Efecto del Sol sobre la atmósfera terrestre
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Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Efecto del Sol sobre la atmósfera terrestre Benito Marcote Fı́sica de la Atmósfera Universidad de Cantabria 18 de enero, 2011 Introducción Influencias exteriores Índice 1 Introducción 2 Influencias exteriores El Sol Manchas solares y ciclo solar de 11 años Fulguraciones solares Viento solar Variaciones solares a largo plazo Rayos cósmicos 3 Efectos sobre nuestra atmósfera Ionización de la Ionosfera Auroras boreales Insolación solar Mı́nimo de Maunder Formación de nubes y rayos cósmicos Efectos sobre nuestra atmósfera Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera La atmósfera terresrte Troposfera. La capa más baja. 8 - 18 km. Tiene casi todo el agua de la atmósfera. Estratosfera. 18-35 km. Aumento de T con la altura, debido a la absorción por parte del O3 de UV solares. Mesosfera. 50 - 80 km. Donde se evapora la mayor parte de los meteoros que caen a la Tierra. Ionosfera. 90 - 600 (900) km. Muy tenue. T crece con la altura, hasta temperaturas ∼ 1000 − 1500 o C. Aire permanentemente ionizado debido a la radiación solar (radio) y auroras boreales. Esosfera. Última capa de la atmósfera. Prácticamente hay vacı́o hasta perderse con el espacio. Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera El Sol Es la fuente externa que más influencia tiene en la atmósfera. No solo como fuente prácticamente constante de energı́a (luz y de calor). Insolación solar (constante solar): S = 1370 W m−2 . El Sol es un sistema dinámico en el que ocurre un gran número de sucesos. Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Manchas solares y ciclo solar de 11 años La variabilidad del Sol se descubrió a partir de las manchas solares. Éstas se conocen desde ∼ 800 a. C. en China. Desde Galileo se ha obtenido un seguimiento continuo. En 1849, R. Wolf elaboró una forma de poder utilizar dichas manchas para poder estimar la actividad solar cuantitativamente: R = k(10G + F ) Introducción Influencias exteriores Manchas solares y ciclo solar de 11 años VOLVER Efectos sobre nuestra atmósfera Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Manchas solares y ciclo solar de 11 años Se observó que dicha actividad está sujeta a un ciclo con un periodo de 11 años. Máximos R ∼ 100 − 150 Mı́nimos R ∼ 0 − 20. A su vez, hay modulaciones de periodos más largos. Se observan épocas grandes con una actividad muy pequeña. ¿Motivos para un ciclo tan definido de 11 años? Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Manchas solares Se producen en la fotosfera “superficie solar” B ∼ 10−1 T, T ∼ 4000 K (resto: T ∼ 6000 K). fáculas en la cromosfera. Durante el máximo ∼ 10% más brillante. Introducción Influencias exteriores Ciclo solar de 11 años Periodo de rotación: 24.47 - 34 dı́as. Efectos sobre nuestra atmósfera Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Fulguraciones solares Al salir las lı́neas de campo magnético hacia el exterior, pueden arrastrar material consigo. Si éstas reconexiones se producen bruscamente: explosión Gran aporte de material al espacio y con gran energı́a (aire circundante T ∼ 107 K) Eyección de Masa Coronal (CME): v ∼ 20 − 3000 km s−1 . m ∼ 1012 kg en promedio. E ∼ 1020 J (Máximas: 1025 J). Hiroshima: 1014 J Importante si apunta hacia la Tierra. Introducción Influencias exteriores Fulguraciones solares Efectos sobre nuestra atmósfera Introducción Influencias exteriores Fulguraciones solares Efectos sobre nuestra atmósfera Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Viento solar A partir de los eclipses solares se descubrió la corona (alta atmósfera solar). T ∼ 106 K plasma. Principal fuente de emisión de material al espacio viento solar. v ∼ 100−800 km s−1 , ρ ∼ 106 part. m−3 . Modulados por la actividad solar. Escudo frente al medio intergaláctico. Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Variaciones solares a largo plazo A partir de la evolución de la actividad solar se induce a pensar en un ciclo mayor. Se necesita reconstruir la actividad a tiempos mucho más larusando ofdataciones Usoskin et al.:gos. Grand minima/maxima solar activity de Carbono-14 y Berilio-10. 3 Sunspot number 80 60 40 20 0 -10000 -9000 -8000 -3000 -2000 -7000 -6000 -5000 -4000 -1000 0 1000 2000 Sunspot number 80 60 40 20 0 -4000 Years (-BC/AD) Fig. 3. Sunspot activity SN-L throughout the Holocene Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Rayos cósmicos Partı́culas que provienen del espacio con grandes energı́as (velocidades) Protones (∼ 89%) o partı́culas α (∼ 10%) Energı́as que pueden llegar hasta 108 TeV (20 J) Al incidir sobre la atmósfera, provocan una cascada de partı́culas: piones, muones, electrones fotones y neutrinos. . . Producen parte del Carbono-14 de la atmósfera al chocar n + N14 . Dos clases: Baja energı́a (100 MeV - 10 GeV): El Sol. Alta energı́a (> 10 GeV): GCR Supernovas (103 − 106 TeV) extragalácticas (108 TeV) Introducción Rayos cósmicos Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Ionización de la Ionosfera La ionosfera tiene aire totalmente ionizado. Emisión del Sol: cuerpo negro a 6000 K ⇒ UV, Rayos X. ionización de las moléculas del aire. Baja densidad: equilibrio gas ionizado (plasma). Ciclo dı́a - noche * de noche todavı́a hay cierta ionización, por CR de baja energı́a. Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Ionización de la Ionosfera Gran interés en radio. Tormentas ionosféricas (CMEs o actividad solar intensa) graves problemas en telecomunicaciones o tendidos eléctricos. Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Auroras boreales Al incidir el viento solar sobre la ionosfera, provocan excitaciones de las moléculas. Decaen emitiendo lı́neas prohibidas. Se producen en torno a los 100 km. Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Insolación solar Se ha visto cómo el brillo del Sol varı́a en función del número de manchas solares. Esto en principio provocarı́a una variación en la insolación solar, S. Realmente es una variación inferior al 0.5%: 3 en 1367 W m−2 . Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Mı́nimo de Maunder Recordando la actividad solar en los últimos siglos: IR Periodo entre 1645 y 1717. Apoyado con registros de auroras, corona solar y dataciones. S era 3.5 W m−2 menor a la actual, (0.24%) Enfriamiento de 0.2 y 0.6o C. Pequeña Edad de Hielo (XVI-XIX), descenso de 0.6 - 1o C. Gran avance de los glaciares, congelaciones máximas por Europa (Támesis). Introducción Influencias exteriores Efectos sobre nuestra atmósfera Formación de nubes y rayos cósmicos Los GCR interaccionan tı́picamente con la troposfera (10 km de altura) Ionización del aire: ∼ cm−3 s−1 Esto produce nuevas partı́culas de aerosol densación Dando lugar a una formación de nubes Cierta influencia a 1 - 3 km y φ = 40 − 60o . núcleos de con- Introducción Influencias exteriores Formación de nubes y rayos cósmicos Efectos sobre nuestra atmósfera
