Tema 2. Esa envuelta gaseosa: la atmósfera.

Unidad 1: La atmósfera
Tema 2: Esa envuelta gaseosa: la atmósfera
Tema 2. Esa envuelta gaseosa: la atmósfera.
Desde el espacio la atmósfera se distingue como un fino halo azul claro en el perfil de la Tierra, un débil resplandor de
apariencia insignificante, pero que es la clave de muchos fenómenos que suceden en nuestro planeta.
Algunos fenómenos meteorológicos son inofensivos y previsibles como las lluvias suaves de otoño o el viento de la
orilla del mar, otros, como los huracanes son catastróficos, auténticas demostraciones de la energía que almacena la
atmósfera.
Imagen cedida por la NASA
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1. La átmosfera
Pulsa la tecla “Avance” y sigue las instrucciones.
La atmósfera
Es la capa gaseosa que, a modo de envoltura protectora, rodea a la Tierra. Puesto que la densidad del aire disminuye
gradualmente, el límite superior de la atmósfera no está claramente definido, pudiendo encontrarse gas sujeto a
gravedad a unos 10.000 km de altura.
El 75% de la atmósfera se encuentra en los primeros 11 km de altura desde la superficie planetaria. Junto a la
hidrosfera, constituyen el sistema de capas fluidas terrestres, cuyas dinámicas están estrechamente relacionadas.
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Fotografía en Banco recursos CNICE (Ministerio de Educación) bajo licencia
Creative Commons
Elementos que la forman
Esta formada por una mezcla de gases llamada aire y por partículas sólidas y líquidas en suspensión a las que
llamamos aerosoles.
Los aerosoles se concentran en la parte baja de la atmósfera.
Los gases de la atmósfera varían con la altitud tanto en composición como en densidad.
ATMÓSFERA EN OTROS PLANETAS
Que un planeta posea atmósfera depende sobre todo de su masa. Si el planeta es pequeño y no posee un
fuerte campo gravitatorio los gases se escapan hacia el espacio exterior.
En el Sistema Solar están rodeados de gases todos los planetas salvo Mercurio.
Venus: Posee una atmósfera ultradensa. Está compuesta principalmente de dióxido de carbono (CO2), y
gruesas nubes de ácido sulfúrico que cubren completamente al planeta. La atmósfera atrapa la poca cantidad
de energía del Sol que llega a la superficie así como también al calor que libera el planeta.
Marte: También posee atmósfera de CO2 pero muy ligera ya que el planeta tiene una masa pequeña que no le
permite retener muchos gases.
Júpiter: Es la atmósfera planetaria de mayor tamaño en todo el Sistema Solar. Está compuesta principalmente
por hidrógeno molecular y helio en una proporción comparable con la de una estrella.
Saturno: La atmósfera de Saturno posee un patrón de bandas oscuras y zonas claras similar al de Júpiter
aunque la distinción entre ambas es mucho menos clara en este caso.
Urano: El planeta Urano cuenta con una gruesa atmósfera formada por una mezcla de hidrógeno, helio y
metano, que puede representar hasta un 15% de la masa planetaria y que le da su color característico.
Neptuno: La atmósfera de Neptuno esta formada por hidrógeno, helio y un pequeño porcentaje de gas
metano, que le proporciona el color azul verdoso.
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Vamos a repasar algunas de las cosas que hemos aprendido
El límite superior de la atmósfera está delimitado a los 10.000 km.
Verdadero n
j Falso n
k
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m
j
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La mayoría de los gases atmosféricos se sitúan en los primeros 12 km.
Verdadero n
j Falso n
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En Mercurio no se aprecia una atmósfera por ser demasiado pequeño.
Verdadero n
j Falso n
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La temperatura superficial de Venus será muy alta.
Verdadero n
j Falso n
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2. Composición de la atmósfera
Pulsa la tecla Siguiente y sigue las intrucciones
Utiliza la animación inferior para investigar la composición de la atmósfera. Analiza qué capas se pueden distinguir en
función de dicha composición, y compara tus conclusiones con los contenidos que se explican más adelante. Si has
sido un buen investigador coincidirán, ¡¡Suerte!!
