Tema 4 La atmósfera: composición y estructura

Dpto. de Biología y Geología del I.E.S. Trassierra
Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente
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Tema 4
La atmósfera: composición y estructura
Composición de la atmósfera
La atmósfera es la capa gaseosa que rodea la Tierra, formada por la desgasificación que sufrió el planeta en
las primeras etapas de su formación. La atmósfera está unida al resto del planeta por la gravedad, por lo que
realiza todos los movimientos del mismo. El 97% de la masa total atmosférica está retenida por la atracción
gravitatoria en sus primeros 30 km.
Los componentes de la atmósfera se encuentran concentrados cerca de la superficie, comprimidos por la
atracción de la gravedad y, conforme aumenta la
Mayoritarios
Minoritarios
Variables
altura, la densidad de la atmósfera disminuye con
CH4, CO, O3,
Vapor de agua
gran rapidez.
N2
78 % NH3, NO2,
Partículas de polvo
La atmósfera o aire es una mezcla de distintos
O2
20,9 % NO, SO2, Ne,
Bacterias
componentes, que clasificamos en tres grupos:
Ar
0,93 % He, Kr, Xe,
Sales
mayoritarios, minoritarios, que por estar en muy
pequeñas proporciones se miden en partes por
CO2
0,03 % H2, N2O
Contaminantes
millón (ppm) y variables, como el vapor de agua.
Estructura de la atmósfera. Características de las distintas capas
Según su composición química: podemos distinguir dos capas dentro de la atmósfera:
•
Homosfera: es una capa que se extiende hasta unos 80 km de altitud. Se denomina así porque, aunque a
lo largo de ella varía la densidad, mantiene una composición química homogénea debido a mecanismos
efectivos de mezcla turbulenta, que impiden la estratificación de gases por densidad. Equivale a las capas
troposfera, estratosfera y mesosfera que veremos más adelante. En ella, la composición se mantiene más
o menos homogénea,
•
Heterosfera: es la capa situada por encima de la anterior y se prolonga hasta el final de la atmósfera.
Debido a que en esta capa no existen mecanismos de mezcla, los gases se distribuyen de manera
estratificada según su densidad. Capa de nitrógeno (N2), acompañada de oxígeno molecular (O2); capa de
oxígeno atómico (O); capa de helio (He); capa de hidrógeno atómico (H).
El límite entre homosfera y heterosfera se denomina homopausa.
Según la temperatura:
□ Troposfera: es la capa inferior de la atmósfera y termina en la tropopausa. Su altitud varía con la latitud (9
km en los polos y 16 km en el ecuador). En ella se concentra el 80% de la masa de la atmósfera. La
densidad y la presión atmosférica (peso ejercido por la atmósfera sobre la superficie terrestre) disminuyen
con la altura. También disminuye con la altura la temperatura, a un ritmo de 0,65º C/100 m y se denomina
gradiente vertical de temperatura (GVT). En esta capa tiene lugar el efecto invernadero, los fenómenos
meteorológicos (nubes, precipitaciones, movimientos verticales ascendentes y descendentes. Los
contaminantes y del polvo en suspensión se acumulan en la denominada capa sucia (los primeros 500
metros) y contribuyen a la coloración rojiza del cielo al amanecer y atardecer.
□ Estratosfera: se extiende desde la tropopausa hasta la estratopausa, situada a los 50-60 km de altitud.
En ella el aire es muy tenue y existen movimientos verticales del aire muy reducidos, pero los
horizontales son muy importantes. Nubes de hielo cuya estructura es muy tenue (noctilucientes). Entre los
15 y los 30 km de altura se encuentra la capa de ozono u ozonosfera, en la que se concentra la mayor
parte del ozono atmosférico. La temperatura en esta capa aumenta (debido a la absorción de radiación
ultravioleta) hasta alcanzar su valor máximo (entre 0 y 4ºC) en la estratopausa.
