Temario completo Ciencias 1ºESPA

Tema 1: El universo y el sistema solar.
Tema 1 El Universo y el Sistema Solar.
Índice de contenidos
1. La observación del Universo: planetas, estrellas y galaxias.
2. La Vía Láctea y el Sistema Solar.
3. Características físicas de la Tierra
4. Los planetas y la Luna.
5. Movimientos de la Tierra y eclíptica.
6. Evolución histórica de la Tierra en el Universo.
7. Capas de la Tierra.
8. Ampliación del tema.
9. Ejercicios.
Enlaces de interés.
1- La observación del Universo: planetas, estrellas y galaxias.
En la actualidad se conoce cómo y cuándo apareció el Universo. Mediante una enorme
explosión, el Big Bang, enunciada por Edwin Hubble en 1926, se acepta que hace unos
13.700 millones de años se formó el Universo y que se expande de forma acelerada en el
curso del tiempo. Los astrónomos consideran que el Universo tiene los siguientes componentes:
• Se conocen unas 100.000 galaxias separadas por unos espacios vacíos y agrupadas en
cúmulos a modo de enjambr es. Nosotr os estamos situados en una galaxia llamada
Vía Láctea que tiene for ma de espir al, en un cúmulo denominado Virgo.
•Las galaxias están formadas por estrellas, pueden contener desde cien mil a quinientos
mil millones de ellas. También existen en las galaxias nebulosas y polvo cósmico. Nuestra estrella es el Sol que debido a la energía que contiene emite luz y calor.
• Casi todas las estrellas contienen planetas, éstos giran a su alrededor formando un sistema; el nuestro es el Sistema Solar, dónde también existen asteroides, meteoritos, cometas, etc.
• Muchos planetas contienen satélites, el nuestro, como sabes, es la Luna; aunque por
ejemplo en Júpiter se han descubierto hasta 64 distintos, todos menos uno mayores que la
Luna.
2 - La Vía Láctea y el Sistema Solar.
Nuestra galaxia forma parte de un conjunto de cuarenta llamado Grupo Local, tiene
forma de espiral y en ella se diferencian cinco brazos, en uno de ellos, el de Orión,
se encuentra el Sistema Solar. De perfil parece un disco con un bulbo en su centro al
que rodea un halo esférico.
Se cree que la Vía Láctea puede contener casi 300 mil millones de estrellas, las que
vemos en el firmamento; como el Sol, un astro compuesto por dos gases el helio y el
hidrógeno muy calientes, que alcanzan tal temper atur a que su inter ior se podría comparar con una enorme bomba termonuclear.
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Hace unos 4.500 millones de años apareció el Sistema Solar, donde el Sol
se encuentra en el centro y sus ocho planetas junto con sus satélites, planetas enanos asteroides, cometas y demás que gir an a su alr ededor atr aídos por una fuerza que se llama gravitatoria, como si fuera el Sol un imán
enorme.
•Planetas interiores o rocosos. Son los más cercanos al Sol y se parecen mucho a la Tierra, se trata de Mercurio, Venus, Tierra y Marte.
•Planetas exteriores o gaseosos. Son muy grandes y están envueltos en una
masa gaseosa con un núcleo rocoso en su centro. Es el caso de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
•Planetas enanos. Se trata de cuerpos celestes, esféricos que también giran
alrededor del Sol en órbitas muy inclinadas, compartidas con otros astros
similares. Destaca Plutón por se considerado hasta hace muy poco como un
planeta y Eris, descubierto recientemente.
•Cuerpos pequeños del Sistema Solar. Aquí incluimos los satélites que orbitan alrededor de los planetas, los cometas que
son cuerpos de hielo con fragmentos de roca de diferentes tamaños que forman un cinturón, más allá de Plutón, conocido como Nube de Oort. En este grupo también están los asteroides que son cuerpos rocosos de muy diferentes tamaños,
como el Cinturón de asteroides que esta situado entre Marte y Júpiter. También destaca del Cinturón de Kuiper, también
más allá de Neptuno y Plutón.
3 - Características físicas de la Tierra y de los otros componentes del Sistema Solar.
Características físicas de la Tierra
Radio Medio
6,371.0 km
Periodo de rotación
23 h. 56 m.
Temperatura media
14.06 oC
Gravedad
9,78 m/s2
Si observas la tabla te resultará fácil entender que las condiciones físicas de la Tierra la hacen idónea para albergar vida
en ella. Además posee un campo magnético que nos protege
de las radiaciones solares y hace que el aire y otros componentes se mantengan cerca de su superficie.
La temperatura también favorece la aparición de agua que
es indispensable para la vida gracias al ciclo del agua. En
Composición
N2, 02, C02.
forma de vapor existe en el aire junto con el nitrógeno y el
oxígeno, además el dióxido de carbono es indispensable par a que las plantas r ealicen la fotosíntesis.
Inclinación del eje
230
Existe mucha actividad externa de forma que el viento, ríos, mareas, glaciares y demás agentes modelan el paisaje. Y
también interna con el movimiento de las planas tectónicas y sus fenómenos asociados como los volcanes, terremotos y
la formación de las montañas. La Tierra, por tanto, proporciona las mejores condiciones para que se desarrolle la vida.
El agua permite que las moléculas que forman parte de los organismos puedan articularse y de esta forma desarrollar
estructuras orgánicas complejas y obtener la energía suficiente para mantenerlas.
Todas estas características hacen que la Tierra se comporte como un “ser vivo” en su conjunto en constante actividad
geológica y biológica. Además nuestro planeta contiene los recursos necesarios para que el hombre los use con diversos
fines, tanto desde el punto de vista geológico como el petróleo o los minerales, como desde el biológico con los alimentos madera o fármacos.
4.– Otros componentes del Sistema Solar.
Los estudiamos desde el mas cercano al Sol hasta el más lejano.
•Mercurio: Se parece a la luna pues está llena de impactos de meteoritos. No tiene agua ni atmósfera y al estar muy cerca del sol, es el primer planeta, su temperatura puede alcanzar más de 4000C durante el día y unos -1800C por la noche y
además rota lentamente.
•Venus: Gira en sentido contrario a la Tierra, desde dónde es visible tanto al anochecer como al amanecer (Lucero del
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Alba). Posee una capa gaseosa muy densa que genera un potente
efecto invernadero, lo que hace que su temperatura sea muy alta,
igual que en Mercurio.
•Marte: Su superficie rocosa es roja debido a los óxidos de hierro que
posee. Existe hielo en los polos y se observan muchos valles y cañones. Tuvo mucha actividad volcánica, contiene un volcán con casi 25
Km de altura llamado el Monte Olimpo. Su atmósfera contiene mucho dióxido de carbono y no se ha podido confirmar si existió vida
en este planeta.
Júpiter: Es el más gr ande del Sistema Solar , es gaseoso siempr e cubier to de unas nubes dispuestas en bandas de
diferentes colores y donde se forman vientos de enormes velocidades, mas de 500 Km/h y ciclones; en él se aprecia una
gran Mancha Roja que los científicos identifican como gigantesco torbellino, quizás mas grande que el tamaño terrestre.
Saturno: El segundo en tamaño y de composición similar a
Júpiter y con vientos el doble de fuertes, pero con una densidad menor que la del agua, es decir, que flotaría en ella si el
universo encontráramos un mar lo suficientemente grande
para albergar a este planeta. Se caracteriza por lo miles de anillos que giran a su alrededor, formados por fragmentos de rocas, polvo y hielo.
Urano: Su eje de r otación está tumbado, quizás por el impacto de un antiguo planeta cuando de formó. Tiene también
un sistema de anillos. Es gaseoso formado de metano por eso
tiene un tono verdoso aunque en su interior hay un núcleo sólido y muy frío.
Neptuno: Su composición es muy par ecida a la de Ur ano, hidr ógeno, helio, agua y metano, aunque su núcleo está
caliente, eso hace que se formen vientos muy intensos, muy similares a los de Júpiter. De aspecto azulado con estrías
blancas debido a su composición gaseosa y sus vientos.
5.- Movimientos de la Tierra y eclipses.
La Tierra gira sobre si misma y se traslada alrededor del Sol, estos dos movimientos, como sabes, plantean lo que conocemos como el día y la noche, en el primero y las estaciones del año en el segundo.
• La Tierra gira de oeste a este, alrededor de un eje imaginario que va del
Polo Norte al Polo Sur, ligeramente inclinado (230). Este giro, en el sentido
contrario a las agujas del reloj, tarda en completarlo 24 horas y se conoce
como movimiento de rotación. Es el causante de la sucesión de los días y
las noches, pues el Sol no ilumina por igual toda la superficie de la Tierra
• La Tierra realiza un movimiento de traslación alrededor del Sol que dura
365 y seis horas, que el hombre corrige cada cuatro años añadiendo uno
bisiesto. Ya que el Sol no se encuentra en el centro de está órbita eclíptica,
la distancia del sol a la Tierra varía a lo largo del año. Por eso cunado estamos más cerca del Sol lo denominamos perihelio y cuando estamos más
lejos afelio.
• Como nuestro planeta tiene su eje inclinado, los rayos solares también nos llegan ladeados. Durante el verano nuestro
hemisferio está inclinado en dirección al Sol, por eso hay más horas de sol y calor. Esto indica que no hace más temperatura porque estemos más cerca del sol, si no porque los rayos nos llegan mucho más verticales a la superficie del planeta. Esto nos permite hablar de estaciones:
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•Solsticios, de invierno (21 de Diciembre),
donde el hemisferio norte está con menos iluminación solar; y de verano (21 de Junio), dónde nuestra
inclinación hacia el Sol hacen que la noche sea mucho más corta.
•Equinocios, de primavera (21 de Marzo) y de
otoño (21 de Octubr e) donde los días y las noches
tienen la misma duración.
• Nuestro satélite, la Luna, se ha mantenido como
ésta desde su formación, ocurrida poco después que
la Tierra con esos característicos cráteres debido al impacto de meteoritos sobre ella. La Luna también rota alrededor
de la Tierra y lo hace en casi 28 días, esto origina que existan fases de la luna, eclipses y mareas. Curiosamente la Luna
tarda el mismo tiempo en dar una vuelta sobre si misma que en torno a la Tierra, por eso presenta siempre la misma cara, conocemos la oculta por las fotografías de los satélites y los
viajes espaciales.
• Cuando desde la Tierra vemos a nuestro satélite perfectamente
redondo e iluminado decimos que la Luna está en plenilunio o
llena. Si vemos la mitad, cuarto creciente o menguante y
cuando creemos que no hay Luna es que está nueva.
• Eclipsarse es desaparecer, esto ocurre cuando dejamos de ver
un astro porque otro se intercala entre ellos. Cuando se interpone la Luna entre el Sol y la Tierra, eclipse de Sol, se proyecta
una sombra sobre nuestro planeta que oscurece al astro. Dependiendo de la cantidad de Sol que perdamos, se habla de eclipses parciales, totales o anulares, si en el cielo vemos una
especie de anillo de luz solar. Para que esto ocurra nuestro satélite debe estar en luna nueva o llena, pero como la Luna
esta inclinada unos 50 respecto a la eclíptica, no ocurre frecuentemente. Cuando nosotros estamos en medio del Sol y la
Luna, se habla de eclipse lunar.
• Newton demostró que los planetas se atraen con una
fuerza gravitatoria, como la Tierra es más grande que la
Luna, ejerce una atracción desigual sobre ella. Es mayor
cerca del ecuador y menor en los polos, esto hace que el
gradiente gravitatorio no sea circular si no ahuevado. Esto se nota mucho en los océanos y en la atmósfera pero
nada en la parte sólida de la Tierra, provocándose así
mareas altas, pleamar, en las zonas ecuatoriales y bajas o
bajamar en las polar es.
6.- Evolución histórica de la Tierra en el Universo.
Seguro que si alguien nos dice que la Tierra es plana pensaríamos que no anda en sus cabales, pues eso lo creían en la
antigüedad, en Mesopotamia y Grecia pensaban que la Tierra era un cilindro con superficie plana que flotaba en el mar.
El primero en hablar sobre una Tierra redonda fue Aristóteles. Lo mismo pasa con la posición de la Tierra y el Sol, ya
que no tenían en aquellos tiempos los instrumentos necesarios para explorar en Universo.
•Los antiguos griegos afirmaban que la Tierra se encontraba en el centro del Universo y que el resto de cuerpos celestes,
el Sol, las estrellas y planetas giraban a su alrededor. Esto se conoce como teoría geocéntrica.
•Si el modelo astronómico propone que los planetas del Sistema Solar giran alrededor del Sol y éste permanece fijo, se
habla del modelo heliocéntrico. Fue propuesto por los antiguos griegos pero la teoría estuvo olvidada durante mil años
hasta que Nicolás Copérnico la volvió a formular en el siglo XVI, explicada con modelos matemáticos. Pero fue en 1610
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cuando Galileo Galilei, inventor del telescopio, quién dio la razón a Copérnico y eso le
costó enfrentarse a las ideas de Iglesia de entonces. Sus trabajos fueron prohibidos por
la Inquisición y a punto estuvo de ir a la hoguera.
Sin embargo fue condenado por hereje y obligado
a abjurar públicamente y permanecer encerrado en
su casa. No fue hasta 1992 cunado la Iglesia Católica, lo perdono y rehabilitó.
•El matemático alemán Kepler fue capaz, en el siglo XVIII de medir las órbitas de los planetas y
enterrar para siempre la teoría geocéntrica, además
predijo la existencia de un planeta más allá de
Urano, pero no fue hasta 1846 cuando otro astrónomo alemán, Johann Galle comprobó la existencia de Neptuno.
•En 1969 el hombre pisa por primera vez la Luna, aparecen los radiotelescopios, las
sondas espaciales son enviadas al espacio para recoger datos del Sistema Solar y
del Universo, proporcionando imágenes de gran interés científico.
•Actualmente el telescopio Hubble, que lleva ese nombre en honor de un prestigioso astrónomo estadounidense que demostró la expansión del Universo, está a punto de terminar su misión. Enviado al
espacio por la NASA y la Agencia Espacial Europea en 1990 ha recogido multitud de datos e imágenes muy valiosas
para el estudio de la Cosmología
7.- Capas de la Tierra: Corteza, Manto y Núcleo. Atmósfera, Hidrosfera y BiosferaLa Tierra es un planeta rocoso, llamado Geosfera, con
una radio medio de 6378 Km y dividido en tres capas;
también posee una envoltura gaseosa, la atmósfera, otra
líquida, la hidrosfera y todo un conjunto de seres vivos
que conocemos como biosfera.
• Geosfera. Contiene tres capas bien diferenciadas.
• La corteza es la más externa, una forma los continentes que está compuesta fundamentalmente de granito y se llama continental y otr a, que for ma par te del
fondo oceánico y que está formada de basalto se conoce
como oceánica, formándose de manera continua en unas
cordilleras submarinas, las dorsales oceánicas. Capas
que tienen distintos grosores, siendo más fina la oceánica que la continental.
• A más profundidad encontramos el manto que
llega hasta los 2.900 Km. Paradójicamente a pesar de
tener una temperatura entre 1.000 y 4.000 grados, su estado es sólido debido a las altas presiones que allí existen. Compuesto de minerales hierro y magnesio.
• Bajo e manto se encuentra el núcleo con temperaturas superiores a los 4.000 grados y divido en dos: uno externo
líquido y muy dinámico debido a violentas corrientes, y otro interno que es sólido. Su composición está formada mayoritariamente por hierro y níquel.
• Los mares, océanos, ríos y lagos constituyen la hidrosfera. Siendo la salada mayoritaria en un 97% y la dulce el resto.
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• El oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y otros gases forman parte de la Atmósfera, es decir, la capa gaseosa que
envuelve a la Tierra.
