clorofluorocarbonos) y los compuestos bromurados.

En las reacciones vistas, h es energa radiante, en esta reaccin particular, radiacin ultravioleta.Esta forma de energa es tambin conocida como fotn, que es la cantidad de energa necesaria paraproducir una reaccin fotoqumica (mediada por luz) o un proceso fotofsico.

MESOSFERA

Por encima de la estratsfera se encuentra la messfera, donde nuevamente la temperatura decrececon la altura, hasta la mesopausa que se ubica a unos 85-90 km por sobre la superficie. Aqu laactividad qumica es aun ms importante, debido a la mayor intensidad de la radiacin solar, quealcanza a esta capa atmosfrica atenuada slo levemente por la presencia de la capa siguiente.

TERMOSFERA

En esta capa los gases principales (N2, O2, Ar y CO2), ya no se mezclan homogneamente, sino que

forman estratos. Los gases que la conforman, como ocurre con el oxgeno termosfrico, seencuentran en su estado atmico (O), por efecto de la radiacin solar no atenuada que incluye rayosX y partculas energticas, como protones y electrones. Es por ello que llegan a ionizarse, formandola ionsfera o capa ionizada que rodea al planeta. En la termsfera la temperatura crece con la alturay puede llegar a ser superior a los 1.500C a 300 Km de altura, segn sea el estado de la corona solar.

La ionosfera o ionsfera, es la parte de la atmsfera terrestre ionizada permanentemente debido ala fotoionizacin que provoca la radiacin solar. Se sita entre la mesosfera y la exosfera, y enpromedio se extiende aproximadamente entre los 80 km y los 500 km de altitud, aunque los lmitesinferior y superior varan segn autores y se quedan en 80-90 y 600-800 km respectivamente. Porotra parte, algunos consideran que la alta ionosfera constituye el lmite inferior de la magnetosfera,solapndose ligeramente ambas capas (entre los 500 y 600-800km). La ionosfera tambin se conocecomo termosfera por las elevadas temperaturas que se alcanzan en ella debido a que los gases estn

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en general ionizados. Si el sol est activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a1.500 C; sin embargo, estas elevadas temperaturas no se corresponden con la sensacin de calorque tendramos en la troposfera porque en la termosfera la densidad es muchsimo ms baja. Losgases aparecen ionizados porque esta capa absorbe las radiaciones solares de menor longitud deonda (rayos gamma y rayos X) que son altamente energticos.

Entre las propiedades de la ionosfera, encontramos que esta capa contribuye esencialmente en lareflexin de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que staspuedan viajar grandes distancias sobre la Tierra gracias a las partculas de iones (cargadas deelectricidad) presentes en esta capa. Adems, en esta capa se desintegran la mayora de meteoroides,a una altura entre 80 y 110 km, debido al rozamiento con el aire y dan lugar a meteoros o estrellasfugaces.

Pero las estrellas fugaces no son el nico fenmeno luminoso que ocurre en esta capa. En lasregiones polares las partculas cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el campomagntico terrestre incidiendo sobre la parte superior de la ionosfera y dando lugar a la formacinde auroras.

En la ionosfera, los gases atmosfricos son tan tenues que es posible encontrar electrones libres eiones positivos. La ionosfera posee por lo tanto propiedades de un gas tenue y de un plasma. Lamasa total de la ionosfera es inferior a un 0,1 % de la masa de la atmsfera. Las cargas se separanpor la accin de las radiaciones de alta energa provenientes del Sol. En las capas tenues de laionosfera los tiempos de recombinacin de los iones son superiores al periodo da noche por lo quela ionosfera retiene gran parte de sus propiedades incluso en las regiones no iluminadas del planeta.Dependiendo del grado de ionizacin de cada nivel de altura pueden encontrarse picos de ionizacinen capas denominadas "D," "E," "F1," y "F2". Dado que el grado de ionizacin es producidodirectamente por la accin solar una actividad anmala del Sol puede alterar las propiedades de laionosfera y su capacidad de reflejar las ondas de radio terrestre alterando las comunicaciones en laTierra. La estructura de la ionosfera viene marcada por el gradiente de la densidad electrnica.