□ Mesosfera: se extiende hasta la mesopausa, situada hacia el kilómetro 80. Aunque la densidad del aire
aquí es muy reducida, resulta suficiente como para que el roce de las partículas que contiene provoque la
inflamación de los meteoritos procedentes del espacio, dando lugar a la formación de estrellas fugaces.
De esta manera, la gran mayoría de ellos se consume y no alcanza la superficie terrestre, donde
constituirían un riesgo. La temperatura en esta capa disminuye de nuevo hasta unos – 80º C.
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□ Termosfera o ionosfera: se prolonga hasta el kilómetro 600 aproximadamente donde se localiza la
termopausa. Aquí la temperatura aumenta hasta unos 1.000º C debido a la absorción de las radiaciones
solares de onda más corta (rayos X y gamma) llevada a cabo por las moléculas de nitrógeno y de oxígeno
presentes que, debido a ello, se transforman en iones de carga positiva, liberándose electrones. En
determinadas ocasiones, en las zonas polares, algunas de las partículas que forman el viento solar
(protones y electrones) consiguen entrar, chocando con las moléculas de nitrógeno y oxígeno, liberando
calor y produciendo espectaculares manifestaciones de luz y color, son las auroras polares (boreales y
australes).
□ Exosfera: es la última capa y su límite viene marcado por una bajísima densidad atmosférica, similar a la
del espacio exterior. Aquí el aire es tan tenue que no puede captar la luz solar y, debido a ello el color del
cielo se va oscureciendo hasta alcanzar la negrura del espacio exterior.
Según su estado de ionización o desde el punto de vista eléctrico: distinguimos dos grandes capas:
•
Neutrosfera: parte inferior de la atmósfera en la cual las partículas no están ionizadas (0 – 80km).
•
Ionosfera: situada por encima de la anterior (por encima de la mesosfera) en la que las moléculas están
ionizadas. Se extiende desde los 80 hasta los 500 km (coincide prácticamente con la termosfera). Se debe
a la absorción de las radiaciones solares de onda más corta (rayos X y gamma) llevada a cabo por las
moléculas de nitrógeno y de oxígeno presentes que, debido a ello, se transforman en iones de carga
positiva, liberándose electrones. Estos electrones liberados circulan por la capa dotándola de propiedades
eléctricas. Esto da lugar a un campo magnético comprendido entre la ionosfera cargada positivamente y la
superficie terrestre cargada negativamente. Desde la ionosfera fluyen cargas positivas hasta la superficie
terrestre y desde esta última ascienden cargas negativas hasta la ionosfera. En esta capa rebotan algunas
ondas de radio emitidas desde la Tierra, haciendo posibles las comunicaciones
Desde el punto de vista magnético: la Tierra actúa
como un gigantesco imán, cuyo eje coincide casi con el
eje de giro. El campo magnético terrestre forma una
especie de vaina que se conoce como magnetosfera. La
magnetosfera no tiene forma esférica, ya que el viento
solar la deforma. Por el lado que se enfrenta al Sol, está
comprimida y se extiende hasta una distancia de 10 radios
terrestres (65.000 km), y presenta las líneas de campo
magnético cerradas. Por el otro lado, se extiende en una
larga cola a más de 100 radios terrestres, y presenta
líneas de campo abiertas.
El viento solar es un flujo de protones y electrones de alta
energía procedentes de la superficie del Sol. Esta
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radiación choca con la magnetosfera desviándose y dispersándose por el espacio interplanetario. Dentro de la
magnetosfera se localizan dos anchos cinturones que, en forma de croissant, envuelven casi la totalidad de la
Tierra. Son los Anillos de Van Allen que actúan como trampas magnéticas para las partículas que no son
desviadas y consiguen entrar. El cinturón exterior está compuesto en su mayor parte por electrones, mientras
que el interior está formado principalmente por protones. Coincidiendo con momentos de fuerte actividad solar
(como la emisión de fulguraciones), las partículas atrapadas en los anillos de Van Allen escapan por los
extremos irrumpiendo en la atmósfera de las altas latitudes, ionizando sus partículas y dando lugar a las
auroras polares.