• El conjunto de todos los seres vivos que hay en la Tierra constituyen la biosfera. Su influencia en el resto de envolturas
terrestres es muy significativa pues las plantas desprenden oxígeno a la atmósfera que todos respiran. Todos los seres
vivos contienen agua, muchos viven en ella y expulsan vapor de agua al respirar. Los vegetales toman las sales minerales del suelo y sus raíces alteran las rocas. Como ves hay una enorme interacción entre todos estos componentes terrestres.
8.- Ampliación del tema.
8.1 Distancias en el Universo.
Como sabes el Universo se está expandiendo de forma acelerada desde el Big Bang, las distancias entre sus componentes cada vez son mayores y es lógico comprender que los kilómetros nos quedan cortos. De ahí que usemos otras unidades:
•El año luz o lo que es lo mismo, la distancia que recorre la luz
en un año. Sabemos que la luz viaja a 300.000 kilómetros por
segundo. Para que te hagas una idea, la luz del Sol tarda, según
esto, ocho minutos y veinte segundos en llegar a nosotros por
eso sabemos que está a 150 millones de kilómetros de distancia.
•La unidad astronómica (UA) precisamente esa distancia de la
Tierra al Sol (149.600.000 kilómetros). De esta forma decimos
que Marte está aproximadamente a 1,5 UA del Sol y Plutón
casi a cuarenta.
8. 2 Aprendemos a orientarnos.
•Durante el día tenemos que jugar con las sombras para localizar la línea de Este (donde sale el Sol) a Oeste (donde se pone).
Para ello bastaría colocar una vara vertical, por la mañana, para
que proyecte su sombra y marcamos un punto en el suelo
(punto Este). Dejamos pasar un rato y marcamos, al cabo de
una media hora, otro punto que nos dará dirección Oeste; ya
tenemos la línea E-O. Su mediatriz nos dará la posición del
Norte y el Sur, línea N-S.
•Durante la noche debemos buscar la posición en el
firmamento de la estrella Polar. Para ello intentamos
localizar la posición de la Osa Mayor, conocida como El Carro que tiene forma trapezoidal. Existen dos
estrellas en su extremo (Merak y Dubhe) que señalan
la dirección de la Polar, unas cinco veces la línea que
las une hacia su izquierda. La Polar pertenece a la
Osa Menor, constelación menos brillante y orientada
al revés que la Mayor. Mirándola de frente, el Este
quedará a la derecha.
•Si no tienes una brújula o el cielo se encuentra cubierto y te encuentras en un bosque puedes orientarte
observando el musgo de los árboles. En nuestro hemisferio, el norte, los árboles poseen una zona de
sombra, umbría; donde aparece el musgo formando unas manchas verde por todos conocidas. Donde más musgo veamos
será el norte. De igual manera la falda de los montes donde da el Sol, solana; indica el sur y se reconoce porque la vegetación es más seca que en la zona de umbría.
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Tema 2: La atmósfera
Índice de contenido
Composición y propiedades de la atmósfera.
Una delgada capa gaseosa
La atmósfera es la capa más externa de la Tierra. Forma parte de nuestro
planeta, junto con la geosfera (parte rocosa del planeta) y la hidrosfera (conjunto
de todas las masas de agua). El radio terrestre desde el nivel del mar es de unos
6.370 Km y la atmósfera es una delgada capa gaseosa de tan solo 100 km.
Para que te hagas una idea de lo delgada que esta capa, toma como referencia
tu aula. El espacio que ocupa la mesa y la silla de cada uno de tus compañeros es
aproximadamente de 1 metro, 6 filas serían unos 6 metros. Ahora imagina que cada
milímetro de este aula representa un kilómetro de la Tierra. Toma una regla ver el
tamaño de un milímetro. Los 6 metros son 6.000 milímetros y equivaldrían a 6.000
Km. Nos vale como aproximación del radio de la Tierra.
Ahora calcula cuanto ocuparía la atmósfera. 100 Km serían 100 milímetros, es
decir, 10 centímetros. Compara visualmente, con ayuda de tu regla, la altura de la
capa gaseosa que nos envuelve con la profundidad del suelo que pisamos hasta el
centro de la Tierra.
Presión atmosférica. El aire pesa.
El barómetro es el
instrumento
que
se
utiliza para medir la
presión
atmosférica.
Imágen
cedida
por
Langspeed.
La atmósfera está compuesta por gases que se
mantienen unidos a la geosfera-hidrofera por la
fuerza de gravedad. Las moléculas gaseosas pesan, es
decir, tienen masa aunque sea pequeña y esta masa es
atraída por la masa de la Tierra. Cuanto más cerca del
suelo mayor es la atracción y a medida que nos
alejamos la fuerza de gravedad es menor hasta que
desaparece al adentrarnos en el espacio. Por ello el 75%
de la masa de la atmósfera se concentra en los once
primeros km y el 50% en los primeros 6 km de altura
desde la superficie planetaria.
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Volviendo a nuestro ejemplo, vuelve a coger la regla. El 75% de la masa se concentraría
en los primeros 11 milímetros y el 50% de la masa estaría en los primeros 6 milímetros. Por
suerte, tu vives en esos 6 milímetros, podrás respirar cómodamente.
La presión atmosférica se define como el peso de una columna de aire desde el punto en el
que se mide hasta el límite de la atmósfera, es decir, el peso de la masa de aire que tengamos
encima. Cuanto más ascendamos menos aire tendremos sobre nosotros, por lo que la presión
atmosférica será menor. Además, como acabamos de ver, la mayor parte de la masa se
concentra cerca de la superficie, por lo que la presión atmosférica disminuirá rápidamente
durante nuestro ascenso.
Una mezcla de gases
• Nitrógeno: constituye el 78% del volumen del aire.
Está formado por moléculas que tienen dos átomos de
nitrógeno, de manera que su fórmula es N2. Es un gas
inerte, es decir, que no suele reaccionar con otras
sustancias. El nitrógeno entra en nuestros pulmones en
cada inspiración y sale sin modificarse ni interactuar
con nuestro cuerpo. Algunas bacterias y plantas (en
simbiosis con bacterias) pueden fijar el nitrógeno
molecular como nitrito o nitrato, abonando el suelo de
forma natural con un compuesto que necesitan todas
las plantas.
• Oxígeno: representa el 21% del volumen del aire.
Al igual que el nitrógeno, está formado por moléculas
de dos átomos de oxígeno y su fórmula es O2. Es un
gas muy reactivo, es el responsable de la oxidación de
los metales al aire libre. Todos los seres vivos, salvo
un pequeño grupo de bacterias, lo necesita para
respirar. Las plantas y algunas bacterias realizan la
fotosíntesis, un proceso en el que captan el CO 2
atmosférico y liberan como residuo O2.
• Argón: contribuye en 0,9% al volumen del aire. Es
un gas noble que no reacciona con ninguna sustancia.
Fijate que entre estos tres gases suman el 99,9%.
El resto es una mezcla de muchos otros compuestos.
Los más importantes, quizá no por su cantidad, pero sí
por su interacción con los seres vivos son los
siguientes:
La característica composición del aire
permite que las longitudes de onda azules
sean más visibles que las de otros colores,
lo cual da un color azulado a la atmósfera
terrestre desde el espacio. En el trasfondo
se puede apreciar la luna ligeramente
distorsionada por el aire. Los gases que
componen la atmósfera es lo que
comúnmente llamamos “aire”. No se trata
de una única especie química, sino de una
mezcla de distintas moléculas, y no todas
ellas están en estado gaseoso, hay
también sólidos y líquidos en suspensión
entre las moléculas gaseosas. En las
alturas en las que viven los seres vivos,
incluidos también nosotros, este aire está
compuesto principalmente por nitrógeno
(N2), oxígeno (O2) y argón (Ar). Imagen
tomada por la NASA.
• Dióxido de carbono: Representa el 0,03% del volumen del aire. Está constituido por
moléculas de un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, de modo que su fórmula es CO 2.
Participa en procesos muy importantes: Las plantas lo necesitan para realizar la fotosíntesis. Se
combina con rocas y en el agua de los océanos. Se libera a la atmósfera por la respiración de
todos los seres vivos, las erupciones volcánicas y las reacciones de combustión (incendios o
uso de combustibles fósiles como el carbón o el petróleo).
• Vapor de agua: se encuentra en cantidad muy variable. Está formado por moléculas de dos
átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, su fórmula es H 2O. Aparece en la atmósfera en sus tres
estados, gaseoso como vapor de agua y líquido o sólido en las nubes.
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• Partículas sólidas y líquidas: en el aire se encuentran muchas partículas sólidas en
suspensión, como por ejemplo, el polvo que levanta el viento o el polen. Estos materiales
tienen una distribución muy variable, dependiendo de los vientos y de la actividad humana.
Estas partículas son las responsables de los colores en el cielo al amanecer o anochecer y
actúan como núcleos de condensación de gotas de agua en la formación de lluvia.
La heterosfera: hacia el espacio exterior.
Si nos alejamos más del suelo se suceden varias zonas constituidas por
único componente. De abajo hacia arriba serían nitrógeno molecular (N2),
oxígeno atómico (O), helio (He) o hidrógeno (H). Estamos en la
heterosfera, que se extiende desde los 100 Km hasta unos 10.000 Km,
confundiéndose ya con el espacio exterior.
Volviendo a nuestra representación del aula, en la que el conjunto
geosfera-hidrosfera abarcaba 6 metros y la homosfera tan solo 10
centímetros. La heterosfera ocuparía 10 metros más, pero apenas
contendría masa gaseosa.
Las capas de la atmósfera.
La atmósfera está estructurada en capas. No solo la heterosfera, sino la
homosfera también. Aunque la composición química no varíe dentro de la
homosfera, las propiedades físicas sí y los procesos que tienen lugar
también.
Troposfera.
La troposfera es la capa más próxima a la superficie terrestre. Su
espesor alcanza desde el nivel del mar hasta una altitud variable entre los
6 km en las zonas polares y los 18 o 20 km en la zona intertropical, por
las razones indicadas más adelante. El grosor de esta capa es mayor cerca
del ecuador por la fuerza centrífuga del movimiento de rotación terrestre y
mucho menor en las zonas polares por la fuerza centrípeta (las líneas de
fuerza son perpendiculares al eje).
En ella desarrollan su vida todos los seres vivos y suceden todos los
fenómenos meteorológicos.
En la troposfera desarrollan su vida todos los seres vivos ya que es la única
zona donde se concentra suficiente cantidad de aire. Imágen de prados en
Cantabria tomada por Jesús Gómez Fernández..
La temperatura disminuye a medida que ascendemos hasta los -55
°C. El gradiente térmico (número de metros que es necesario subir para
que la temperatura se reduzca un grado) depende de la región climática, la
latitud o de variaciones locales como la orientación norte o sur de la ladera.
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Aún así, el gradiente térmico promedio es de 0,65 °C cada 100m, o lo que es lo mismo,
1 grado cada 154 metros de altitud.
En esta capa ocurre el efecto invernadero, por el que la radiación emitida desde la
superficie terrestre regresa a ella recalentándola.
El límite más alto de la troposfera, en el que se detectan cambios bruscos en las
condiciones físicas, como la temperatura, se denomina tropopausa.
Estratosfera.
La estratosfera es la segunda capa de la atmósfera de la
Tierra. Se extiende desde la tropopausa hasta los 50km de
altitud.
Su nombre obedece a que está dispuesta en capas más o
menos horizontales (o estratos). El estrato más importante es
la ozonosfera.
Imagen tomada desde la
estratosfera en la que se aprecia
un huracán. Imagen tomada por
la NASA.
Ozonosfera.
Es una delgadísima capa de unos 20Km con abundancia
de ozono, contiene el 90% de todo el ozono de la atmósfera.
Puede parecerte una capa muy gruesa, pero a esta altura la
presión atmosférica es muy baja. Si todo el ozono de la
ozonosfera fuese comprimido a la presión del aire al nivel del mar, esta capa tendría solo 3mm
de espesor.
El ozono es una molécula de tres átomos de oxígeno (O 3). Se forma en la ozonosfera
cuando la luz ultravioleta rompe moléculas de oxígeno molecular (O 2) dejando átomos sueltos
de oxígeno (O*) que se combinan con otras moléculas de oxígeno molecular enteras. Los
fotones ultravioleta que rompen las moléculas de oxígeno no llegan a la superficie terrestre, por
lo que la ozonosfera actúa como filtro de la radiación ultravioleta, o escudo protector, de esta
radiación que sería muy nociva si llegase hasta nosotros.
Mesosfera.
La mesosfera es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra.
Se extiende entre los 50 y 80 km de altura. Esos 30 Km contienen
el 0.1% de la masa total del aire.
Es la zona más fría de la atmósfera, enfriándose de forma
más o menos constante desde los 20 °C cerca de la estratopausa
hasta los -80 °C en la mesopausa.
Es importante por la ionización y las reacciones químicas
que ocurren en ella. La baja densidad del aire en la mesosfera
determina la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que
actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes.
La mesosfera es la región donde se observan las estrellas
fugaces que son meteoritos que se han desintegrado en la
termosfera. También en esta capa las naves espaciales que
vuelven a la Tierra empiezan a notar el rozamiento de los vientos
de fondo.
El límite superior de la mesosfera se denomina mesopausa.
Meteorito Kapper, hallado en
Argentina en 1896. La mayor
parte de los cuerpos que caen
hacia la tierra se desintegran
por el rozamiento con el aire
y no queda nada de ellos.
Solo los más grandes dejan
algún resto en la superficie
terrestre, este llegó con 114
Kg. Imágen cedida por
Beatrice Murch.
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Ionosfera o termosfera.
Es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra. Se extiende entre los 80 y los 600 u 800Km
de altura. Sus mas de 500/700Km albergan solo el 0.1% de los gases.
Con esta densidad de aire tan baja, la temperatura varía con la mayor o menor
radiación solar tanto durante el día como a lo largo del año. Si el sol está activo, las
temperaturas pueden llegar a 1.500°C e incluso más altas. De ahí que se la denomine
termosfera.
Esta capa actúa de filtro de la radiación solar más energética y nociva: los rayos equis
y los rayos gamma. Los rayos X son capaces de atravesar
tu piel, tu carne y tus órganos internos, pero no tus huesos,
por lo que se utilizan en medicina para hacer radiografías.
Los rayos gamma son la energía liberada en los átomos
radiactivos.
Al igual que ocurría en la ozonosfera, esta radiación
rompe la molécula de aire sobre la que incide, dejando
muchas “moléculas rotas” en dos partes, una con carga
positiva y la otra con carga negativa. Esos fragmentos con
Esquema de la propagación por
carga se denominan iones, y es es motivo por el que esta
onda corta mediante rebotes
capa se llama ionosfera.
sucesivos ionosfera-tierra, que
permite sobrepasar el horizonte
electromagnético. Imágen cedida
por Phirosiberia.
Esta capa ocurre la reflexión de las ondas de radio
emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que
éstas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra.
En esta capa se desintegran la mayoría de meteoritos, debido al rozamiento con el aire y
dan lugar a las estrellas fugaces. Ocurre en la región más baja de la termosfera, muy cerca de la
mesopausa, a una altura entre 80 y 110 km.
Magnetosfera.
En esta zona se aprecia el campo magnético terrestre.
Éste desvía la mayor parte del viento solar formando un escudo
protector contra las partículas cargadas de alta energía
procedentes del Sol.En las regiones polares las partículas
cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el
campo magnético dando lugar a la formación de auroras.
Aurora boreal (del polo norte).
Imágen tomada por el National
Park Service estadounidense.
Exosfera.
Astronauta
realizando
trabajos en la exosfera.
Imágen tomada por la
NASA.
La exosfera es la última capa de la atmósfera de la Tierra.
Se extiende desde el final de la ionosfera a 600/800Km hasta
que el aire escapa a la gravedad del planeta a los 2.000 o 10.000
km de altura. La densidad del aire es tan baja que el límite
superior
de
esta
capa
es
indefinido
Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio
interplanetario. Algunos de los átomos de aire escapan al
espacio.