EXOSFERA

Finalmente y por encima de los 400 km se ubica la exsfera formada principalmente por helio ehidrgeno, cuyos tomos pueden alcanzar velocidades suficientemente elevadas como para escapardel campo gravitatorio terrestre.

Se localiza por encima de la termosfera, aproximadamente a unos 690 kilmetros de altitud, encontacto con el espacio exterior, donde existe prcticamente el vaco. Es la regin atmosfrica msdistante de la superficie terrestre. En esta capa la temperatura no vara y el aire pierde suscualidades fsicoqumicas.

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Astronauta realizando trabajos en el espacio.

Su lmite inferior se localiza a una altitud generalmente de entre 600 y 700 km, aproximadamente.Su lmite con el espacio llega en promedio a los 10 000 km por lo que la exosfera est contenida enla magnetosfera (representa el campo magntico de la tierra) (500-60.000 km). En esa regin, hayun alto contenido de polvo csmico que cae sobre la Tierra. Es la zona de trnsito entre la atmsferaterrestre y el espacio interplanetario y en ella se pueden encontrar satlites meteorolgicos de rbitapolar.

En la exosfera, el concepto popular de temperatura desaparece, ya que la densidad del aire es casidespreciable; adems contiene un flujo o bien llamado plasma, que es el que desde el exterior se leve como los Cinturones de Van Allen. Aqu es el nico lugar donde los gases pueden escapar ya quela influencia de la fuerza de la gravedad no es tan grande. En la exosfera tambin se encuentran lossatlites artificiales.

Est constituida por materia plasmtica. En ella la ionizacin de las molculas determina que laatraccin del campo magntico terrestre sea mayor que la del gravitatorio (de ah que tambin se ladenomina magnetosfera).

Por lo tanto, las molculas de los gases ms ligeros poseen una velocidad media que les permiteescapar hacia el espacio interplanetario sin que la fuerza gravitatoria de la Tierra sea suficiente pararetenerlas.

Los gases que as se difunden en el vaco representan una pequesima parte de la atmsferaterrestre.

OTROS DATOS

- El peso total de la atmsfera terrestre es de 5,3 x 1018 kg. Un centmetro cuadrado colocado a niveldel mar recibe un peso de, aproximadamente, 1 kg. Aproximadamente el 90 % de la masa de aireatmosfrico se encuentra por debajo de la altitud de 15 km, 99 % debajo de los 30 km y el 99,99%por debajo de los 48 km de la superficie terrestre.

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Presin atmosfrica

Si sobre una mesa se coloca un objeto pesado, el peso de ese cuerpo ejerce sobre la superficie de lamesa una cierta presin. Del mismo modo, aunque el aire no es un material muy pesado, la enormecantidad de aire atmosfrico que existe sobre un punto de la Tierra hace que su peso total sea losuficientemente grande como para que la presin que ejerce sobre ese punto tenga una granmagnitud.

Ese valor de la presin sobre cualquier punto de la superficie terrestre, que ejerce toda la masa deaire atmosfrico, recibe el nombre de presin atmosfrica.

Algo importante que debemos considerar. Ya vimos, por el ejemplo inicial, que todo cuerpo generauna presin, pero esta presin que ejerce depende de su estado (slido, lquido o gaseoso).

Los slidos generan presin solo hacia abajo. Los lquidos generan presin hacia todos sus costadosy hacia abajo. Y los gases generan presin por todo su derredor; o sea, hacia arriba, hacia todos suscostados y hacia abajo, por la propiedad ms importante que los caracteriza: tienden a ocupar todoel espacio que los contiene.

La existencia de la presin atmosfrica es evidente, por ejemplo, cuando se utiliza una ventosa: alcomprimirla contra el vidrio eliminando el aire de su interior al soltarla recobra su forma, peroahora la presin atmosfrica la mantiene apretada contra la superficie del vidrio.