Función protectora y reguladora de la atmósfera
Tipos de radiaciones solares
Cualquier cuerpo con una temperatura superior al cero absoluto (- 273 ºC) emite radiación electromagnética
con una determinada intensidad y longitud de onda. Cuanto más alta es la temperatura del cuerpo, mayor es la
cantidad de radiación emitida y menor su longitud de onda.
Tanto el Sol como la Tierra emiten energía radiante. La Tierra tiene una temperatura media en la superficie de
15 ºC y emite radiación de onda larga, comprendida entre 1- 30 µm, dentro del rango infrarrojo del espectro,
con un máximo a 10 µm.
El Sol, con una temperatura de 6.000 ºK (5.727 ºC), emite radiación de
onda corta. El espectro solar se puede dividir en tres segmentos:
radiación visible (entre 0,4 y 0,7 µm); la zona del espectro anterior a la
luz visible (inferior a 0,4 µm), principalmente rayos ultravioleta; la zona
de longitudes de onda mayores a 0,7 µm, principalmente infrarrojo de
menos de 4 µm. El porcentaje de energía que llega desde el Sol a la
Tierra de cada uno de estos segmentos indicados aparece en la tabla.
%
µm
Rayos X, gamma
Rayos ultravioleta
Radiación visible
Rayos infrarrojos,
microondas y ondas
de radio
-4
-2
10 – 10
0,01 - 0,4
0,4 – 0,7
42
0,7 - 3000
49
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La atmósfera es transparente a la radiación de onda corta del Sol, pero sí absorbe la radiación terrestre de
onda larga. Debido a esto, la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino que se calienta desde el
suelo hacia arriba. Mientras más lejos se está del suelo, la temperatura es inferior. Esto explica la disminución
de temperatura con la altura en la troposfera (0,65 ºC/100 m = gradiente vertical de temperatura GVT).
Algunos gases de la atmósfera pueden absorber parte de la radiación emitida por la Tierra, evitando que se
escape al espacio. El vapor de agua y el CO2 tienen gran capacidad de absorción de radiación infrarroja, son
gases de efecto invernadero, contribuyendo a elevar la temperatura de la baja troposfera. Sin embargo, ni la
atmósfera ni los gases invernadero absorben en la banda comprendida entre los 8–11 µm. Esta banda de
radiación infrarroja escapa al espacio y es lo que se conoce como ventana atmosférica.
La constante solar es la energía que llega desde el Sol hasta el límite superior de la atmósfera terrestre, y
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tiene un valor de 2 cal/cm /minuto. El Langley (ly) equivale a 1 cal/cm , por eso podemos decir que la
constante solar equivale a 2 ly/min.
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Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera: la atmósfera absorbe parte de la radiación que
llega del Sol antes de que ésta llegue a la superficie sólida del planeta y, además, 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) producen efectos nocivos (mutaciones, cánceres de piel, etc.). Las diversas capas
de la atmósfera actúan como un filtro que protege a los seres vivos de las radiaciones perjudiciales.
•
La ionosfera: absorbe las radiaciones solares de
onda más corta (rayos X, rayos gamma y parte de los
ultravioleta). La absorción la llevan a cabo as
moléculas de nitrógeno y de oxígeno presentes en la
capa que, debido a ello, se ionizan y liberan calor,
provocando el incremento de temperatura de la capa.
•
La capa de ozono presente en la estratosfera es
responsable de la absorción de la radiación
ultravioleta, y esto origina un aumento de la
temperatura de la capa. La mayor parte del ozono
atmosférico se encuentra concentrado hacia los 25
km, formando la ozonosfera.
El ozono estratosférico se forma y se destruye
continuamente, lo que origina variaciones diarias y
estacionales, en función de la radiación solar.