12
Función e importancia de la atmósfera.
La atmósfera es primordial en varios aspectos que afectan directamente a la supervivencia
de la vida en el planeta. Los gases que contiene son imprescindibles para la respiración de
todos los seres vivos, para realizar la fotosíntesis, como estudiarás en las unidades
correspondientes. Y como escudo protector contra los meteoritos, ya que el rozamiento con
las moléculas de gas durante la caída desintegra los fragmentos rocosos caídos desde espacio
exterior.
La atmósfera y el clima.
En lo referente al clima y las condiciones
meteorológicas, la atmósfera redistribuye el calor recibido
por el sol mediante corrientes de aire. Desde los lugares de
máxima insolación en el ecuador hasta los lugares que
reciben menos radiación solar en los polos. La distribución
de calor es la principal responsable de la ubicación de los
principales climas o biomas terrestres a lo largo de bandas
paralelas al ecuador. Bandas de selva ecuatorial, desiertos,
bosques templados, etc. Modificados estas por las
condiciones locales que configurarán el clima real de cada
región.
En la atmósfera, concretamente en la troposfera, también se
forman las nubes, que originarán lluvias, nieve o granizo,
desplazando los recursos hídricos desde las zonas de
evaporación a las zonas de descarga.
La atmósfera como filtro de radiaciones.
La Tierra vista desde el Apolo
XVII, mostrando los patrones de
nubosidad, que dan indicaciones de
temperaturas, lluvias, humedad,
presiones y vientos, lo que permite
realizar
pronósticos
meteorológicos para regiones
extensas.
Los
satélites
meteorológicos realizan sus órbitas
a menor altitud, con lo que los
pronósticos son aún más precisos
para lugares o áreas de pequeña
extensión. Imagen tomada por la
NASA.
Ya hemos visto que la atmósfera refleja parte de las
radiaciones que nos llegan del sol, permitiendo que entren
otras hasta la superficie terrestre. Para repasar lo que has
leído recordaremos que las radiaciones equis y gamma se
reflejan en la ionosfera y la radiación ultravioleta es
reflejada por una región de la estratosfera denominada capa de ozono. Estas tres radiaciones
son las más energéticas que nos llegan desde el sol. Si alcanzasen la superficie terrestre la vida
no existiría como la conocemos.
• Los rayos equis (X) son capaces de atravesar tu
Radiografía.
Se
piel, tu carne y tus órganos internos, pero no tus
aprecia la distinta
huesos, por lo que se utilizan en medicina para hacer
densidad de los
radiografías. Es tan energética que daña las zonas que
huesos, los tejidos
atraviesa, por lo que no es saludable hacerse un
musculares y el
elevado número de radiografías al año, para dar tiempo
metal del anillo.
a que las zonas afectadas se regeneren.
Imagen cedida por
Wilhelm Röntgen.
• Los rayos gamma son la energía liberada en los
átomos radiactivos. Es tan penetrante que atraviesa
hasta tus huesos y solo es parada por una lámina de
plomo de al menos un centímetro. Tienen efectos
mutagénicos, es decir, los produce daños en el material genético de las células originando
mutaciones. Los efectos más habituales son los tumores, más o menos invasivos, fallos en
cualquier órgano, si afecta a los órganos reproductores producirían esterilidad, abortos o los
13
daños pasarían a la siguiente generación causando malformaciones o tumores.
• La radiación ultravioleta (UV) es menos penetrante que las anteriores, puede atravesar la
piel, pero no los músculos. Los rayos UV de alta energía son muy nocivos para los seres vivos,
con efectos mutagénicos en seres unicelulares o como cáncer de piel en los humanos. Los rayos
UV de baja energía (los rayos UVA) son los que utilizan las plantas para realizar la fotosíntesis
y los que nos ponen morenos cuando tomamos el sol. La
ozonosfera filtra el 97% de la radiación UV de alta energía,
permitiendo que pase sin impedimento la ultravioleta de
baja energía.
• La radiación infrarroja (IR), también llamada calor, la
emiten todos los cuerpos cuya temperatura es mayor que
cero1. La radiación que llega desde el sol, junto con la
energía geotérmica del interior de nuestro planeta,
calientan la superficie terrestre, haciendo que emita calor o
radiación IR. La radiación IR procedente de la superficie
terrestre se refleja en la troposfera volviendo a la Tierra.
Imagen tomada con radiación
infrarroja media («térmica») y
coloreada. Imagen tomada por
NASA/IPAC.
1
La temperatura en unidades del sistema internacional se mide en grados kelvin, no en grados centígrados
como hacemos en nuestro día a día. El cero absoluto en grados kelvin se corresponde con -273º centígrados.
El
mecanismo
de
filtración es siempre el
mismo: Un rayo de radiación
impacta contra una molécula
de gas atmosférico. Si la
radiación es poco energética,
como es el caso de la
radiación IR, la molécula es
capad de ganar esa energía y
devolverla poco a poco. Si la
radiación es muy energética,
como ocurre con la radiación
X, gamma y UV, al impactar
contra la molécula la rompe.
Al romperla quedan dos
fragmentos de la molécula y
Resumen de las radiaciones que son reflejadas por la atmósfera.
un haz de radiación menos
Montaje de Conchi Rodríguez-Rey.
energética que la original, el
rayo ha perdido energía en el choque y por ello es también menos dañino. Si uno de los
fragmentos tiene carga positiva y el otro carga negativa se llaman iones, esto es lo que ocurre
con los rayos X y gamma en la ionosfera. Si los fragmentos no tienen carga se llaman radicales
libres, esto ocurre con los rayos UV en la ozonosfera.
Impactos negativos relacionados con la atmósfera.
El agujero en la capa de ozono.
En una estrecha franja de la estratosfera se concentra el 90% del ozono que existe en el
planeta. Este ozono se forma a partir de oxígeno molecular (O 2). El ciclo se inicia cuando un
fotón ultravioleta choca contra una molécula de oxígeno la rompe, separando sus dos átomos y
creando dos radicales libres muy reactivos (O*). Estos dos radicales pueden unirse de nuevo si
14
están cerca, pero si antes uno de ellos encuentra una molécula entera de oxígeno se une a ella
formando ozono (O3). Resumiendo, el impacto de un rayo UV puede producir hasta dos
moléculas de ozono (una por cada radical de oxígeno).
Del mismo modo si una molécula de ozono es alcanzada por radiación UV se rompe
separando una molécula de oxígeno (O 2) y un radical que puede regenerar ozono o unirse a
otro radical para producir O2. En la naturaleza existe un equilibrio entre el número de
moléculas de ozono que se rompen y las que se crean y ambos procesos absorben radiación
ultravioleta. Este equilibrio depende de la época del año y de la región geográfica de modo que
cerca de ambos polos hay una zona que se adelgaza estacionalmente. En octubre en el polo sur
y hacia marzo en el polo norte.
Molécula de
El problema surge en el momento que entra en escena una
CFC básica.
molécula nueva: el clorofluorocarbono o CFC. Los CFC son
Con un solo
derivados de los hidrocarburos en los que algún átomo de
átomo
de
hidrógeno se ha sustituido por átomos de flúor y/o cloro. El más
carbono y dos
básico es este:
átomos
de
cloro y flúor.
Un fotón que impacte sobre una molécula de CFC puede
arrancar uno de los átomos de cloro, que queda en forma de
radical (Cl*). Este radical de cloro es capaz, sin ayuda de radiación, de romper las moléculas
de ozono convirtiéndolas en oxígeno molecular y radicales de oxígeno. Puede parecer que la
situación no es muy distinta de la natural: formación de ozono, destrucción de ozono,
formación de ozono, destrucción de ozono... pero la clave está
en que en este nuevo ciclo la radiación ultravioleta solo
interviene en la formación de ozono, no en la destrucción.
El nuevo ciclo sería formación de ozono, destrucción,
destrucción, destrucción, formación de ozono... Toda la
radiación no absorbida atraviesa la capa de ozono sin
impedimento y llega a la superficie terrestre.
En esta animación se
muestra la destrucción de
ozono por un solo radical
de cloro. Compartida por
Conchi Rodríguez-Rey.
Los CFCs tienden a acumularse cerca de los polos, en
aquellas zonas que se adelgazaban de manera natural
estacionalmente. Este adelgazamiento, unido a la acción de los
CFCs acumulados allí, provocan una entrada masiva de
radiación UV, lo que se ha llamado “agujero en la capa de
ozono” y es mucho mayor en el polo sur que en el polo norte.
Efecto invernadero.
El efecto invernadero es un proceso natural que ayuda a
mantener la temperatura del planeta constante entre el día y la noche.
Si no existiera, de noche cuando no llegan los rayos solares, el calor se
escaparía al espacio y la temperatura bajaría por debajo del punto de
congelación. Toda la superficie terrestre se helaría, sería como
presenciar una pequeña glaciación cada noche.
En la troposfera existen gases capaces de reflejar la radiación
infrarroja, también llamada calor. La radiación infrarroja la emiten
todos los cuerpos cuya temperatura es mayor que cero*. La radiación
que llega desde el sol, junto con la energía geotérmica del interior de
nuestro planeta, calientan la superficie terrestre, haciendo que emita
calor o radiación IR. Esta radiación procedente del suelo se refleja
en la troposfera volviendo a la Tierra.
La hora de máxima
insolación es a las
12:00 hora solar (las
14:00 en agosto), pero
es dos horas después
cuando hace el máximo
calor por la radiación
infrarroja emitida, las
14:00 hora solar (las
16:00 en agosto).
15
La radiación solar no es capaz
de calentar el aire, pero sí las
superficies, este es el motivo por el
que en las frías mañanas de invierno
si nos ponemos hacia el sol nos
calentamos la cara o el cuerpo, pero
seguimos respirando aire frío. Y no
es hasta que el suelo se ha calentado
lo suficiente como para emitir
radiación infrarroja que el aire se
calienta. El aire se calienta desde
abajo.
Los gases responsables de este
rebote de calor se denominan “gases
de efecto invernadero” y los
principales son el vapor de agua, el
dióxido de carbono y el metano.
Balance anual de energía de la Tierra desarrollado por la
NCAR en 2008. La superficie de la Tierra recibe del Sol 161
w/m2 y del Efecto Invernadero de la Atmósfera 333w/m², en
total 494 w/m2,como la superficie de la Tierra emite un total
de 493 w/m2 (17+80+396), supone una absorción neta de calor
de 0,9 w/m2, que es el que actualmente está provocando el
calentamiento global. Imagen cedida por la NASA.
• Vapor de agua (H2O): es el
principal gas de efecto invernadero.
Su distribución depende de las masas
de agua cercanas y la energía solar
incidente que se evapore. Al formar
parte del ciclo del agua, es muy
difícil modificar la cantidad de agua en la atmósfera, salvo produciendo un cambio
climático.
• Dióxido de carbono (CO2): es el gas expulsado por todos los seres vivos durante la
respiración. De manera natural también se produce en las erupciones volcánicas y los
incendios. El hombre lo emite al quemar combustibles
fósiles como el petróleo o el carbón, utilizados en los
coches, las calefacciones y en maquinaria industrial.
La denominada curva Keeling
muestra
el
continuo
crecimiento de CO2 en la
atmósfera desde 1958. Recoge
las mediciones de Charles
David
Keeling
en
el
observatorio del volcán Mauna
Loa,
en
Hawaii.
Estas
mediciones fueron la primera
evidencia significativa del
rápido aumento de CO2 en la
atmósfera y atrajo la atención
mundial sobre el impacto de
las emisiones de los gases
invernadero. Imagen cedida
por la NASA.
• Metano (CH4): En la naturaleza se produce durante la
descomposición de materia orgánica en ausencia de oxígeno
que hacen las bacterias de aguas pantanosas o las intestinales.
El 97% del gas natural es metano, por lo que el hombre
aumenta la cantidad de metano atmosférico al utilizar gas
natural como combustible. El metano es un gas de efecto
invernadero muy potente pero que su concentración es
bajísima. Cada kilo de metano calienta la Tierra 23 veces más
que la misma cantidad de CO2, sin embargo hay
aproximadamente 220 veces menos metano en la atmósfera
por lo que contribuye de manera menos importante al efecto
invernadero.
El mal olor que emana de las aguas
estancadas o de los gases intestinales
se debe al metano. También se
utiliza metano en las llamadas “bombas fétidas” que se venden
como artículos de broma.
16
El problema del efecto invernadero surge porque los
gases de efecto invernadero han aumentado su
concentración desde que comenzaron a utilizarse
combustibles fósiles en la revolución industrial. Y el
ritmo de crecimiento se ha acelerado mucho en los
últimos 50 años. Esto ha originado que el efecto
invernadero sea más potente ahora de lo que era hace un
siglo. La troposfera es más eficaz atrapando la radiación
infrarroja y la temperatura media de la superficie
terrestre está aumentando. Esto a lo que se llama
calentamiento global. Este rápido sobrecalentamiento
está causado directamente por las actividades humanas
que producen gases de efecto invernadero.
A partir del año 1950 se dispararon
las emisiones de CO2 debidas a la
combustión de combustibles fósiles.
Imágen cedida por Robert A. Rohde.
Las consecuencias del calentamiento global son:
– Mayor evaporación de agua, que acrecenta el vapor de agua en la atmósfera, y acelera
más aún el efecto invernadero.
– Fusión de los hielos de los casquetes globales. El nivel del mar subirá, cubriendo zonas
costeras ahora emergidas como los países bajos (Holanda), o varias zonas de la costa
mediterránea española.
– La fusión de los hielos cambiará la circulación de agua en los océanos y podría originar
una glaciación.
– Cambios en la dinámica atmosférica de vientos y lluvias. En España se extenderán los
años y la duración de las sequías. En Asia las lluvias monzónicas se amplificarán
causando inundaciones.
– El cambio climático afecta ya a muchas especies que han modificado sus ciclos
biológicos. Muchas aves ya no migran en invierno a zonas más cálidas, alterando las
cadenas tróficas tanto del lugar donde se quedan como del lugar a donde no van. Los
pandas han variado la época de celo, machos y hembras no coinciden en el tiempo,
impidiendo la reproducción natural. Existen muchos otros ejemplos de perturbaciones
ecológicas debidas asociadas al cambio climático.
La contaminación del aire.
Tanto los CFCs como los gases invernadero se dispersan por
la atmósfera de todo el planeta causando efectos globales como el
agujero en la capa de ozono y el efecto invernadero aumentado.
Otros contaminantes causan efectos locales allí donde se emiten.
Es el caso de las grandes ciudades o las zonas industriales. El
tráfico y las calefacciones, muy presentes en las ciudades emiten
hidrocarburos, partículas sólidas y óxidos de carbono, azufre y
nitrógeno.
Cualquiera de los compuestos mencionados tiene efectos
tóxicos específicos, la mayoría causa trastornos respiratorios.
La
contaminación
atmosférica de las ciudades
puede verse fácilmente si la
observamos
desde
una
localización alta a suficiente
distancia. Imagen cedida por
DL5MDA.
Los óxidos, además, pueden combinarse con vapor de agua de la humedad ambiental o
con agua de lluvia para producir otra serie de compuestos ácidos como ácido carbónico, ácido
nítrico o ácido sulfúrico. Es lo que se llama lluvia ácida. Estos compuestos ácidos son muy
corrosivos, deterioran los materiales, dañan las plantas, contaminan el suelo cuando llegan a él
y pueden causar daños en las vías respiratorias al inalarlos.
17
Todas estas emisiones van acompañadas de calor, algunos de estos compuestos tienen
efecto invernadero, además los materiales de construcción de las ciudades captan la radiación
solar mejor que la vegetación, lo que concentra aún más el calor y dificulta que se disipe por la
noche. Esto es lo que se llama el efecto isla de calor. Se trata de un efecto invernadero a
pequeña escala que se da en núcleos de población lo bastante grandes.