El aire atmosfrico pesa

La presin atmosfrica normal equivale a la que ejerce a 0 C y a nivel del mar una columna demercurio de 76 cm de altura. Ese valor se toma como unidad prctica de presin y se denominaatmsfera.

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Presin atmosfrica: Es la fuerza que ejerce el aire atmosfrico sobre la superficieterrestre.


Unidades de Presin

La presin atmosfrica se suele expresar en mm de mercurio (milmetros de mercurio) o torricelli,dicindose que la presin normal, a nivel del mar es de 760 mm de Hg. Este valor se llama tambinuna atmsfera. Sin embargo, los hombres del tiempo suelen utilizar otra unidad para medir lapresin: el milibar.

En cualquiera de las unidades, la presin que se considera normal a nivel del mar tiene un valor de 1atmsfera o, lo que es lo mismo, 760 mm de Hg o 1.012,9 milibares.

Presin atmosfrica y altura

Como la presin atmosfrica se debe al peso del aire sobre un cierto punto de la superficie terrestre,es lgico suponer que cuanto ms alto est el punto, tanto menor ser la presin, ya que tambin esmenor la cantidad de aire que hay en su cima.

Por ejemplo, en una montaa la cantidad de aire que hay en la parte ms alta es menor que la quehay sobre una playa, debido a la diferencia de nivel. Tomando como referencia el nivel del mar,donde la presin atmosfrica tiene un valor de 760 mm, se comprueba que, al medir la presin en lacumbre que se encuentra a unos 1.500 metros sobre el nivel del mar, la presin atmosfrica valeaproximadamente 635 mm; es decir, la presin disminuye con la altura.

De acuerdo a lo anterior, cuanto mayor sea la altura de la superficie terrestre respecto al nivel delmar, menor es la presin del aire, puesto que la columna de vidrio del barmetro que queda porencima tambin es menor. Dicho de otro modo: La presin atmosfrica disminuye con la altura

La disminucin que experimenta la presin con la altura no es directamente proporcional puesto queel aire es un fluido que puede comprimirse mucho, por lo que las masas de aire ms prximas alsuelo estn comprimidas por el propio peso del aire de las capas superiores y son, por tanto, msdensas. As, cerca del nivel del mar un pequeo ascenso en altura supone una gran disminucin dela presin, mientras que a gran altura hay que ascender mucho ms para que la presin disminuyaen la misma medida.

Efectos de la altura en el organismo

Los efectos de la altura sobre el organismo humano son percibidos claramente por los montaistas,

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quienes est propensos a sufrirlos a medida que ascienden las cumbres.

Algunos de esos sntomas se presentan como cefalea, sntomas gastrointestinales, debilidad ofatiga, inestabilidad o vrtigos, trastornos del sueo, entre otros.

Segn se ha visto, la medida ms eficaz ante la aparicin de sntomas del mal de montaa es eldescenso a altitudes ms bajas, aunque solamente sean unos cientos de metros.

Presin atmosfrica experiencia de Torricelli https://goo.gl/FnbbsY, https://goo.gl/Xm5jHE.

Cmo interactan los subsistema de la Tierra?

En la naturaleza se producen fenmenos que ponen en relacin a todos los subsistemas de la Tierra.Por ejemplo, a medida que se fue formando la litosfera y surgieron los volcanes, aparecieron losgases emitidos por erupciones volcnicas y comenzaron a integrar la atmsfera, la que al dejar caersu lluvia, enfri la superficie terrestre.

El ciclo del agua.

Uno de los ejemplos ms evidentes de cmo se establecen relaciones de dependencia entre lossubsistemas es el ciclo hidrolgico o ciclo del agua, que constituye un proceso de intercambiocontinuo de agua entre la atmsfera, la hidrosfera y la litosfera.

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El agua est en constante movimiento en la naturaleza, ya que pasa de unos lugares a otros y de unestado a otro: en los mares y ocanos el agua se evapora, el vapor sube a la atmsfera para formarnubes; por medio de las precipitaciones, el agua de las nubes regresa a la tierra donde esaprovechada por vegetales y animales; otra parte escurre por la superficie en los ros o en elsubsuelo como las aguas subterrneas hasta llegar al mar, completndose as el ciclo del agua.