Mecanismo de formación y destrucción natural del
ozono
1º. Fotólisis (ruptura) del oxígeno por la luz ultravioleta: O2 + UV ---- O + O
2º. Formación del ozono: O + O2 ---- O3 + calor
3º. Destrucción del ozono. Existen dos mecanismos:
a) Fotólisis del ozono: O3 + UV ---- O2 + O
b) Reacción del ozono con el oxígeno atómico: O + O3 --- O2 + O2
El proceso de formación del ozono es más intenso en latitudes bajas donde la insolación es mayor. Sin
embargo, es en las latitudes altas donde se acumula debido a la circulación atmosférica que transporta el
ozono desde el ecuador hasta los polos y, en estos la fotólisis es menor al ser menor la radiación recibida.
Función reguladora de la atmósfera. El efecto invernadero natural: se origina en los primeros 12 km
de la atmósfera por la presencia de ciertos gases tales como vapor de agua, CO2, CH4 y N2O, principalmente.
Estos gases son transparentes a la radiación visible del sol, que los atraviesa, pero no a la radiación infrarroja
(calor) emitida por la superficie terrestre, previamente calentada por el Sol. Los citados gases, al impedir la
salida de gran parte de las radiaciones infrarrojas, las devuelven a la superficie terrestre (contrarradiación),
incrementando la temperatura de la atmósfera.
Podríamos afirmar que son como una “manta” que
mantiene la temperatura terrestre en torno a unos 15º
C como media, lo que permite la existencia de agua
líquida, sin la cual no existiría la vida.
La cantidad de calor atrapado dependerá de la
concentración de los gases de efecto invernadero en
la atmósfera, que no es constante, sino que se
encuentra asociada a múltiples ciclos naturales, como
el ciclo del agua, el ciclo del carbono, que resultan de
las interacciones de la atmósfera con otros
subsistemas terrestres. Las nubes, el vapor de agua y
el dióxido de carbono absorben radiación de onda
larga y ayudan a mantener la temperatura de la
superficie terrestre, especialmente en la noche. Las
nubes absorben radiación de onda larga y la reemiten hacia la superficie terrestre en la noche, pero en las
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noches con cielos despejados la radiación escapa al espacio, haciendo disminuir más la temperatura nocturna.
Las noches con cielos despejados son más frías que las noches con cielo nublado; por el contrario, durante los
días nublados, las máximas temperaturas son menores que con cielo despejado, ya que las nubes impiden el
paso de la radiación solar directa. Así, los desiertos son muy cálidos en el día y muy fríos en la noche por
causa de este efecto.
El efecto invernadero tiene una gran importancia biológica. Si no hubiese atmósfera, y por tanto no hubiese
gases con capacidad de absorción de radiaciones de onda larga rodeando la superficie sólida y líquida del
planeta, la temperatura media en la superficie sería de unos –18º C en lugar de los 15º C actuales, lo que la
haría inhabitable.
No debemos confundir este beneficioso efecto con otro, denominado incremento del efecto invernadero, que
consiste en un aumento desmesurado de los gases de efecto invernadero. Este incremento constituye un grave
problema ambiental, que provoca un excesivo calentamiento de la atmósfera.
Balance energético de la radiación solar: el balance entre la energía recibida y la energía radiada al
exterior ha permanecido equilibrado a lo largo de la historia de la Tierra, con algunas desviaciones transitorias
que se han traducido en cambios climáticos.
Radiación solar entrante: considerando que a la atmósfera llega un 100% de radiación solar, sólo un 45% de
radiación llega a la superficie terrestre, el resto es reflejada, dispersada o absorbida por los componentes
atmosféricos.
Reflexión: aproximadamente el 30% de la energía solar que llega al tope de la atmósfera es reflejada al
espacio. A esta energía reflejada se le denomina albedo planetario. Un 20% es reflejada por las nubes, un
5% por el aire y un 5% por la superficie terrestre. El albedo terrestre depende de la cubierta vegetal, tipo de
rocas (color), acumulación de nieve, humedad del suelo (cambia el color), cobertura nubosa, inclinación de
los rayos solares, partículas en el aire, etc. El albedo de las nubes depende de su espesor (aumenta con él)
y del tipo de nube. Esta energía reflejada se pierde y no interviene en el calentamiento de la atmósfera.