Las partículas sólidas son las causantes de la típica “boina negra” o “paraguas de
contaminación” de las ciudades. La mayor parte de los contaminantes realmente no aportan
color al aire, pero suelen ir acompañados de partículas sólidas emitidas por la misma fuente. Lo
que vemos son esas partículas sólidas cubriendo la ciudad y marcando el límite de la isla de
calor de la ciudad. Por encima de esa altura las corrientes atmosféricas dispersan la
contaminación.
Fenómenos atmosféricos.
Distinción entre tiempo y clima.
El tiempo es la combinación de fenómenos meteorológicos que se observan en una
zona y momento concreto. Es lo mismo tiempo atmosférico que tiempo meteorológico. Así el
tiempo en tu ciudad puede ser soleado y despejado de nubes hoy y nublarse o llover mañana.
Las variaciones pueden ser más o menos rápidas: Puede soplar mucho viento esta mañana y
estar calmado por la tarde o dentro de un rato.
El tiempo es característico de una zona concreta, varía según estemos cerca de masas de
agua como el mar o un embalse, según tengamos montañas cerca que corten o canalicen el
viento, según vivamos en una gran ciudad con efecto isla térmica o en un pequeño pueblo y
otras alteraciones zonales que hacen que el tiempo en mi localidad no sea exactamente igual al
de la localidad vecina. En parte es por estas variaciones locales por lo que la predicción del
tiempo para nuestra región no siempre se ajusta al tiempo que realmente tenemos.
El tiempo es lo que se relaciona directamente con nuestra vida cotidiana. La lluvia que
riega nuestras cosechas y llena nuestros embalses es parte del tiempo, lo mismo que los
huracanes y tornados que dañan nuestras ciudades o el rayo que puede fulminarnos sin previo
aviso.
Sin embargo, es innegable que hay ciertas características del tiempo que se dan con mayor
frecuencia en unas regiones del mundo o en una época del año. ¿A quién no le sorprendería que
nevase en agosto? ¿O que un tornado hiciese volar casas y vacas en Asturias? ¿O que no se
nublase el cielo ningún día de otoño? Estos sucesos pueden ocurrir, por supuesto, pero serían
noticia en todos los telediarios. Sin embargo no nos extraña que llueva en octubre, que haga
calor en julio o que los puertos de montaña se queden incomunicados por la nieve en enero.
Estas características esperables para una región y una época del año es lo que se
denomina clima. Los factores naturales que afectan al clima son las estaciones del año, la
latitud (proximidad al ecuador), altitud, junto con el relieve y la distancia al mar. Según se
refiera al mundo, a una zona o región, o a una localidad concreta se habla de clima global,
zonal, regional o local (microclima), respectivamente.
Fenómenos meteorológicos.
La meteorología es la ciencia que estudia las variaciones producidas en el tiempo de
una zona a lo largo del año. Los fenómenos meteorológicos o meteoros más relevantes, que son
los que estudiarás en este tema son las precipitaciones en todas sus formas, que se originan en
las nubes y el viento.
18
En esta animación puedes
apreciar el movimiento de las
nubes que tantas veces habrás
visto. Realizada por KoS.
• Las nubes son una masa formada por cristales de nieve
o gotas de agua microscópicas suspendidas en las capas
más bajas de la atmósfera. Las nubes dispersan toda la luz
visible, y por eso se ven blancas. Sin embargo, a veces son
demasiado gruesas o densas como para que la luz las
atraviese, y entonces se ven grises o incluso negras. Estas
nubes densas están más cargadas de agua y tienen más
posibilidades de dejar precipitaciones. Cuando las nubes se
forman muy cerca del suelo las llamamos niebla.
• El viento es el movimiento de aire, siempre desde una
zona de alta presión (muchas moléculas gaseosas) hasta
otra de baja presión (pocas moléculas gaseosas). Según las
Ley de los gases ideales, las partículas gaseosas tienden a distribuirse homogéneamente en el
espacio, por lo que variaciones puntuales que concentren un mayor número de partículas,
ocasionará una migración de estas a zonas menos pobladas. Este mismo fenómeno lo puedes
apreciar tú mismo al viajar en metro. La gente siempre entra por las puertas y se mueven para
distribuirse ocupando todos los asientos libres. Si siguen entrando personas, volverán a
distribuirse para ocupar las zonas más desocupadas. Sería muy extraño que, en un vagón vacío,
los pasajeros se quedaran apretujados en una pequeña zona.
Formación de nubes.
Algunas masas de aire que componen la atmósfera terrestre llevan entre sus componentes
significativas cantidades de agua que obtuvieron a partir de la evaporación del agua de mar
y de la tierra húmeda, juntándose así con partículas de polvo o cenizas que hay en el aire
(núcleos de condensación).
Estas masas de aire cálido y húmedo tienden a elevarse cuando se topan con otra masa
de aire frío y seco. Las masas de aire no se mezclan entre sí cuando chocan; están bien
delimitadas y tienden a desplazarse en bloque hacia zonas de menor presión atmosférica. En el
nuestro ejemplo de los viajeros del metro sería como un grupo de amigos que entra en el vagón
y se desplaza junto. Al elevarse las masas de aire caliente se expanden al encontrar menor
presión en las alturas. En nuestro ejemplo, el grupo habría encontrado una zona vacía y no es
necesario que estén tan juntos, pueden incluso sentarse.
Según la Ley de los Gases ideales, al separarse las moléculas gaseosas por menor presión,
la temperatura de la masa de gas disminuye, se enfría. Esto causa que el vapor de agua que
contienen estas masas de aire se condense formando las nubes. La condensación comienza en
las partículas sólidas que haya en la atmósfera, llamadas núcleos de condensación, del mismo
modo que el vaso de una bebida fría condensa gotas de humedad ambiental en su superficie.
Las nubes son gotas de agua sobre polvo atmosférico. Luego dependiendo de unos
factores las gotas pueden convertirse en lluvia, nieve o granizo.
Origen de las precipitaciones.
Las nubes se han formado por condensación de vapor de agua al enfriarse la masa de aire.
Si este enfriamiento continúa habrá demasiadas microgotas de agua en suspensión, se unirán
unas a otras, ganarán peso y no podrán mantenerse en el aire. Caerán formando la lluvia.
Si la temperatura es más baja, el enfriamiento será más rápido, en lugar de gotitas de agua
se formarán cristales de hielo, que al unirse formarán copos de nieve. Caerán en forma de
nieve.
19
Si además hay corrientes ascendentes dentro de la nube, los cristales de nieve ya formados
volverán a subir, ganando humedad y volviendo a congelarse antes de caer. En este caso caerán
en forma de granizo. Cuanto más fuerte sea la corriente ascendente más tiempo se quedarán
los cristales de hielo subiendo y recubriéndose de nuevas capas de hielo, formándose granizos
más grandes.
La electricidad estática generada por el movimiento de estos torbellinos dentro de estas
nubes es una posible causa de las tormentas eléctricas con rayos y truenos.
20
Tema 3: La Hidrosfera
"…Situando al agua como elemento primero de los orígenes del mundo, atribuyéndole el
poder de engendrar a los otros elementos, animados e inanimados, los mitos no hacen más que
expresar bajo una forma esquemática la realidad de la historia del mundo, no es el agua la
que, hablando con propiedad, es el origen de la tierra, sino que fue en el lecho de las
profundidades marinas donde aparecieron los primeros organismos vivos. Fue emergiendo del
seno de las aguas como los primeros anfibios pudieron acceder a la respiración aérea y a la
vida terrestre…
…todavía hoy en día, decimos hablando del agua que corre o que canta, este lenguaje
antropomórfico, revela la antigua asociación del agua y la vida: siempre la consideramos un
ser animado, capaz de moverse, de transformarse, de cantar un ser que posee todos los signos
distintivos de la vida.
Pero rápidamente, a medida que el universo se precisaba y accedía a sus formas actuales,
el agua asumió el destino de toda creación; se dividió en realidades múltiples que poseían
cada una su forma, su esencia, su propia función: océanos, fuentes, ríos…"
"En busca de los dioses" Jacques Lacarrière
Planeta Agua
Imagina un planeta que fuese de fuego, que sus
habitantes también estuvieran hechos de fuego y que
necesitasen ingerirlo para seguir vivos, ¿no llamarías a ese
planeta, Planeta Fuego?
• La superficie de nuestro planeta es, en su mayoría, agua.
Parte del agua de la Tierra llegó
del impacto de cometas. Imagen
extraída de INTEFP.
• La vida surgió en el agua y , es un factor fundamental del
organismo todos los seres vivos que tenemos que reponer
para seguir viviendo.
¿No crees que sería más adecuado llamar a nuestro
planeta Planeta Agua?
21
Pero, ¿cómo llegó a ser un planeta con tanta agua?
• Ya sabes que en los primeros momentos de formación de la Tierra, había una gran actividad
volcánica que generó una densa capa de gases con gran cantidad de vapor de agua, (la
atmósfera primitiva). Debido al enfriamiento progresivo que sufrió el planeta, el vapor de agua
se condensó y provocó las precipitaciones que originaron los océanos.
• Los científicos creen que una parte proviene también del choque de cometas contra la
Tierra.
¿Sólo hay agua en la Tierra?
• No, ya habrás estudiado que en otros planetas también hay agua: en Marte, en los anillos de
Saturno e incluso, en el núcleo de los cometas hay hielo, la diferencia es que la Tierra es el
único planeta del Sistema Solar que tiene agua en estado líquido
• La distancia adecuada al Sol y el efecto invernadero natural, hacen que nuestro planeta
tenga una temperatura media de 18°C, que permite que el agua se mantenga en estado líquido.
• Debido a las diferencias climáticas, podemos encontrar el agua en la Tierra en los tres
estados, sólida en glaciares, casquetes polares, nieve, granizo, escarcha; líquida en océanos,
ríos, lagos, acuíferos y gaseosa formado las nubes, la niebla…
Toda la cantidad de agua que hay en la Tierra se denomina hidrosfera.
Características del agua
La molécula de agua
La molécula de agua está formada por dos átomos del
elemento químico hidrógeno (H), unidos a uno del elemento
oxígeno (O).
Su fórmula química es H2O.
La forma de unirse los átomos, es decir, la estructura de la
molécula, hace que el agua presente unas propiedades que son
fundamentales para el desarrollo de la vida en la Tierra.
Propiedades del agua
El agua es incolora, inodora e insípida. El agua pura está
formada sólo por moléculas de agua, no tiene color ni olor ni sabor.
Molécula
de
agua.
Imagen
extraída
de
INTEFP,
autor
José
Alberto Bermúdez.
Sin embargo, en la Naturaleza, no podemos encontrar agua pura, ya que siempre tiene
sustancias disueltas, en suspensión o flotando, que arrastra a su paso por la superficie terrestre.
Incluso en las nubes, las gotas de agua se condensan en torno a un núcleo de condensación que
puede ser: una partícula de polvo, un grano de polen…
El agua es un buen disolvente
• El agua es el líquido que más sustancias disuelve. Gracias a esta propiedad, interviene en
una gran cantidad de procesos de los seres vivos:
• Las plantas pueden absorber los nutrientes del suelo por las raíces, gracias a que están
disueltos en agua.
22
• Los peces y otros organismos acuáticos, respiran el oxígeno que está disuelto en el agua.
• La sangre y otros líquidos circulantes de los animales, que reparten las sustancias necesarias
y eliminan los desechos disueltos en agua.
El agua tiene una dilatación anómala
• A diferencia de otros materiales, el agua aumenta de volumen al pasar de estado líquido a
sólido y pierde densidad. Por lo tanto, el hielo flota sobre el agua líquida.
• Esta propiedad es fundamental para los seres vivos que habitan en medios acuáticos de
zonas frías.
• Cuando disminuye la temperatura el agua que se congela, flota hasta formar una capa en la
superficie del lago, río, etc. Dicha capa, actúa como aislante que impide que se congele la
totalidad de la masa de agua, de forma que los organismo que habitan en ese medio pueden
sobrevivir.
El agua regula la temperatura
• El agua tarda más en calentarse y enfriarse que la tierra, el aire y otros materiales, por lo
que, en las zonas costeras, los climas son más templados.
• Los animales al sudar, expulsan agua que absorben parte del calor del cuerpo y lo refresca,
evitando que se caliente en exceso.
El agua en La Tierra
El agua cubre 3/4 partes (71%) de la superficie de la Tierra.
La cantidad de sales disueltas determinan el tipo de agua.
• La dos sales más abundantes el Cloro (Cl) y el Sodio (Na), se combinan y forman la sal
común o Cloruro Sódico (ClNa)
• El agua de los océanos tiene una salinidad de aproximadamente 35 000 ppm. Es decir, tiene
aproximadamente 3.5% de sal.
• El 97 por ciento es agua salada, se encuentra en los océanos y mares; sólo el 3 por ciento de
su volumen es dulce.
Tipos de agua
Cantidad de sales disueltas.
Composición de las
sales habitualmente disueltas.
Agua Dulce
Menos de 1.000 ppm
Agua levemente salada
De 1.000 ppm a 3.000 ppm
30.8 % Sodio
Agua moderadamente salada
De 3.000 ppm a 10.000 ppm
3.7 % Magnesio
Agua altamente salada
De 10.000 ppm a 35.000 ppm
2.6 % Sulfuro
Concentración es la cantidad (por peso) de sal que hay en el agua,
y puede ser expresada en partes por millón (ppm)
55.3 % Cloro
1.2 % Calcio
1.1 % Potasio
23
El agua en los continentes.
Distribución del agua en nuestro planeta.
El agua que hay en los continentes se denomina aguas continentales y tiene una salinidad
inferior al 35%.
La mayor reserva de agua dulce, 79%, está congelada en los glaciares y casquetes polares.
Del resto, en estado líquido, 20% está en el subsuelo, almacenada en los acuíferos y sólo el 1%
se encuentra en la superficie terrestre en torrentes, ríos, lago, lagunas,.
• Los glaciares son grandes masas de hielo acumuladas de
forma permanente cubriendo zonas polares, casquetes polares, o
en cumbres de altas montaña, glaciares alpinos, que al descender
lentamente por las laderas forman la lengua glaciar.
• Las aguas procedentes de precipitación que se infiltran por los
poros del suelo, se van introduciendo hasta una roca impermeable
donde se acumulan formando las aguas subterráneas o
acuíferos. Constituyen la mayor reserva de agua líquida de los
continentes.
Circo
glaciar.
Imagen
extraída de INTEFP.
• Cuando llueve, las aguas que fluyen por la superficie porque
el terreno no las filtra se llaman aguas salvajes o de arroyada.
• Los torrentes son corrientes de agua que tienen cauce fijo y caudal estacional, es decir
tienen agua después de la lluvia y en el deshielo.
• Los ríos son corrientes permanentes de agua con cauce fijo y caudal fijo, aunque variable
según las aportaciones que tengan de la lluvia de los torrentes y de los glaciares.
• Los lagos son acumulaciones de agua en depresiones del terreno.
Aguas subterráneas. Imagen
compartida por Mª Jesús Tomé
Torrente en los Pirineos.
Imagen compartida por FEV.
Río
Manzanares.
Imagen
compartida por Miguel303xm.
Vocabulario: Caudal, cantidad de agua que lleva una corriente.
Cauce, concavidad de un terreno por donde corre un río, arroyo, canal,…
24
El ciclo del agua
La cantidad global de agua total del la Tierra no varía. Circula entre la hidrosfera y la
atmósfera constantemente, cambiando de estado (sólido, líquido y gaseoso) a través de los
procesos de evaporación, transpiración, condensación, precipitación, escorrentía, infiltración y
acumulación.
• Este ciclo comienza cuando la energía del Sol calienta la superficie de océanos, ríos, lagos,
haciendo que el agua se evapore (evaporación). La transpiración de plantas y seres vivos,
contribuye a aumentar la cantidad de vapor de agua de la atmósfera.
• El vapor de agua asciende y se enfría condensándose formando las nubes (condensación).