Los seres vivos tambin intervienen en el ciclo del agua: los arboles por ejemplo, mueven grancantidad de agua, ya que la absorben del suelo por sus races y pierden parte de ella por sus hojas.

Radiaciones electromagnticas

Ondas de radio, microondas, rayos X, radiacin ultravioletas, luz visible, infrarrojos

La radiacin electromagntica esta formada por la combinacin de campos elctricos y magnticos,que se propagan a travs del espacio en forma de ondas portadoras de energa. Las ondaselectromagnticas tienen las vibraciones perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda.Por tal motivo, se las clasifica entre las ondas transversales. Las ondas electromagnticas viajan atravs del espacio, y no necesitan de un medio material para propagarse.

Albert Einstein, en su teora especial de la relatividad, dio con la solucin terica que explica laconstancia de la velocidad de la luz, que desde la 17 Conferencia General de Pesos y Medidas de1983 se acord fijar 299.792.458 m/seg, aunque de ordinario suele decirse que es de 300.000km/seg.

Tambin desde 1983, se define la unidad de longitud Metro, como la distancia recorrida por la luzen el vaco en 1/299.792.458 de segundo. Estas determinaciones se tomaron debido a la enormeimportancia del valor que tiene esta constante en astronoma.

El comportamiento de las radiaciones electromagnticas depende de su longitud de onda. Cuando laradiacin electromagntica interacta con tomos y molculas puntuales, su comportamientotambin depende de la cantidad de energa que lleve. Este dato es importante cuando se analiza lainfluencia de las ondas electromagnticas producidas por un microondas, por un telfono mvil, porlas antenas de telefona mvil o por los cables de alta tensin.

Banda Longitud de onda (metros) Rayos gamma 10 picmetros = 10 * 10-12 m

Rayos X 10 nanmetros = 10 * 10-9 mUltravioleta extremo 200 nanmetros= 200 * 10-9 mUltravioleta cercano 380 nanmetros = 380 * 10-9 mLuz visible 780 nanmetros = 780 * 10-9 mInfrarrojo cercano 2,5 micrmetros = 2,5 * 10-9 mInfrarrojo medio 50 micrmetros = 50 * 10-9 mInfrarrojo lejano 1 milmetro

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Microondas 30 cm Ultra alta frecuencia 1 metro Muy alta frecuenciade radio 10 metros

Onda corta de radio 180 metros Onda media de radio 650 metros Onda larga de radio 10 kilmetros Muy baja frecuenciade radio 10 kilmetros

La radiacin gamma es un tipo de radiacin electromagntica de muy alta frecuencia producidageneralmente por elementos radioactivos o procesos subatmicos como la aniquilacin de un parpositrn-electrn.

Este tipo de radiacin tambin es producida en fenmenos astrofsicos de gran violencia, comoalgunas explosiones que se han observado en la Va Lctea.

Debido a las altas energas que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiacin ionizantecapaz de penetrar profundamente en la materia.

Dada su alta energa pueden causar grave dao al ncleo de las clulas. Pero, debidamentecontrolados, se usan en la esterilizacin de alimentos y de equipos mdicos.

Es importante saber que la luz no es ms que una onda electromagntica de las muchsimas que nosrodean constantemente. Vivimos en un mar denso de radiaciones electromagnticas.

Explosin de rayos gamma en la Va Lctea

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Los rayos X son una radiacin electromagntica no perceptible por el ojo humano; a causa de sucorta longitud de onda (entre 0,1 y 10 nanmetros), pueden atravesar cuerpos opacos e impresionarpelculas fotogrficas.

Desde su descubrimiento, han sido muy utilizados en medicina. Sin embargo, requieren de controlsistemtico pues un exceso de radiaciones, pueden causar dao al organismo humano.