Dispersión: la radiación solar viaja en línea recta, pero los gases y partículas en la atmósfera pueden
desviar esta energía, lo que se llama dispersión. Esto explica cómo un área con sombra está iluminada ya
que le llega la luz difusa o radiación difusa.
Absorción: un 25% de la energía incidente es absorbida por la atmósfera (partículas de polvo, vapor de
agua, CO2 y nubes). Cuando un gas absorbe energía, ésta se transforma en movimiento molecular interno,
que produce un aumento de temperatura, por lo que la emiten en forma de radiación térmica (onda larga).
Ningún gas atmosférico absorbe radiación en longitudes de onda comprendidas entre 0,3 y 0,7 µm, por lo
que se tiene un vacío en la región de luz visible, y se dice que la atmósfera es transparente a la radiación
solar entrante.. Esto explica que la radiación visible llegue a la Tierra.
El 45% de radiación restante es absorbido por la superficie terrestre (continentes, océanos y sólo un
0,2% por los vegetales para realizar la fotosíntesis).
Radiación saliente del sistema Tierra: recordemos que del 100% de la energía solar que llega a la
atmósfera, un 30% era reflejada y no conseguía entrar (albedo), mientras que el 70% restante es absorbida por
el sistema, un 25% por la atmósfera y un 45% por la superficie terrestre (continentes, océanos, vegetación).
Pues bien es ese 70% de energía el que tendrá que salir del sistema para mantener el equilibrio. Pero como la
Tierra tiene una temperatura mucho menor que la del Sol, la radiación terrestre es emitida en longitudes de
onda larga (comprendidas entre 1 y 30 µm, dentro del rango infrarrojo del espectro, por esta razón se llama
radiación de onda larga o radiación infrarroja.
El 25% de radiación solar de onda corta absorbida por la atmósfera, es convertida en energía radiante de
onda larga que se emite al espacio directamente desde la propia atmósfera.
Un 24% se pierde como calor latente a través del vapor de agua que se evapora en continentes y
océanos. Al condensarse el vapor de agua en la atmósfera se libera el calor latente, aumentando la
temperatura del aire.
Un 5% se pierde como calor sensible, que asciende por movimientos turbulentos y se pierde como
conducción directa a la atmósfera. El calor se transfiere directamente desde la superficie del mar o del
suelo al aire en contacto con él, o viceversa si el aire está más caliente que la superficie.
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Un 16% se emite por radiación directamente desde el suelo. La mayor parte de esta radiación de onda
larga es absorbida por las capas inferiores de la atmósfera (vapor de agua y CO2 fundamentalmente) y
irradiada o devuelta hacia la superficie terrestre, lo que se denomina contrarradiación, que es responsable
del efecto invernadero. Sólo una mínima parte no es absorbida por la atmósfera y escapa directamente al
espacio (ventana atmosférica, banda de radiación de onda larga comprendida entre los 8 – 11 µm que la
atmósfera es incapaz de absorber). Como vemos, la atmósfera no es calentada por la radiación solar, sino
que se calienta desde el suelo hacia arriba.
Recursos energéticos relacionados con la atmósfera
La energía solar
Existen dos formas de utilización de la energía solar: térmica y fotovoltaica.
a) Energía solar térmica: consiste en captar el calor de las radiaciones solares para calentar un líquido que,
posteriormente según la temperatura alcanzada, es empleado en distintos usos.
En el caso de la energía térmica de baja y media temperatura: se utilizan instalaciones sencillas con
colectores solares que son cajas recubiertas de material aislante, con la parte superior de vidrio
transparente. En el interior existen unos tubos pintados de negro por los que circula agua, que se
calienta. Estos colectores se sitúan en los tejados. De esta forma se puede obtener agua caliente para
usos domésticos o para calefacción de locales. Esta forma es el tipo de aprovechamiento de la energía
solar más extendido en todo el mundo.