• Debido a las corrientes de aire dentro de la nube, las gotas se unen, ganan peso y caen sobre
la superficie en forma de lluvia, nieve o granizo. (precipitación).
• Parte del agua que llega a la superficie terrestre la utilizan los seres vivos; otra circula por el
terreno, (escorrentía), hasta llegar a un río, un lago o el océano, donde se acumula. En algunas
zonas también se filtra a través del suelo, acumulándose en el subsuelo formando los acuíferos.
(filtración y acumulación).
El Ciclo del agua es el conjunto de procesos que tienen lugar en la Naturaleza,
por los que el agua circula entre la superficie de la Tierra y la atmósfera.
La energía del Sol y la gravedad mantienen este ciclo funcionando continuamente.
EL CICLO DEL AGUA
Imagen extraída de INTEFP, autor José Alberto Bermúdez.
El clima
Ya hemos visto que una de las propiedades del agua es que regula la temperatura:
• Las zonas costeras con grandes masas de agua, no experimentan cambios bruscos de
temperatura, por lo que su clima es más suave.
• El vapor de agua atmosférico facilita el efecto invernadero que evita que la Tierra mantenga
25
una temperatura media adecuada para la vida.
• La cantidad de precipitaciones determina también el tipo de clima. En zonas donde existe
evaporación elevada como zonas ecuatoriales o tropicales aumentan las precipitaciones.
(La evaporación, la precipitación son procesos del ciclo del agua)
El paisaje.
A lo largo de su recorrido por la Naturaleza, el agua actúa como agente geológico que
modifica y modela el paisaje.
Los procesos en los que el agua participa en la formación del paisaje son:
• Erosión: El agua desgasta, fragmenta y disuelve algunos materiales de las rocas por las que
pasa.
• Transporte: Los fragmentos arrancados, son trasladados a otros lugares por el movimiento
del agua.
• Sedimentación: Cuando el agua pierde fuerza, los sedimentos que han sido transportado se
depositan en las zonas mas bajas del terreno, en las playas o en las profundidades marinas.
TRAMOS O FASES DE UN RÍO.
Imagen extraída de INTEFP, autor José Alberto Bermúdez.
El ser humano y el agua
Consumo de agua
Para los seres humanos, como para el resto de los seres vivos, el agua es fundamental para
mantener nuestro organismo vivo. Necesitamos hidratarnos para recuperar la pérdida de agua
que se produce por la respiración, el sudor y la orina.
No podemos consumir el agua como está en la Naturaleza, antes tiene que pasar por un
proceso que la limpia y elimina los microorganismos que pueden ser perjudiciales para nuestra
salud. Es decir, hay que hacerla potable. Para ello, se tiene que someter a un proceso de
potabilización en una planta potabilizadora.
•
•
•
•
El agua llega a la planta desde un embalse, un acuífero o un río.
Pasa por diversos filtros para limpiarla de sustancias sólidas.
Posteriormente, en la cloración, se eliminan los microorganismos patógenos.
Por último se almacena en tanques y se distribuye a la población.
26
PLANTA POTABILIZADORA DE AGUA.
Imagen extraída de INTEFP, autor José Alberto Bermúdez.
Pero, no usamos el agua sólo para beber, le damos también otros usos.
• Doméstico. Incluye beber, cocinar, aseo, limpieza…
• Agrícola y ganadero. Esta es la actividad de mayor cantidad de agua consume. Se utiliza
para los regadíos agrícolas y para la ganadería.
• Industrial y comercial. En los procesos industriales se usa el agua como materia prima,
como disolvente, para transportar sustancias,…
Aunque existen enormes diferencias entre países desarrollados y los que están en vías de
desarrollo.
El aumento de la población mundial, está provocando un aumento excesivo en el gasto del
agua, que hace necesario tomar medidas que regulen su consumo y garanticen el futuro del
agua en el planeta.
Después de utilizarla, hay que intentar que vuelva a la Naturaleza lo más limpia posible.
Por eso, tiene que pasar por una planta depuradora antes de devolverla al río o al mar. En la
depuradora, el agua ya usada, pasa por diferentes procesos de filtración, decantación, aireación,
etc, para luego destinarla al riego o, para verterla en un río o en el mar lo menos contaminada
posible.
Ahorro de agua.
La cantidad de agua dulce disponible para el consumo humano es sólo el 0,01% del agua
de superficie y subterránea. No todas las zonas de la Tierra tienen la misma cantidad de agua
disponible. Dependiendo de los climas, habrá mayor o menor cantidad de precipitaciones
anuales. El agua es un recurso renovable, siempre que no se contamine y no agotemos las
reservas antes de que se vuelvan a llenar.
Debemos evitar su despilfarro y su contaminación. Algunas medidas de ahorro son:
• Utilizar riego por goteo que evita la evaporación excesiva.
• Mejorar los sistemas de conducción de agua para evitar pérdidas.
• Reducir la contaminación instalando más y mejores sistemas de depuración.
• Adoptar medidas de ahorro doméstico como electrodomésticos eficientes.
• Reutilizar el agua tras ser depurada, para riego de parques, limpieza, etc.
27
Contaminación del agua en la Tierra
Ya hemos visto que los seres humanos necesitamos reponer agua, como el resto de los
seres vivos, para no deshidratarnos. Pero, es necesario que el agua sea de buena calidad para
evitar problemas en el organismo. En el mundo, alrededor de mil millones de personas, no
disponen de agua con las condiciones higiénicas necesarias.
Cuando el agua pierde su calidad natural, debido a cualquier
cambio físico,químico o biológico que la hace perjudicial para los seres
vivos se dice que el agua está contaminada.
En algunas zonas de la Tierra, se bebe el agua directamente de ríos,
lagos, pozos, en muchas ocasiones del mismo sitio en el que las
personas se asean, lavan la ropa o eliminan residuos, por lo que
enferman. Según informes de las Naciones Unidas, cada año mueren
5.000.000 de personas por enfermedades relacionadas la falta de
tratamiento del agua: el cólera, diarreas, fiebres tifoideas, la malaria…
En los países que disponemos de agua potable, también han
aumentado las enfermedades debido a que llegan a nuestro organismo,
algunas sustancias contaminantes disueltas en el agua como:
Agua no potable.
Imagen compartida
por Pierre Holtz UNICEF
• Nitratos, procedentes de fertilizantes que pueden contaminar acuíferos, causan
malformaciones fetales y cáncer en los adultos.
• Metales pesados (mercurio, plomo,..) que se acumulan en el organismo y pueden causar
daños cerebrales y hasta la muerte.
Actividades contaminantes.
Aunque se puede originar algún tipo de contaminación de origen natural, la mayoría del
deterioro y la contaminación del agua se debe a la actividad humana. El agua se contamina
fundamentalmente por:
• Residuos urbanos. Procedentes del uso doméstico. Contiene
residuos fecales, detergentes, etc.
• Actividad agrícola. Debido a la utilización de fertilizantes y
pesticidas, el agua de la lluvia o del riego, se filtra a los acuíferos
con parte de estos productos disueltos en ella.
• Vertidos industriales. Muchas industrias vierten a los ríos o
al mar parte del agua que han utilizado en su producción, con
sustancias contaminantes, la mayoría de las veces metales
tóxicos.
También las Centrales Nucleares devuelven al río el agua
que han utilizado para refrigerar el reactor nuclear que tiene una
temperatura tan elevada que perjudica a los seres vivos acuáticos.
Fumigación de un cultivo
con pesticidas con una
avioneta.
Imagen
compartida por Charles
O'Rear.
En la actualidad, el agua se contamina en todos los procesos del ciclo del agua, desde que
se condensa para formar las nubes, hasta en los ríos, lagos, acuíferos y el mar.
Contaminación de ríos
Los ríos se contaminan por los vertidos urbanos, industriales, por los riegos agrícolas, etc.
Sin embargo, los ríos podrían recuperarse por completo si cesan los vertidos, ya que, al estar
sus aguas en constante movimiento, podrían renovarse y limpiarse sin dificultad.
28
Contaminación de acuíferos
Las filtraciones de abonos y pesticidas usadas en la agricultura, así como las que se
producen en vertederos de basuras, llegan a los acuíferos y los contaminan. Ya decíamos que
las aguas subterráneas son las mayores reservas de agua dulce en estado líquido. Cuando se
contamina un acuífero, no se puede recuperar su agua, por lo que supone uno de los mayores
problemas medioambientales en estos días.
Contaminación de mar
La contaminación del mar se produce por vertidos directos de industrias y poblaciones
costeras y por la aportación de ríos contaminados. En los últimos tiempos, una fuente
importante de contaminación del mar la constituyen las limpiezas de buques petroleros y los
accidentes o naufragios de estos barcos. Esto genera las famosas mareas negras que suponen
una catástrofe ecológica difícil de recuperar.
Lluvia ácida
Para que se formen las nubes, las gotas se tienen que condensar en torno a un núcleo de
condensación, un grano de polen o de polvo. En las zonas industriales y en las ciudades, el
núcleo de condensación puede ser una partícula contaminante de las que emiten las fábricas o
los coches por ejemplo.
Esto produce que la lluvia se vuelva ácida y al caer provoca la muerte de organismos
acuáticos, al aumenta la acidez del agua de los lagos; perjudica el crecimiento de los bosques,
porque evita que se desarrollen las hojas, y produce daños en edificios y monumentos.
Río contaminado. La espuma
formada en la superficie es
características de contaminación
urbana. Imagen compartida por
Eurico.
Voluntarios limpiando una costa
gallega tras la marea negra
producida por el naufragio del
petrolero
Prestige.
Imagen
compartida por Viajero.
Efectos de la lluvia ácida en un
bosque. Imagen compartida por
Nipik.
29
Tema 4: la geosfera
Las unidades geológicas de la Tierra: los minerales.
La Tierra es una inmensa esfera rocosa. Tiene un radio de unos 6371 km, un volumen de
más de un billón de km3, y una masa de casi 6 x 1021 toneladas. Es difícil imaginársela, aunque
gracias a los satélites y sondas espaciales que han viajado al espacio tenemos fotos de ella.
La parte rocosa de la Tierra es lo que denominamos Geosfera.
Esta imagen fue obtenida por satélites de la NASA en 2002.
ACTIVIDAD:
¿Sabrías decir qué zonas pueden verse en ella?
Estructura interna de la Tierra.
Por debajo de la corteza sólida sobre la que habitamos, la Tierra tiene capas de diferente
densidad y consistencia:
Núcleo.
El centro de la Tierra está formado por una bola de casi 3 500 km de radio llamada núcleo,
la cual es significativamente más densa que los materiales que encontramos en la superficie, y
se encuentra a gran temperatura.
En el centro del núcleo se encuentra una esfera sólida de 1 200 km de radio, con una
densidad de unos 13 g/cm3, que se denomina núcleo interno. Rodeándola hay otros 2 250 km
de material fundido debido a la fuerte temperatura, que puede ser de unos 4 000 a 6 000 grados
centígrados, el núcleo externo, de unos 9,9 g/cm3 de densidad.
30
El componente fundamental de esta parte es el hierro (Fe), que representa el 90% del
material del núcleo, además del níquel (Ni) y el azufre (S).
El núcleo genera un campo magnético, magnetosfera, que hace que la Tierra se comporte
como un enorme imán capaz de orientar la aguja de una brújula.
Manto.
Envolviendo al núcleo se encuentra otra esfera,
de casi 3000 km de espesor, que recibe parte del
calor del núcleo y se encuentra, por tanto, en un
estado más plástico y flexible que el de los
materiales de la capa superior. A esta capa se la
denomina manto. En el manto predominan el hierro
(Fe) y el magnesio (Mg).
A pesar de que los materiales del manto no
están en estado líquido, la gran temperatura hace que
se produzca en ellos cierto movimiento de las
partículas hacia arriba y abajo, que permite
transmitir el calor y enfriar el centro (se denominan
corrientes de convección).
Capas de la Tierra. Imagen compartida por
Jeremy Kemp.
En el manto también distinguimos dos capas de
diferente densidad, que se encuentran separadas por una discontinuidad. Son el manto inferior
y el manto superior. Como ocurría en el núcleo, la densidad va disminuyendo a medida que
avanzamos hacia la superficie de la Tierra, siendo de 5,6 g/cm 3 en la zona interna del manto, y
tan solo de 3,5 g/cm3 en la superior.
Corteza.
La fina capa exterior se encuentra
en estado sólido, y su temperatura es
muchísimo más baja que la de las otras
capas, debido a que su exposición a la
atmósfera permite que se enfríe. Esta
última capa es la que denominamos
corteza, y es la única que podemos
Grosor de la corteza. Imagen extraída de INTEFP,
ilustrador: José Alberto Bermúdez
observar directamente. La corteza no
es homogénea, sino que está formada
por trozos o bloques de distinta densidad, los cuales, al ser todos más ligeros que el manto
sobre el que se apoyan, “flotan” en él, de manera parecida a como flota un bloque de hielo en
el agua. Podemos distinguir dos tipos de corteza:
• Corteza continental, que forma los continentes, las islas y las plataformas continentales. Su
espesor varía entre los 10 y los 70 km, ya que depende de las diferencias del relieve
(cordilleras, valles, etc.), y de la densidad de las rocas en cada lugar (si son más ligeras, se
hunden más en el manto, tal como hace un iceberg sobre el agua). Cubre un 35% de la
superficie del planeta, y su densidad media es de 2,5 g/cm3 .
• Corteza oceánica, mucho más densa que la anterior, la cual es, por tanto, más fina (su
espesor está entre los 6 y los 12 km, según la zona). Esta corteza forma el fondo de todos los
océanos, y también puede llegar a emerger en algunos puntos, dando lugar a islas volcánicas
como las Canarias o las Islas Hawaii. En el fondo de los océanos existen volcanes de los cuales
emana nueva corteza oceánica, que tapiza los fondos marinos.
31
Podríamos decir que la Tierra es como un bizcocho recién salido del horno, donde la
corteza ya ha tenido tiempo de endurecerse y enfriarse, mientras que el interior sigue caliente y
más blando. Con el tiempo, irá perdiendo su calor a medida que éste se disipe y difunda, pero
su centro seguirá caliente durante más tiempo que su corteza.
Las separaciones entre diferentes capas se denominan discontinuidades, ya que las
propiedades cambian bruscamente y no de manera gradual. El salto entre el núcleo y el manto
constituye la discontinuidad de Gutenberg, y el que ocurre entre el manto y la corteza se
llama discontinuidad de Mohorovicic.
La corteza terrestre: composición
elementos geoquímicos.
química
¿De qué están hechas las rocas que observamos, así como las que se encuentran en el
fondo del mar, todas las cuales componen la corteza terrestre? Fundamentalmente, las rocas
son compuestos de oxígeno, y los elementos mayoritarios son el silicio, aluminio, calcio,
magnesio, hierro, sodio, potasio y fósforo. También son abundantes otros dos compuestos del
oxígeno: el CO2 y el H2O.
Los elementos que forman las rocas terrestres se encuentran en el interior de la misma en
forma de átomos, donde su estado es líquido o semilíquido, y aún no forman compuestos
sólidos estables.
Un elemento es una sustancia que está formada por un único tipo de átomo de entre
todos los que existen en la tabla periódica.
A los elementos que forman parte de la corteza terrestre se les denomina elementos
geoquímicos. En esta tabla tienes los más comunes:
Elemento
Símbolo
Abundancia relativa
oxígeno
O
46,6 %
silicio
Si
27,7 %
aluminio
Al
8,1 %
hierro
Fe
5,0 %
calcio
Ca
3,6 %
sodio
Na
2,8 %
potasio
K
2,6 %
magnesio
Mg
2,1 %
Los átomos de oxígeno, silicio, aluminio, magnesio, etc., se unen entre sí en el ambiente
caliente del manto superior, y alcanzan la superficie combinados en forma de estructuras muy
estables, las cuales pueden ser cristalinas o amorfas, a las que se denomina minerales.