Tienen frecuencias que abarcan el rango de 30 a 3.000 PetaHz ( 5.000 veces la frecuencia de la luzque puede percibir el ojo humano).

Falta uno para el equipo de baloncesto

La luz ultravioleta cubre el intervalo de 4 a 400 nanmetros.

El Sol es una importante fuente emisora de rayos ultravioleta los cuales, en exposicionesprolongadas, pueden causar cncer de piel. El ser humano debe tener cuidado con las exposicionesal sol en piscinas, playas y montaas.

Este tipo de radiaciones, debidamente controladas, tienen diversas aplicaciones en medicina.

Quemadoras producidas por rayos UV

Radiaciones de luz que perciben nuestros ojos .

Nuestros ojos solamente reaccionan a las ondas electromagnticas que ocupan un rango de longitudde onda que va de los 380 nanmetros (ultravioleta) a los 780 nanmetros (infrarrojo): entre 3.800Angstrm y 7.800 Angstrm.

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La luz puede modularse y as ser usada para transmitir informacin. Las ondas de luz puedentransmitirse en el espacio libre usando un haz de luz lser o bien a travs de un cable de fibra ptica.

Las ondas inmediatamente ms largas que la de la luz, son las llamadas microondas.

Las que son imediatamente ms cortas que las de la luz, son los rayos ultravioletas.

Estas radiaciones tienen longitudes de ondas muy variadas. El ojo humano est adaptado parareaccionar solamente ante unas pocas longitudes de ondas: a estas radiaciones las llamamos 'luzvisible'. La luz que vemos, los colores, son las radiaciones de longitud de onda adecuada a nuestrosojos y que son reflejadas por los cuerpos que las reciben.

Cuando una superficie (cabellos, jersey, pared, flor) absorbe todas las longitudes de ondas de luz,excepto las longitudes que corresponden al rojo, solamente la "luz roja" se refleja en esa superficiey nosotros la vemos de color rojo.

Cuando vemos un cuerpo de color azul, significa que ese cuerpo absorbe todas las otras longitudesde ondas visibles, excepto las correspondientes al azul. Solamente es reflejada la luz azul.

Si un cuerpo absorbiera por completo todas las longitudes de ondas de luz visible, no veramos esecuerpo. Sera invisible.

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Las microondas son ondas electromagnticas definidas en el rango de frecuencias situado entre300 MegaHz y 300 GigaHz, que corresponden a longitudes de onda desde 1 mm a 30 cm.

Una de las aplicaciones ms conocidas de las microondas es el horno microondas, que usa unmagnetrn para producir ondas a una frecuencia de aproximadamente 2,45 GHz. Estas ondas hacenvibrar las molculas de agua, lo cual genera calor; como la mayor parte de los alimentos contienenun importante porcentaje de agua, pueden ser fcilmente calentados de esta manera. Tengaprecaucin al calentar agua en un microondas.

En la industria de armamentos, se pueden utilizar las microondas como arma no letal, para provocarun aumento de la temperatura corporal de un individuo situado a una distancia de hasta 500 metros,que lo deja incapacitado momentnea o permanente.

En telecomunicaciones, se las utiliza tambin pues pasan a travs de la atmsfera con menosinterferencia que otras longitudes de onda mayores. Tambin hay ms ancho de banda en el espectrode microondas que en el resto del espectro de radiofrecuencias.

Las ondas de radio utilizadas tienen longitudes que van desde 1 metro (onda corta) hasta 10kilmetros (onda larga).

Normalmente, las ondas de radio estn caracterizadas por las frecuencias correspondientes a estaslongitudes de ondas.

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Ondas cortas, con frecuencia de hasta 300 GigaHz.

Ondas largas, con frecuencia mnimas de hasta 30 KHz.

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Composicin del aire terrestreFormacin de la atmsferaComposicin qumica aproximada

Ozono troposfricoToxicidadOrigen de la capa de ozonoEl equilibrio dinmico del ozonoOndas de radio, microondas, rayos X, radiacin ultravioletas, luz visible, infrarrojos

la tierra- atmosfera

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