En el caso de la energía térmica de altas temperaturas, se utiliza el calor procedente del Sol para
producir electricidad. Se consigue concentrando los rayos solares sobre un punto por medio de espejos
(helióstatos) que pueden ser planos o parabólicos. El calor solar concentrado se usa para calentar un
fluido (aceite). Así, el líquido calentado alcanza altas temperaturas, y se hace pasar por un
intercambiador de calor donde se genera vapor de agua que mueve una turbina asociada a una
dinamo, produciendo así electricidad. La central solar térmica de Tabernas (desierto de Almería) es
una de las más importantes del mundo.
b) Energía solar fotovoltaica: en este caso se convierte directamente la luz del Sol en electricidad, para lo
que se utiliza un material semiconductor (como el silicio) que al absorber fotones proporciona una corriente
de electrones, es decir, una corriente eléctrica. Esta energía se almacena en acumuladores para disponer
de energía eléctrica fuera de las horas de luz o en días nublados. Cada célula fotovoltaica se ha de realizar
a partir de cristales de silicio de gran pureza, lo que lo encarece.
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Las ventajas que presenta la energía solar son: no crea dependencia externa, inagotable, energía
autóctona, limpia y de bajo impacto ecológico, sin ruido y sin partes móviles. Sus instalaciones necesitan
un mantenimiento mínimo y no requieren agua. En muchos casos su rentabilidad, pese a su alto precio, se
encuentra en que se pueden establecer en zonas donde el coste de la conexión de la red eléctrica sería
mucho más elevado. Su implantación en países en vías de desarrollo sería muy interesante pues, al no
poseer una red de distribución eléctrica, su uso sería más económico.
En cuanto a los inconvenientes son varios:
En la actualidad, tanto las centrales solares térmicas como las fotovoltaicas resultan caras ya que son
de bajo rendimiento. Así, las solares térmicas tienen un rendimiento inferior al 20%, mientras que las
fotovoltaicas pueden llegar a rendimientos de un 15 o un 20% como máximo.
Otro inconveniente es el impacto visual ocasionado al paisaje, así como el que se genera al instalar
los sistemas de captación de energía sobre el suelo, ya que la sombra que proyectan, unida al sistema
de montaje, ocasiona pérdidas de vegetación, de fertilidad, etc.
Es una energía muy dispersa, y varía en función de la latitud, de la estacionalidad, etc.
Además, se trata de una energía intermitente, con variaciones producidas por la sucesión día-noche,
la nubosidad, etc., lo cual junto con su dispersión plantea serios problemas para optimizar los sistemas
de aprovechamiento de la energía solar, ya que en la actualidad ningún sistema es suficientemente
eficaz para el almacenamiento de la energía producida.
Por último, la utilización a gran escala de la energía solar obliga a sistemas de captación de gran
superficie, con una amplia ocupación de terrenos.
Las aplicaciones más frecuente y con mayor futuro de la energía solar son, entre otras:
a) Usos domésticos: estos sistemas se utilizan para la producción de agua caliente, calefacción,
climatización de piscinas, invernaderos, secaderos…
b) Aplicaciones remotas: se refieren a aquellos casos en que es necesario el uso de electricidad en
lugares no habitado donde hay que prever un pequeño consumo. Casos típicos son los repetidores de
radio y televisión, radiofaros, balizas, señales en carreteras, cargadores de batería para los teléfonos
móviles, etc.
c) Usos rurales: tiene que competir con el mercado del grupo electrógeno convencional, barato pero
sometido a la servidumbre del transporte de combustible que, en muchos lugares del área rural puede
ser caro, y cuya menor fiabilidad, ruidos, etc., hacen poco atractivo su uso. También puede utilizarse en
aplicaciones de riego y en muchas tareas mecánicas (molienda, etc.).
d) Grandes centrales: el uso de grandes centrales fotovoltaicas estará asociado a la evolución de la
tecnología fotovoltaica, al coste de los materiales y a las condiciones climáticas, así como a la
competitividad relativa de cada solución.