Un mineral es una sustancia sólida inorgánica que se encuentra en la naturaleza y que posee una
composición química más o menos estable entre ciertos límites.
Decimos que un mineral es sólido, puesto que no puede ser ni líquido ni gaseoso. Decimos
que es natural, puesto que debe poder formarse por procesos naturales, sin intervención
humana, debido simplemente a las fuerzas de la naturaleza. Decimos que es inorgánico, pues
no es el resultado de la acción de los seres vivos. Por último, una condición esencial es que su
y
32
composición química (el número y proporción de elementos que lo componen) sea más o
menos definida.
Dentro de lo que denominamos mineral, podemos distinguir aquellos con estructura
cristalina y los que tienen estructura amorfa:
Mineral de cuarzo visto a
simple vista, en el que se
puede apreciar su forma
geométrica regular.. Imagen
compartida
por
Didier
Descouens.
• Una estructura cristalina es un
compuesto de átomos dispuestos
de manera ordenada en tres
dimensiones, de manera que cada
átomo está siempre rodeado del
mismo número y especie de
átomos, y la distancia que hay
entre ellos es siempre la misma.
Cuando lo observamos a simple
vista, la estructura cristalina se
reconoce porque tiene formas
geométricas regulares. A esta
estructura la denominamos cristal.
Estructura cristalina de un
tectosilicato
como
el
cuarzo, donde cada átomo
ocupa la posición de una
bola (rojas, oxígeno, grises,
silicio). Imagen compartida
por Benjah-bmm27.
• Una estructura amorfa es un sólido donde la agrupación de
átomos que lo conforman se ha hecho sin seguir esos criterios de orden que poseen las
estructuras cristalinas.
Algunos de los minerales que forman las rocas terrestres son sustancias amorfas, aunque la
mayoría de los que existen presentan estructura cristalina. Curiosamente, una de las sustancias
amorfas que podría llevarte a engaño es el vidrio de las ventanas. Aunque lo llamemos
“cristal”, si miramos su estructura molecular observaremos que los átomos no tienen el orden
que se exige a las estructuras cristalinas.
Algunas sustancias amorfas de la naturaleza:
Vetas de ópalo en una piedra.
Imagen
compartida
por
Aramgutang en Wikimedia.
Piedra de ágata. Imagen
compartida por Arpingstone en
Wikimedia.
Obsidiana. Imagen compartida
por Locutus Borg en Wikimedia.
33
Propiedades de los minerales.
Observa los siguientes minerales:
Imagen compartida por Didier
Descouens.
Imagen compartida por Kluka.
Imagen compartida por
Lavinsky.
Rob
Los tres minerales que aparecen en la ilustración son blancos. Uno de ellos es calcita, el
otro es yeso fibroso y el tercero de ellos es halita. Pero, ¿cuál es cuál?
Si le planteas esta pregunta a un geoquímico, lo primero que hará es estudiar las diferentes
propiedades de cada una de las tres muestras. Pero, ¿qué propiedades estudiará? En el cuadro te
ofrecemos una serie de propiedades macroscópicas que permiten identificar algunos minerales
de los que se pueden encontrar en un paseo por el campo. Sin embargo, si lo que queremos es
una identificación absoluta, tendremos que recurrir a propiedades mucho más complejas,
algunas de las cuales no pueden ser percibidas a simple vista. Es algo lógico, teniendo en
cuenta que se han identificado hasta la fecha más de 6.500 minerales distintos.
Propiedad macroscópica es aquella que se puede percibir a simple vista, mientras que
propiedad microscópica es la que necesita de aparatos que puedan aumentar lo
extremadamente pequeño para percibirlas.
Las propiedades macroscópicas más comunes son el color, la dureza, la fragilidad, la
exfoliación, el brillo, el color de la raya o la capacidad para desviar la luz. En algunos
minerales, también puede ser importante su sabor. Aquí tienes un resumen de ellas:
PROPIEDAD
DEFINICIÓN
Color
Aunque muchos minerales pueden presentar colores distintos, según las
impurezas que contengan (ej. el cuarzo), otros son bastante característicos,
como el verde del olivino, el amarillo latón de la pirita o el negro de la
magnetita.
Dureza
Es la capacidad de su superficie de ser marcada con otro objeto; cuanto
mayor sea su dureza, más difícil será que otro objeto (una uña, una llave
metálica, …) deje su marca. Existe una escala de dureza estandarizada para
medir los minerales, que se denomina escala de Mohs. El más blando de
todos los minerales es el talco, y el más duro es el diamante.
Exfoliación
Es la capacidad de fragmentarse siguiendo un plano horizontal.
Naturalmente, esta capacidad es característica tan solo de algunos
minerales, como la moscovita o la biotita.
34
PROPIEDAD
DEFINICIÓN
Fractura
Para los que no sufren exfoliación, al romperse pueden presentar
diferentes aspectos, a los que se denomina “fractura”. Así, son
características la fractura concoide (obsidiana) o la formación de astillas
(yeso fibroso).
Brillo
Es la forma en que reflejan la luz. Así, podemos distinguir el brillo
metálico de la galena, el graso del grafito, el vítreo del cuarzo, el terroso del
oligisto... Otros minerales no presentan brillo, y decimos que son mate.
Raya
Es el color que se aprecia en el polvo que se obtiene al rayar un
mineral, y que no siempre coincide con el color de su superficie. El oligisto
no siempre es rojo granate, pero su raya sí lo es; la fluorita puede ser
verdosa o azulada, pero su raya siempre es blanca.
Peso específico
Equivale a la densidad o masa por unidad de volumen. Hay minerales
muy densos, como la pirita o la magnetita (unos 5 g/cm 3), y otros menos
densos, como el talco (2,7 g/cm3).
Además de estas propiedades, algunos minerales destacan por ciertas características
únicas, como el sabor salado de la halita, las propiedades magnéticas de la magnetita, la
capacidad de producir una imagen doble de la calcita (birrefringencia), o la capacidad de
reaccionar con ácido (calcita) o de no hacerlo (oro).
Este ejemplo nos sugiere que la estructura de los minerales es una propiedad muy
importante que también hay que tener en cuenta. A veces, su estructura se puede apreciar a
simple vista, cuando forman cristales lo suficientemente grandes. Otras veces, los científicos
deben recurrir a la difracción por rayos X para ver cómo se ordenan los átomos de los
minerales.
Las propiedades de los minerales
dependen de los elementos químicos
de los que están formados, así como
de la estructura tridimensional que
adopten dichos elementos. Esta última
puede ser determinante, lo que se
aprecia muy bien si se comparan las
propiedades de dos
minerales
constituidos únicamente por carbono,
el diamante y el grafito. La forma en
que se sitúan los carbonos determina
su color, brillo, dureza y todas las
demás
propiedades:
Imagen
compartida por Itub.
Estructura del diamante
Estructura del grafito
35
Reconocimiento de minerales.
De entre los miles de minerales que se pueden encontrar en la Tierra, algunos son bastante
frecuentes, otros son característicos de algunas zonas concretas (con tipos de rocas específicos)
y otros son extremadamente raros. En cuanto a las propiedades macroscópicas (observables)
que presentan, no siempre son constantes, por lo que la completa identificación es un arte
complejo reservado a especialistas. No obstante, es posible adquirir ciertos conocimientos que
te permitirán reconocer los casos más característicos. Las propiedades con las que vamos a
trabajar son, básicamente, el color, la dureza y la raya.
Escala de Mohs de la dureza:
1 talco
6 ortosa
2 yeso
7 cuarzo
3 calcita
8 topacio
4 fluorita
9 corindón
5 apatito
10 diamante
Minerales blancos, blanquecinos, lechosos o transparentes.
• Cuarzo: Tiene dureza 7, lo que significa que es capaz de rayar al acero. Tiene brillo
cristalino, es transparente o blanco, aunque también aparece en otros colores (en morado se
llama amatista). Suele formar cristales hexagonales coronados por una pirámide trigonal.
Puede formar geodas o drusas.
• Calcita: Dureza 3, significa que se puede rayar con una navaja, aunque no con la uña.
Blanca o transparente, reacciona al ácido.
• Yeso: Muy blando, se raya con la uña. A menudo presenta exfoliación en láminas, aunque
no en todas sus formas. También puede formar lo que se denomina “rosa del desierto”.
• Talco: El más blando de los minerales, puede aparecer oscuro, aunque su raya es blanca.
Tiene brillo craso.
• Halita: No se raya con la uña, aunque sí con el metal. Presenta brillo vítreo a craso, y su
particularidad es el sabor salado.
Minerales amarillos.
• Azufre: Presenta un color amarillo chillón, y su brillo es no
metálico. Se raya con la uña.
• Oro: Brillo metálico, blando (se raya fácilmente), es inerte a
todos los ácidos excepto el agua regia (mezcla de ácidos
clorhídrico y nítrico).
• Pirita: Color amarillo latón, brillo metálico, característico
aspecto en forma de cubo, a veces formando maclas.
Azufre nativo cristalizado.
Extraído de Smithsonian
Institution de EE.UU.
36
Minerales azules, morados o verdes.
Azurita. Color azul
intenso.
Imagen compartida por
Didier Descouens.
Fluorita. Color morado,
brillo vítreo.
Imagen compartida por
Didier Descouens.
Olivino. Color verde
pálido, brillo vítreo.
Imagen compartida por
Hannes Grobe AWI.
Malaquita. Color verde
intenso.
Imagen compartida por
Aramgutang.
Minerales negros u oscuros
• Magnetita: es reconocible, sobre todo, por sus propiedades magnéticas.
• Mica negra: tiene la propiedad de formar láminas finas
(exfoliación) y brilla mucho.
• Grafito: Es blando y con brillo craso. Las láminas de los
lápices se hacían con él porque deja raya negra con facilidad.
• Galena: es un mineral de plomo, muy denso, oscuro y con
brillo metálico.
• Cinabrio: es un mineral de mercurio, con tonos rojizos y
brillo no metálico.
• Hematites u oligisto: es un mineral rojizo, que contiene
hierro, y con aspecto terroso.
Cinabrio. Compartido por
Beatrice Murch.
Formación y destrucción de la corteza terrestre.
Si nos imaginamos la Tierra como una inmensa esfera que está enfriándose lentamente,
quizá acabemos pensando, erróneamente, que la corteza que se formó hace 4.000 millones de
años es esta sobre la que ponemos nuestros pies cada día. Bien, esto es falso. El material que
vemos ahora sobre la superficie terrestre tiene orígenes diversos, de forma que, mientras que en
algunos sitios del planeta podemos encontrar rocas que se formaron hace cuatro mil millones
de años (en Issua, Groenlandia, por ejemplo), en otros sitios está formándose corteza justo
ahora (cuando emana lava desde los volcanes en erupción), o se formó hace relativamente poco
(unos millones de años). ¿Cómo puede ser esto?
37
Aquí tienes una imagen en la que se representan a grandes rasgos las formaciones geológicas de nuestro
planeta. Las rocas más antiguas, denominadas “cratones”, están representadas en naranja. Extrído del Archivo
Geológico de Estados Unidos (USGS).
Formación de las rocas terrestres.
Las rocas son compuestos de minerales, algunos de forma cristalina y otros amorfos. La
corteza terrestre está enteramente formada por rocas, de las cuales distinguimos las que forman
los continentes, y las que forman el “suelo” de los océanos.
Como ya hemos comentado, las rocas están continuamente formándose y destruyéndose
en lo que los científicos denominan un ciclo. Este continuo reciclaje es posible porque el
interior terrestre almacena suficiente calor como para fundir los materiales que se hunden en él,
y suficiente energía como para levantar nuevas masas de materiales que se enfrían al llegar a la
superficie. Por otra parte, las rocas de la superficie están sometidas a numerosas vicisitudes que
las transforman o metamorfosean, convirtiéndolas en otros tipos de materiales.
Las rocas que vamos a estudiar mayoritariamente son las que podemos encontrar en los
continentes. Las que forman el fondo de los océanos son muy densas (a igual volumen, pesan
más que las continentales) y tienen un origen volcánico, pues salieron desde el interior terrestre
en forma de lava por las grietas volcánicas que hay en los fondos oceánicos y se enfriaron
bruscamente, tapizando el fondo oceánico (y ayudando a que se muevan los continentes). Las
rocas que hay en el fondo de los mares son similares a las que expulsa de vez en cuando el
volcán de la isla de El Hierro. Por eso, a veces los continentes también se cubren de este tipo
de rocas, que son lava enfriada.
Dependiendo del proceso mediante el que se forman, las rocas pueden ser de tres tipos:
Rocas originadas en el interior terrestre (Ígneas o Magmáticas).
El interior de la Tierra es como un inmenso horno de forja, donde se funden los materiales
que llegan a ella a altas temperaturas, dejándolos en un estado semi-líquido y plástico. Esos
materiales así fundidos pueden permanecer en el interior terrestre por un tiempo indefinido,
pero en algunas ocasiones acaban emergiendo a la superficie, donde se enfrían y solidifican.
38
Las rocas que se originan de esta manera se denominan magmáticas.
• Plutónicas: Cuando el magma emerge poco a poco,
permitiendo que los compuestos se vayan formando
paulatinamente, en el interior de las rocas se forman cristales de
distintos materiales. Así es como se han formado los minerales
que estudiamos en el tema anterior. A las rocas que se forman así
se las denomina plutónicas, como el dios romano Plutón, señor
de los infiernos. El granito es una roca plutónica formada por el
lento enfriamiento de un magma, el cual forma cristales de
cuarzo, feldespato y mica al perder temperatura, de ahí su
aspecto granuloso.
Paisaje plutónico en La
Pedriza (Madrid). Imagen
compartida por Kadellar.
•
Volcánicas: Cuando la emergencia a la superficie se hace
bruscamente, al encontrar el magma una fractura o resquicio
por el que escapar (un volcán), las rocas se enfrían
bruscamente, y no pueden formar
cristales en su interior, pues el
proceso de formación es muy
desordenado. A estas rocas se las
denomina volcánicas. El aspecto
Volcán en erupción en
de estas rocas es más o menos
Hawaii.
poroso, pues el magma líquido
contiene dióxido de carbono, ácido sulfhídrico y vapor de agua
atrapados, que consiguen escapar por evaporación cuando la
Rocas volcánicas en Irlanda
(basalto).
roca solidifica, dejando en su lugar pequeños agujeritos o poros.
Así se forma la piedra pómez.
Una gran proporción de las rocas que existen en el planeta se han formado a partir de
magma solidificado. El granito que constituye las montañas de la sierra de Madrid se formó
como un enorme bloque de magma que fue enfriándose a medida que ascendía a la superficie
desde zonas más profundas de ella (en el manto). En los fondos oceánicos, por otro lado,
existen cadenas montañosas que los dividen en dos mitades, y que están pobladas de volcanes
por donde emergen magmas que se solidifican y forman nuevo suelo marino. Por último,
muchas de las islas que hay en el planeta están formadas a partir de volcanes, los cuales
expulsaron rocas y acabaron emergiendo (las Islas Canarias, por ejemplo).
Rocas originadas a partir de sedimentos (Sedimentarias).
Los sedimentos son depósitos de materiales más o menos finos que se disponen unos
sobre otros en el mismo lugar. El sitio donde se depositan dichos materiales se denomina una
“cuenca de sedimentación”, que es una especie de cubeta formada en la tierra gracias a una
depresión del terreno, a un valle entre montañas, o bien una laguna (de agua dulce o salada).
Los materiales que se depositan allí sufren una compactación debido al peso de las capas
superiores, y una cementación que las lleva a formar rocas.
¿De dónde procede todo el material que se acumula pacientemente en las cuencas de
sedimentación? Dependiendo del origen de dichos materiales podemos distinguir varios tipos
de rocas sedimentarias:
• Rocas detríticas. Son las que se forman aprovechando los materiales que arrancan de otras
zonas el viento y la lluvia, y que, al ser transportados por estos mismos agentes, acaban
acumulándose en zonas bajas, inundadas o no, donde se compactan. Estas se distinguen según
el grosor del grano que las constituye:
39
– Rocas de grano muy fino, que no se percibe a simple vista; aparecen homogéneas a la
vista, como las arcillas o limos.
– Rocas de grano similar a la arena: areniscas.
– Rocas de grano grueso, a veces de varios centímetros de diámetro; se denominan
conglomerados.
Arcilla
Arenisca
Conglomerado (pudinga)
ROCAS DETRÍTICAS. Imágenes extraídas de INTEFP. Arcilla y arenisca de Félix
Vallés Calvo y conglomerado de Ashok Beera.
Las rocas detríticas pueden llegar a acumular materiales durante millones de años, y sus
formaciones pueden tener varios kilómetros de grosor.
El río que circula por estos terrenos
(río Colorado) y sus afluentes han
excavado un cañón en los sedimentos
que estuvieron depositándose durante
2.000 millones de años en esta zona,
que estuvo casi todo el tiempo bajo el
mar. El grosor total de sedimentos
depuestos en las diferentes épocas
supera los 1,6 km de espesor.
Imagen compartida por Jim Gordon.
•
Rocas evaporíticas. En este caso, los materiales de los que
se va a originar la roca se encuentran disueltos el el agua, y se
depositan al producirse la desecación del líquido. Cualquier
masa líquida que encontremos en este planeta está compuesta,
además de por H2O, por varias sustancias químicas,
mayormente sales minerales, que se encuentran disueltas y, por
tanto, son invisibles a simple vista. Cuando la cantidad de agua
disminuye, parte de estas sales ya no pueden seguir formando
ROCAS EVAPORÍTICAS
parte del medio líquido, y acaban yendo al fondo en forma de
Halita. Extraída de INTEFP.
cristales sólidos, fenómeno que se conoce por el nombre de
Autor: Ashok Beera.
“precipitación”. Esto es lo que ocurre cuando las lagunas o los
mares poco profundos sufren intensa evaporación del agua. Si este proceso se repite durante
miles de años, da lugar a la formación de rocas que se denominan evaporíticas. Las rocas de
este tipo más frecuentes son los yesos, las calizas e incluso los domos de sal (diapiros). El
sureste de la Comunidad de Madrid está formado por rocas de este tipo, que se extienden a lo
largo de varios kilómetros, y que permiten la proliferación de canteras en estos terrenos para
extraer los minerales que componen dichas rocas (yeso, fundamentalmente).
40
Antracita.
Lignito.
Turba.
Hulla.
ROCAS ORGÁNICAS (CARBONES): Imágenes extraídas de INTEFP, autor Ashok Beera.
• Rocas orgánicas. A veces, las rocas proceden de la deposición de grandes cantidades de
materia orgánica en los fondos de las cuencas sedimentarias, o bien de materia inorgánica
procedente de restos de seres vivos. En todos estos casos, los depósitos deben su existencia a la
aparición de ciertas formas de vida. Ejemplos:
– Los depósitos de conchas o cubiertas celulares formadas por carbonato cálcico o por
sílice.
– Los depósitos de madera enterrados bajo otros sedimentos, que dan lugar a la
formación de carbón.
– Los depósitos de restos vegetales enterrados en lagunas con abundantes lodos, que
acaban generando petróleo.
Rocas modificadas después de la formación (Metamórficas).
Las rocas metamórficas se forman por la transformación que sufren otras rocas que ya
existían y que han estado sometidas, en el interior de la corteza terrestre, a fuertes presiones y
elevadas temperaturas, lo que provoca cambios en la composición y la textura de la roca.
En algunas, debido al
aplastamiento que han sufrido
por la presión, los minerales se
disponen en láminas más o
menos paralelas, es decir
presentan foliación. Es el caso
de la pizarra y las micacitas.
Otras, como el mármol,
están formadas por un único
mineral, no presentan foliación.
Si el granito es sometido a
grandes presiones se convierte
en la roca de la imagen, gneis.
Imagen compartida por Siim
Sepp.
Pizarra.
Mármol.
Imagen extraída de INTEFP, fotógrafo: Félix Vallés Calvo.
Roca originaria
Roca metafórfica
Arenisca
Cuarcita
Arcilla
Pizarra
Caliza
Mármol
Granito
Gneis.
41
Utilidades de los minerales y las rocas.
Desde la aparición del ser humano, los minerales y las rocas han tenido una gran
importancia por su utilidad. Es significativo el hecho de que se denominen las distintas etapas,
en las que se dividen los primeros periodos de la humanidad, con nombres debidos a la
utilización y el aprovechamiento de los materiales de la naturaleza, que los seres humanos
usaban para elaborar utensilios y armas: Edad de Piedra, de Cobre, de Bronce, de Hierro.
En la actualidad, casi todos los productos que nos rodean tienen un origen en un mineral o
una roca: los ladrillos de los edificios, los marcos y cristales de las ventanas, los plásticos de
los cuadernos y bolígrafos, los componentes de ordenadores, hasta la mayoría de la ropa que
usas.
Usos de minerales.
Encontramos minerales en cosas tan básicas como la sal común, que se obtiene de la
halita, el talco de los productos cosméticos, el cuarzo de vidrios y ordenadores, etc.
La cantidad de usos y aplicaciones de minerales, nos daría para un tema completo, pero
vamos a resumir en los usos principales:
Materia Prima Para Usos Industriales.
Muchos minerales se utilizan tal cual se encuentran en la
naturaleza, como el yeso, que está en la tiza, en la escayola,…; o
con pequeñas transformaciones, como el cuarzo, del que se
obtiene el silicio que está en los ordenadores, las placas solares,
etc.
Menas Metálicas.
Placa solar. Imagen extraída
del INTEFP.
De muchos minerales se extraen metales como el hierro, el
aluminio, el cobre. Cuando el mineral contiene una proporción de metal que resulta rentable su
extracción, se dice que es la mena de dicho metal. La parte del mineral que no es el metal se
denomina ganga.
– La bauxita es la mena del aluminio.
– La calcopirita es la mena del cobre.
– La galena es la mena del plomo.
– El cinabrio es la mena del mercurio.
– El hematites es la mena del hierro.
Papel de aluminio. Imagen
extraída del INTEFP.
Gemas o piedras preciosas.
Uno de los usos más conocidos de los minerales, es en joyería.
Suelen ser minerales muy duros y escasos que se suelen tallar para realzar su brillo:
diamante, rubí, esmeralda…
También se usan en joyería metales como el oro, la plata o el platino.
42
Gemas:
1ª fila: turquesa, hematita, crisocola y ojo de tigre
2ª fila: cuarzo, turmalina, cornalina, pirita y sugilita
3ª fila: malaquita, cuarzo rosado, obsidiana, rubí y ágata
4ª fila: jaspe, amatista, agata azul y lapislázuli.
Imagen compartida por Arpingstone.
Combustibles.
El Uranio, que se utiliza como combustible en centrales nucleares, se
obtiene de la uraninita.
Usos de las rocas.
Como decíamos antes, si miras a tu alrededor descubrirás las
rocas forman parte de los edificios, de las aceras, de las estatuas,
etc.
Las principales utilidades de las rocas son:
Mina de mercurio de
Almadén. Imagen extraída
del INTEFP, fotógrafo:
Ashok Beera.
Uso Industrial y en Construcción.
– De caliza y arcillas se obtiene el cemento.
– Del yeso se consigue la escayola, el yeso.
– De las arcillas, los ladrillos, azulejos, tejas, baldosas,…
– Del granito se fabrican adoquines, piedras de sillería,...
– Las pizarras se utilizan en tejados.
– Otras se usan en la elaboración de pinturas, fertilizantes,
explosivos,…
Uso Ornamental.
Escalera adoquinada con
granito y frentes de azulejo.
Imagen
extraída
del
INTEFP, fotógrafo: Juan F.
Morillo.
En este caso, la roca más utilizada es el mármol, gracias a que se puede cortar y pulir con
facilidad, además de por su brillo.
Encontramos mármol en estatuas, fachadas, monumentos, encimeras,…
Usos Energéticos.
El carbón y el petróleo, dos rocas sedimentarias, son las principales fuentes de energía en
el mundo actual.
Del petróleo se obtienen, combustibles, gas, aceites, plásticos,….
43
Extracción de minerales y rocas.
Cuando en una zona de la corteza terrestre se encuentra una concentración elevada de un
mineral y resulta rentable extraerlo, se dice que es un yacimiento mineral. La proporción del
mineral buscado que se encuentra en él, es lo que de denomina ley del yacimiento.
Las minas son las excavaciones que se realizan para extraer el mineral. Pueden ser:
A cielo abierto.
La explotación se produce en la superficie del terreno.
– Canteras, que son excavaciones superficiales de las
que se extraen rocas y materiales de construcción.
Cantera. Imagen extraída del
INTEFP, fotógrafo: Clemente
Bernad
– Cortas, en las que el yacimiento se encuentra a
profundidad media, y se van excavando laderas
escalonadas, en forma de terrazas.
– Graveras, que son zonas de algunos ríos, de las que se
extraen gravas y arenas.
Subterráneas.
Minas, si el yacimiento se encuentra a gran profundidad. Se utiliza una red de pozos,
galerías y túneles para acceder a las zonas donde se encuentra el mineral.
Perforaciones, que se utilizan para extraer petróleo y consiste en perforar, mediante
taladros, hasta el yacimiento.
Sondeos, para extraer algunas rocas solubles, como la sal gema. Se inyecta agua que
disuelva la roca y se bombea para sacarla a la superficie.
Esquema del tema.
44
Tema 5: La materia.
Índice de contenido
Mejor visión de la estructura a gran escala de nuestro Universo
proporcionada por los científicos a partir de los datos aportados por
los mayores catálogos astronómicos. Imagen de dominio público
cedida por la NASA
Masa y Volumen.
La materia es todo aquello que tiene masa y volumen. De ahí, la importancia de
comprender estas magnitudes físicas.
La masa es la cantidad de sustancia que tiene un cuerpo o sistema. La unidad en el SI
(Sistema Internacional de Unidades)es el Kilogramo, Kg, puede resaltarse el hecho de que la
masa es la única magnitud cuya unidad en el SI es un múltiplo de la unidad correspondiente.
45
LONGITUD
La longitud es la magnitud física que expresa la distancia entre dos puntos. La
unidad en el SI en que se expresa la longitud es el metro, m.
Dibujo compartido por José A. Collado.
SUPERFICIE
La superficie es la magnitud física que expresa la extensión en 2D (espacio
bidimensional) delimitada por una línea cerrada. La unidad en el SI en que se expresa la
superficie es el metro cuadrado, m2, que se define como el área encerrada en un
cuadrado cuyo lado mide 1 metro de longitud.
Dibujo compartido por José A. Collado.
VOLUMEN
Se puede definir la magnitud volumen como generalización de las magnitudes
físicas longitud y superficie.
El volumen, por tanto, es la magnitud física que expresa el espacio ocupado por un
cuerpo o sistema en 3D (espacio tridimensional). La unidad de volumen en el SI es el
metro cúbico, m3, que se define como el espacio contenido en un cubo de 1 metro de
arista.
Dibujo compartido por José A. Collado.
Es conveniente conocer la relación entre las unidades de volumen en el SI y el litro ya que
es de uso casi más habitual en la vida cotidiana. Lo haremos por medio del siguiente ejemplo:
"Consideramos un depósito cuya capacidad es de 1000 litros, es decir, es capaz
de albergar en su interior ese volumen. Si consideramos que tiene forma cúbica, sus
lados tendrían 1 metro de longitud, sus caras 1 metro cuadrado de superficie y su
46
volumen, por tanto, 1 metro cúbico. De ello obtenemos la primera relación entre la
escala de volumen expresada en Litros y la expresada en metros cúbicos:
1000L (1KL) equivalen a 1m3"
Además de esta relación de equivalencia existen otras dos más entre estas dos unidades de
volumen como se indica en la figura.
RELACIÓN ENTRE DOS UNIDADES DE VOLUMEN
Dibujo compartido por José A. Collado.
Estas magnitudes físicas (masa, longitud, superficie y volumen) son propiedades
extensivas de la materia: aquellas que dependen de la cantidad de materia o masa del cuerpo o
sistema. Es decir:
"si consideramos dos cantidades diferentes de hierro, por ejemplo, un pequeño
cubo y una enorme viga, el primero tendrá pequeños valores de estas magnitudes y la
viga tendrá valores muy grandes"
Densidad.
Es la magnitud física que representa la masa
por unidad de volumen de una sustancia, es decir:
Por tanto, la unidad de densidad en el SI es el
Kg/m3, que indica la masa en kilogramos de un
metro cúbico de sustancia.
Aunque la masa y el volumen sean
propiedades extensivas de la materia, la densidad
es una propiedad intensiva de la materia:
aquellas que no de penden de la cantidad de
materia sino del tipo de sustancia. En el caso del
ejemplo anterior:
"la densidad del hierro es 7,8 g/cm3,
independientemente de si tengo el cubo
pequeño o la viga enorme".
SUSTANCIA
DENSIDAD
(Kg/m3)
Aire
1,2
Alcohol (etanol)
790
Hielo (0ºC)
917
Aceite oliva
920
Agua (0ºC)
1000
Oro
1930
Aluminio
2700
Diamante
3520
Hierro
7800
Plomo
11300
Mercurio
13600
Los valores de densidad proporcionados son
para las condiciones de presión y temperatura
de interés para las sustancias recogidas. Así,
podemos comparar los valores de esta magnitud
física para sustancias conocidas.
47
Estados de agregación o fases de la materia
TEORÍA CINÉTICO-MOLECULARDISCONTINUIDAD DE LA MATERIA
La materia no es continua, está constituida
por entidades o partículas de un tamaño tan
pequeño que no podemos distinguir a simple vista
ni con instrumentos habituales poco potentes.
La teoría cinético-molecular trata de dar
explicación a las diferentes propiedades de la
materia a partir del estudio del movimiento de
dichas partículas, de esta forma dependiendo de la
libertad de movimiento de las partículas que
constituyen cualquier porción de materia
diferenciamos 3 estados fundamentales de la
misma:
Dibujo compartido por José A. Collado.
• Sólido, si las partículas se encuentran muy cohesionadas, es decir, fuertemente unidas y, por
tanto, prácticamente inmóviles unas con respecto a las otras. Por esta razón este estado de
agregación de la materia mantiene tanto su forma como su volumen fijos.
"Un trozo de hierro a temperatura ambiente con forma de cubo mantiene su
forma y, por tanto, su volumen salvo que le cambiemos bruscamente sus
condiciones".
• Líquido, si sus partículas, aún estando cohesionadas, tienen cierta libertad de movimiento y,
por tanro, mantienen su volumen fijo pero su forma es variable puesto que se adapta al
recipiente que lo contiene.
"Un recipiente que contiene hierro fundido a 2000ºC y, por tanto, en estado
líquido, mantendrá inalterado su volumen al verterlo en los moldes pero su forma se
adaptará al nuevo recipiente que lo contiene”
• Gas, si sus partículas tienen total libertad de movimiento o que no existe cohesión entre
ellas. Esto supone que en este estado de agregación la materia está constituida por pocas
partículas por unidad de volumen, es decir, es una fase de la materia muy poco “densa” y unas
partículas no alteran prácticamente el movimiento de las otras. Por este motivo este estado de
agregación o fase de la materia tienen tanto volumen como forma variable, siendo por tanto,
fáciles de expandir o comprimir y
adaptan su forma al recipiente que
FASES FUNDAMENTALES DE LA MATERIA
lo contiene.
"Los gases, como los
líquidos, adaptan su forma al
recipiente que los contiene,
pero los gases además
podemos comprimirlos y
expandirlos
con
cierta
facilidad
mientras
que
hacerlo con los líquidos
supone
una
brusca
modificación
de
sus
condiciones”.