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Inconvenientes
Energía Solar
Bajo rendimiento
Grandes extensiones de terreno
Ensombrecimiento de la superficie ocupada
(crea un microclima)
Intermitencia de su producción
Dificultad de almacenamiento de la energía
excedentaria
Fuerte impacto visual
Ventajas
Gratuidad del combustible
Independencia del suministro
Energía autóctona, inagotable y
limpia
Bajo impacto ecológico
Energía eólica
Es la energía debida al viento, que actualmente se emplea para obtener energía eléctrica. En los últimos diez
años del siglo XX y, gracias a un desarrollo tecnológico y a un incremento de su competitividad en términos
económicos, la energía eólica ha pasado de ser una utopía a un realidad que se consolida como alternativa
futura y, de momento complementaria, a las fuentes contaminantes.
Para su aprovechamiento se utilizan los aerogeneradores (turbinas eólicas) que convierten la energía cinética
del viento en energía eléctrica. El aerogenerador de eje horizontal, empleado mayoritariamente en el parque
eólico español, consta de las siguientes partes básicas:
El rotor, que incluye el eje y las palas,
generalmente tres.
La góndola, donde se sitúa el generador
eléctrico, los multiplicadores y los sistemas
hidráulicos de control, orientación y freno. En la
parte exterior lleva un anemómetro y una veleta
conectados a ul sistema informático que permite
orientar la góndola según la dirección del viento
dominante.
La torre, es tubular, y puede tener hasta 50 m
de altura, ya que la velocidad del viento
aumenta con la altura.
Los principales problemas para su explotación son
su aleatoriedad (el viento puede cambiar de
dirección y de intensidad en unas horas) y su
dispersión, además de que existe el problema del
almacenamiento de la corriente eléctrica producida,
que también encarece y dificulta la utilización.
El emplazamiento de los aerogeneradores se hace agrupados, formando los llamados parques eólicos.
Inconvenientes
Energía Eólica
Interferencias electromagnéticas en radares,
transmisiones de TV, etc.
Fuerte impacto visual
Contaminación acústica (ruido)
Aumenta la erosión del suelo
Muerte de aves por colisión
Intermitencia en la producción
Difícil almacenamiento
Rendimiento bajo
Ventajas
Gratuidad del combustible
Energía autóctona, inagotable y
limpia
Sencillez de los principios aplicados
Bajo coste de instalación
Fuente de energía para núcleos
rurales aislados de la red general
Bajo coste de mantenimiento
España se encuentra entre los países con mayor aprovechamiento eólico, y posee algunas de las instalaciones
eólicas más importantes de Europa. Existen importantes parques eólicos en Navarra, Galicia, Aragón, Canarias
y Andalucía (Tarifa).
Además de los parques eólicos, en muchas zonas se han instalado aerogeneradores autónomos que
proporcionan electricidad a pueblos a los que no llegaba la red eléctrica, a las industrias, a las estaciones de
bombeo de agua, a desaladoras, etc.
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Actividades
Temas largos
1) Composición y estructura de la atmósfera.
2) Estructura de la atmósfera. Criterios para su división en capas.
3) La atmósfera: composición y estructura. Efecto protector y regulador.
4) Efecto protector de la ionosfera y la ozonosfera. El efecto invernadero.
5) Características de la radiación solar y su balance energético en la Tierra.
6) Incidencia de las radiaciones solares en la atmósfera.
7) El Sol como fuente de energía. Calor absorbido y reflejado. Balance energético.
8) Energía solar y eólica: aprovechamiento energético.
Preguntas cortas
9) ¿Qué es el albedo y dónde se produce?.
10) ¿En qué dos capas de la atmósfera la temperatura aumenta con la altura?. ¿Qué explicación tiene este
hecho?.
11) ¿Cuáles serían las condiciones actuales de la atmósfera si no existieran los seres vivos?.
12) ¿Por qué decimos que la atmósfera tiene un efecto regulador?. Explica cómo se lleva a cabo.
13) Indica cuáles de los siguientes ejemplos tendrá mayor albedo: un bosque, una zona nevada, un desierto.
14) Indica todas las capas atmosféricas que nos protegen de la radiación solar y la misión de cada una de
ellas.