Imagen de dominio público extraída de Wikipedia Commons.
48
Cambios de fase o de estado de agregación
Las sustancias que conocemos las asociamos a un estado o fase concreta debido a que es
en la que se presentan en las condiciones de presión y temperatura habituales. Sin embargo,
cualquier sustancia podemos encontrarla en cualquiera de las tres fases modificando
debidamente las condiciones de presión y temperatura, y por tanto llevando a cabo un cambio
de fase o de estado de agregación: proceso por el cual una sustancia pasa de una fase a otra al
modificar sus condiciones de presión y temperatura.
Diferenciaremos dos tipos de cambios de fase:
• Progresivos: aquellos que se dan suministrando energía al sistema, generalmente en forma
de calor, y por tanto aumentando la temperatura. Procesos señalados en el esquema por
medio de flechas rojas.
• Regresivos: aquellos que se dan extrayendo energía del sistema en forma de calor y por
tanto disminuyendo la temperatura. Procesos señalados en el esquema por medio de flechas
azules.
CAMBIOS DE FASE DEL AGUA
Este esquema se representa el agua en los tres estados (hielo, líquido y vapor de agua), se señala cada
uno de los procesos, tanto progresivos como regresivos, entre los tres estados. Imagen desarrollada
por José A. Collado a partir de fotografías compartidas por él mismo, Roger McLassus y Lipton Sale
(de izquierda a derecha)
Cuando aumentamos la temperatura de un cubito de hielo a -10ºC al alcanzar lo 0ºC
empiezan a aparecer las primeras gotas de agua líquida, es cuando comienza la fusión y se da a
la temperatura de fusión (0ºC para el agua). Cuando ya todo es agua líquida, si seguimos
aumentando la temperatura, al alcanzar los 100ºC comienza a hervir o el proceso de
vaporización y se da a la temperatura de ebullición o vaporización (100ºC para el agua).
Del mismo modo si empezamos a enfriar una cantidad de vapor de agua que se encontraba
a 130ºC, cuando se alcancen los 100ºC empezarán a aparecer las primeras gotas de agua líquida
y se estará iniciando la condensación, a la temperatura de condensación (100ºC para el
agua). Una vez todo transformado en agua líquida si se disminuye la temperatura hasta 0ºC
empezará a aparecer los primeros cristales de hielo y se estará iniciando por tanto la
49
solidificación, a la temperatura de solidificación (0ºC para el agua).
"Cuando se derrite un cubito de hielo y hasta
que todo el cubito se transforme en agua, están
coexistiendo en equilibrio las fases sólido y
líquido. Del mismo modo cuando hacemos hervir
una cacerola de agua hasta que no quede nada de
agua en el recipiente están coexistiendo en
equilibrio las fases líquido y gas. Por supuesto el
resultado es el mismo si se lleva a cabo un proceso
de enfriamiento en vez de calentamiento”
En el caso en el que se estén dando los cambios de
estado de una sustancia pura entonces dichos procesos se
dan a temperatura constante, por tanto la temperatura de
los procesos opuestos serán exactamente iguales:
FUSIÓN
Durante la fusión del hielo
coexisten en equilibrio las fases
sólido y líquido a 0ºC. Imagen
compartida por José A. Collado.
SÓLO ES CIERTO CUANDO SE CONSIDERAN SUSTANCIAS PURAS
Temperatura de Fusión = Temperatura de Solidificación
Temperatura de Ebullición = Temperatura de Condensación
Temperatura Sublimación Progresiva = Temperatura Sublimación Regresiva
SUBLIMACIÓN
Durante la sublimación del CO2
coexisten en equilibrio las fases
sólido y gas a -78ºC. Imagen
compartida por DiaaAbdelmoneim
“En el caso del agua hasta que todos el
hielo he convierta en agua líquida la
temperatura del conjunto hielo-agua líquida es
de 0ºC y hasta que todo el agua líquida se
transforme en vapor de agua el conjunto agua
líquida-vapor de agua permanece constante a
100ºC”.
La sublimación es el cambio de estado en el que
coexisten en equilibrio el estado sólido y gas. Es decir, es
el paso de sólido a gas o viceversa sin pasar por el estado
líquido. Hay sustancias que, en las condiciones habituales
de presión, sufren este proceso al modificar la
temperatura: el yodo, el CO2, etc..
“El CO2 es un gas a temperatura ambiente pero al enfriarlo se transforma en
sólido a -78ºC sin pasar por el estado líquido, lo que le convierte en un gran
refrigerante sin humedad por lo que se le denomina hielo seco”.
Interpretación de los cambios de fase a partir de la
Teoría Cinético-Molecular.
Considerando las tres fases fundamentales como diferentes formas de agregar partículas o
diferentes estados de agregación, podemos entender lo que ocurre internamente en la materia
para que se dé el cambio de fase.
En un sólido las partículas constituyentes están tan apiladas que aparentemente no se
mueven unas respecto a las otras pero, realmente, según la Teoría Cinético-Molecular, estas
50
partículas vibran con respecto a su posición de equilibrio con mayor velocidad a medida que
aumentamos la temperatura del sólido. Cuando nos aproximamos a la temperatura de Fusión, al
suministrar energía en forma de calor, las partículas se agitan con más fuerza y pueden adquirir
la energía suficiente como para contrarrestar las fuerzas de cohesión que las mantienen unidas
a sus compañeros, de esta forma la estructura rígida y compacta empieza a desmoronarse
adquiriendo las partículas cierta libertad de movimiento, es decir, adquiriendo propiedades de
líquido.
En un líquido las partículas
constituyentes tienen cierta libertad
de movimiento, fenómeno que puede
observarse cuando volcamos un
recipiente para verter el líquido de su
interior, también es fácil observar
que cuando calentamos un líquido
fluye con mayor facilidad, por lo que
la libertad de movimiento de este
estado de agregación aumenta con la
temperatura.
TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR - FUSIÓN
Imagen libre extraída de Wikipedia Commons.
A diferencia de los gases
TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR sabemos que no es necesario tapar el
VAPORIZACIÓN
recipiente para que no se escape el
líquido ya que la cohesión entre las
partículas que los constituye es
suficientemente grande como para no
dejar que escapen las partículas de la
superficie. Cuando suministramos
suficiente energía en forma de calor
al líquido y este alcanza la
temperatura de vaporización las
partículas tienen suficiente energía
para contrarrestar las fuerzas de
cohesión que las mantenía ligadas a
Imagen libre extraída de Wikipedia Commons.
sus compañeros tratando de escapar
todas y produciéndose ese fuerte borboteo que se observa al hervir un líquido. De esta forma a
medida que escapan las partículas unas de otras empiezan a ocupar todo el espacio que tienen
disponible y por tanto adquiriendo características propias de los gases.
Composición de la materia.
La materia está formada por átomos. Podemos considerar que los átomos son las
partículas materiales más pequeñas posibles y, por tanto, constituyentes de toda la materia, ya
que son las partículas más pequeñas que poseen masa y ocupan cierto volumen.
Se conocen algo más de 100 clases de átomos distintos, los elementos . Para representar
cada tipo elemento se usan los símbolos químicos, así:
ÁTOMOS DE ALGUNOS ELEMENTOS
H = Hidrógeno
O = Oxígeno
Dibujo compartido por José A. Collado.
Fe = Hierro
Na = Sodio
51
Los átomos se unen para formar moléculas y cristales que constituyen cualquier porción
de materia. Las moléculas y los cristales se representan por medio de fórmulas químicas, así:
MOLÉCULA
CRISTALES
H2O (agua)
Fe2O3
NaCl (sal común)
Dibujo compartido por José A. Collado.
Las distintas clases de átomos, los elementos, se clasifican en la tabla periódica, de
acuerdo con sus propiedades y atendiendo a diferentes criterios. En una primera clasificación
diferenciamos tres tipos de elementos: metales, no metales y semimetales (o metaloides).
Los metales son conductores del calor y la electricidad. Además son dúctiles (pueden
formar hilos) y maleables (pueden formar planchas planas), por lo que son empleados en la
fabricación de herramientas y utensilios de todo tipo. Expuestos al agua, se oxidan y cambian
sus propiedades.
Los no metales no conducen el calor ni la electricidad, ni son dúctiles ni maleables, pero
sirven para la elaboración de muchos productos químicos importantes, como plásticos,
detergentes o fertilizantes.
Los semimetales o metaloides tienen propiedades intermedias entre los metales y los no
metales. Se diferencian de los metales, fundamentalmente, en que los metaloides son
semiconductores en vez de conductores. El silicio (Si), por ejemplo, es un metaloide
ampliamente utilizado en la fabricación de dispositivos semiconductores para la industria
electrónica, como rectificadores, diodos, transistores, circuitos integrados, microprocesadores,
etc…
TABLA PERIÓDICA
Imagen de dominio público extraída de Wikipedia Commons.
52
Sistemas materiales.
Un sistema material es una porción de materia. Pueden encontrarse en cualquiera de los
estados de agregación: sólido, liquido o gas (una piedra, un zumo, el aire)
Pueden clasificarse en sustancias puras o mezclas:
Sustancias puras.
Las sustancias puras son aquellos sistemas materiales formados por un solo tipo de
sustancia. Se clasifican en compuestos y elementos.
– Los compuestos son sustancias puras que están formados por dos o más átomos
distintos. (H2O, CO2, NaCl-sal común, NaOH-sosa)
– Los elementos son sustancias puras formadas por un solo tipo de átomo (Cu, Fe, Na,
Ca, Si, Hg, etc…). Son todos los que encontramos en la tabla periódica de los elementos.
Mezclas.
Las mezclas son aquellos sistemas materiales formados por más de una sustancia. Pueden
clasificarse en homogéneos o heterogéneos.
Mezcla homogénea.
Una mezcla es homogénea cuando no pueden distinguirse las sustancias que lo
componen, a simple vista o con instrumentos habituales (lupa, microscopio, etc...), y presentan
las mismas propiedades en toda su extensión (la leche, el vidrio o un folio en blanco). El
ejemplo de mayor interés, desde un punto de vista científico y tecnológico, son las
disoluciones.
Las disoluciones o soluciones están formadas por dos o más sustancias (por ser mezclas),
que no pueden distinguirse a simple vista unas de otras (por ser homogéneas). Las
disoluciones, en condiciones estándar, pueden encontrarse en cualquier estado de agregación o
fase y podemos diferenciar, en cualquier caso, distintos tipos de disoluciones según la fase de
las sustancias constituyentes:
• Disoluciones sólidas
DISOLUCIONES SÓLIDAS
– Aleaciones: sólido-sólido: acero, latón
(cobre+zinc),
hojalata
(acero
o
hierro+estaño laminado),…
– Amalgamas: líquido-sólido: son
aleaciones de en las que interviene el
mercurio (líquido en condiciones
habituales):
amalgama
de
oro
(mercurio+oro), amalgama de plata
(mercurio+plata), Estaño, Cobre, Zinc,
etc.
Latón
Amalgama de plata
Imágenes compartidas por Ulrich Birkhoff y
Dukejonell respectivamente.
• Disoluciones líquidas
– Sólido-líquido: suero fisiológico, salmuera, etc…
– Líquido-líquido: café con leche, agua con jarabe, etc…
– Gas-líquido: soda y cualquier bebida “con gas” (límite de homogeneidad).
53
• Disoluciones gaseosas (límite de homogeneidad)
– Sólido-gas: Polvo en el aire, agua nieve, etc…
– Líquido-gas: Niebla, ambiente perfumado, etc…
– Gas-gas: aire, vahos de eucalipto, etc…
Mezcla heterogénea.
Una mezcla es heterogénea cuando pueden distinguirse las sustancias que lo componen, a
simple vista o con instrumentos habituales, y por tanto, no presentan las mismas propiedades
en toda su extensión (ensalada, las rocas o las páginas de un libro)
Métodos de separación de los componentes de una
mezcla.
Mezclas heterogéneas
Los métodos para separar las sustancias que forman una mezcla aprovechará aquella
propiedad que sea diferente entre las sustancias que la forman.
IMANTACIÓN O SEPARACIÓN MAGNÉTICA.
Método de separación que
aprovecha
las
propiedades
magnéticas de alguna de las
sustancias que forman la mezcla.
Si una de las sustancias es atraída
por los imanes, utilizaremos un
imán para separarla del resto de
sustancias.
Imagen compartida por José A. Collado.
TAMIZACIÓN O CRIBADO.
Es el método de separación utilizado cuando la diferencia es
el tamaño de las sustancias que constituyen la mezcla
heterogénea. Si todas las sustancias son sólidas y el tamaño es
muy diferente, podemos utilizar un tamiz para dejar pasar las
más pequeñas y dejar en el tamiz las más grandes.
Imagen extraída del Banco de
imágenes y sonidos de INTEF.
FILTRACIÓN.
Es un método de tamización en la que el tamaño de los
agujeros es sumamente pequeño, puede ser un filtro de papel, de
algodón, de arena, telas especiales, lana de vidrio, amianto…
Imagen compartida por Woww.
54
DECANTACIÓN.
Puede usarse para separar sólidos de líquidos por la
diferencia de densidad, cuando el sólido es más denso que el
líquido, se deja sedimentar el sistema, es decir se deja en reposo
y con el tiempo el sólido se depositará en el fondo del recipiente,
y se separa la parte superior, líquida, volcando ligeramente el
vaso que lo contenga.
También puede usarse para separar dos líquidos, de diferente
densidad, no miscibles (no se disuelven unos en otros). En este
caso podemos utilizar el proceso anterior o usar un embudo de
decantación como el que se encuentra en la figura.
Imagen compartida por Eloy.
Mezclas homogéneas
EVAPORACIÓN.
Los átomos de la superficie de un líquido
están menos ligados que el resto de átomos
debido a que están rodeados por menos vecinos
por lo que es más fácil que puedan escapar.
Estos átomos que abandonan el líquido están
sufriendo el proceso de vaporización por
evaporación. Este proceso se da en la superficie
del líquido a cualquier temperatura. A medida
que aumentamos la temperatura del líquido más
átomos adquieren la energía suficiente para
escapar
aumentando
la
velocidad
de
evaporación.
Cuando tenemos una disolución líquida
formada por la mezcla de dos o más sólidos en
un líquido podemos separar los sólidos del
líquido esperando el tiempo suficiente para que
se evapore este último. Los sólidos que
empiezan a aparecer se les denomina
precipitado.
Las salinas son grandes extensiones de
terreno expuestas al sol, en zonas
cálidas, que se inundan con agua salada
proveniente del mar. Por medio del
proceso de evaporación del agua se
obtiene como precipitado sal común
(cloruro sódico). Imagen compartida por
Rude.
DESTILACIÓN.
La destilación es un método de separación de mezclas homogéneas líquidas
formadas por dos o más líquidos miscibles con temperaturas de ebullición
suficientemente diferentes. Este proceso aprovecha la diferencia en la temperatura de
ebullición para conseguir que la mezcla adquiera una temperatura intermedia entre
ambas de modo que la sustancia con menor punto de ebullición se vaporizará
rápidamente mientras que las otras sustancias sólo se vaporizan por evaporación y por
tanto a un ritmo mucho menor.
Para recoger los dos líquidos separados se utiliza una destilador o alambique. Este se
compone de de un recipiente que contiene la mezcla y que se expone a la fuente de calor.
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Los vapores de la sustancia más volátil se recoge en un serpentín o condensador que
fuerza a que disminuya su temperatura por debajo de su punto de ebullición por lo que
condensará formando el líquido que caerá gota a gota, por su propio peso, en un
recipiente.
DESTILADOR DE LABORATORIO.
Imagen compartida por Skaller.
ALAMBIQUE DE COBRE.
Alambique proveniente de Santa María del cobre,
hecho de cobre martillado. Mostrado en la
colección del Museo de Arte Popular de la
Ciudad de México. Imagen compartida por
Laloreed22.