15) ¿Cómo varía la densidad de la atmósfera con la altura?. Razona la respuesta.
16) ¿Por qué en la troposfera la temperatura disminuye con la altura?.
17) ¿Cómo varía la composición química de la atmósfera en la vertical?.
18) ¿Qué tipo de radiaciones solares son absorbidas por la troposfera?.
19) ¿Qué tipo de radiaciones solares son filtradas por la ionosfera?. ¿Por qué se llama así?.
20) ¿En qué capa de la atmósfera es máxima la concentración de ozono?. ¿Por qué?.
21) ¿Qué es la contrarradiación atmosférica?.
22) ¿Por qué existe mayor probabilidad de heladas en noches de invierno estrelladas que en noches
nubladas?.
23) ¿Qué es el albedo?. ¿Es invariable para toda la superficie de la Tierra?. ¿Cómo afectaría la deforestación
masiva al albedo terrestre?.
24) ¿Por qué la presión atmosférica disminuye rápidamente desde la superficie hasta alcanzar la tropopausa?.
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Preguntas de aplicación
25) El gráfico adjunto representa la variación de la temperatura (Tª) en la atmósfera terrestre en función de la
altura. Reproduzca en su papel de examen dicha gráfica y, a partir de ella, contesta razonadamente a las
siguientes cuestiones:
a) Indica la situación de las capas de la atmósfera y los
límites entre ellas.
b) Sitúa aproximadamente la altura a la que se registra la
máxima concentración de ozono. ¿Por qué la
temperatura es alta cuando se alcanzan altitudes de 50
km?
c) ¿Dónde se producen los fenómenos meteorológicos que
determinan el clima terrestre? ¿Qué tipo de radiaciones
llegan a esta capa atmosférica?
26) Teniendo en cuenta el diagrama adjunto, responde razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) ¿En qué consiste el albedo?.Indica algunos factores que puedan modificarlo.
b) ¿Cuánta energía absorbe la Tierra?. ¿Cuánta energía remite al espacio?.
c) En qué consiste el efecto invernadero?.
27) Las fuentes de energía disponibles para la humanidad son diversas. La principal fuente renovable es el Sol.
La energía solar presenta dos características específicas: es dispersa e intermitente. Su radiación se puede
utilizar en forma de calor, obtenido mediante colectores planos, o en forma de electricidad obtenida por
células fotovoltaicas. Sin embargo, la importancia de la energía solar es debida, sobre todo, a sus
contribuciones indirectas por vía climática (energía eólica y energía hidráulica) y por vía biológica (la
fotosíntesis), que permite la formación de la biomasa.
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Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente
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a) ¿Qué significa que la energía solar es dispersa e intermitente?. ¿Cuáles son los problemas técnicos
que hay que abordar para que su utilización sea mayor?.
b) ¿Qué es un colector o panel solar plano?. ¿Y una célula solar o fotovoltaica?.
c) Indica cómo aprovecha la humanidad la energía solar por la vía de la fotosíntesis.
28) Observa la imagen y responde las cuestiones:
a) Comenta el funcionamiento de esta planta solar.
b) ¿Qué aprovechamiento se obtiene de una planta de este tipo?.
c) Explica las ventajas e inconvenientes de la energía solar.
1. La atmósfera. Concepto, composición y estructura.
Conceptos básicos: homosfera, heterosfera, troposfera, tropopausa, estratosfera, ozonosfera,
estratopausa, mesosfera, mesopausa, termosfera, ionosfera, termopausa, exosfera.
2. Función protectora y reguladora de la atmósfera. Efecto protector de la ionosfera y de la ozonosfera.
El efecto invernadero.
Conceptos básicos: tipos de radiaciones solares, formación del ozono, albedo, gases de efecto
invernadero.
3.Recursos energéticos relacionados con la atmósfera. Energía solar. Energía eólica. Ventajas e
inconvenientes de cada una de ellas.
Conceptos básicos: energía solar fotovoltaica, energía térmica solar, parques eólicos.
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