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La atmósfera presenta muy poco espesor, siendo mucho más fina que el radio terrestre. Si se concentrase en
una sola capa cada componente, sus espesores relativos serían:
El nitrógeno, más abundante, ocuparía 6.35 km, el oxígeno 1.68 Km, el Argón 74 m, el dióxido de carbono 2.8
m, y el resto de gases apenas ocuparían pocos centímetros.
Composición
Tomando como criterio la composición química, podemos dividir la atmósfera en dos capas, homosfera y heterosfera.
Homosfera: ocupa desde la superficie de la Tierra hasta unos 100 Km. Tiene una composición química muy uniforme:
78% N2, 21% O2, 0’934% Ar, 0’035% CO2, 0,003% de otros gases (Ne, He, H2, CH4, O3,…).
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Heterosfera: La heterosfera se extiende desde los 100 km hasta el límite superior de la atmósfera (en algunos casos
unos 10.000 km); está estratificada, es decir, formada por diversas capas con composición diferente.
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Aunque se trata de gases, éstos tienen masa, El peso total de la atmósfera es de unos 6.000 billones de
toneladas. Sin embargo este peso apenas se nota.
A nivel del mar, nuestro cuerpo soporta una presión periférica de algo más de 1 Kg/cm2, pero esa presión
sobre la piel se equilibra por la que ejerce hacia fuera el aire que entra en los pulmones y la sangre.
Aunque no los notamos, es importante considerar los efectos de la presión atmosférica, cómo veremos en el
próximo tema, las diferencias de presión que se generan son responsables de la mayoría de los fenómenos
atmosféricos.
Además, en determinados casos, las diferencias de presión producen una acción directa sobre nuestro
organismo.
Indica si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos:
a) En función de la composición química la atmósfera se divide en tres capas.
Verdadero n
j Falso n
k
l
m
j
k
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b) La Homosfera se extiende desde la superficie de la Tierra hasta unos 100 Km de altura y tiene una
composición muy heterogénea.
Verdadero n
j Falso n
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c) Los gases más abundantes de la homosfera son: nitrógeno y oxígeno.
Verdadero n
j Falso n
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d) La heterosfera está estratificada en diferentes capas de distinta composición.
Verdadero n
j Falso n
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e) En algunos casos la heterosfera puede alcanzar 10.000 Km de extensión.
Verdadero n
j Falso n
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j
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3. Estructura
Investigación "Estructura de la atmósfera". Pasa el ratón por las distintas alturas para conocer el valor de temperatura
en cada punto. Observa las cuatro gráficas de temperatura presentes y determina cuál de ellas es la correcta.
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Estructura
Si has investigado correctamente te habrás dado cuenta que la temperatura sufre variaciones en la vertical. Este
comportamiento permite dividir la atmósfera en una serie de capas denominadas respectivamente: troposfera,
estratosfera, mesosfera y termosfera.
Troposfera:
Se extiende desde la superficie hasta
unos 12 km de altura. La temperatura va
descendiendo con la altitud desde los
15ºC de media en la superficie hasta los
-60ºC en el límite superior. Contienen el
75% de la masa de la atmósfera y casi
todo el vapor de agua y los aerosoles
(partículas en suspensión). En esta
capa se dan las corrientes ascendentes
y descendentes de aire por lo que se
producen la mayor parte de los
fenómenos meteorológicos.
El límite superior se llama tropopausa y
se sitúa a unos 17 km sobre el Ecuador
y a 7 km sobre los polos.
Estratosfera:
Se extiende desde la troposfera hasta
los 50-60 km de altitud. Entre los 15 y 40
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km se encuentra la capa de ozono u ozonosfera donde se encuentra la mayor parte del ozono atmosférico.
La temperatura en la estratosfera
aumenta progresivamente desde los
-60ºC hasta los 0ºC. Su límite superior
se llama estratopausa.
Mesosfera:
Se extiende hasta la mesopausa
situada a unos 80 km de altitud. La
temperatura desciende con la altitud,
hasta llegar a unos –100ºC. Es la zona
más fría de la atmósfera. Los meteoritos
al entrar en la atmósfera rozan con los
gases de la mesosfera, inflamándose,
volviéndose incandescentes y
originando las estrellas fugaces.
Termosfera o ionosfera:
Hasta los 600 Km. Está formada por nitrógeno, oxígeno y helio, que se colocan de forma estratificada. En su zona
inferior encontramos una mayor concentración de nitrógeno y oxígeno. La temperatura de la termosfera asciende
hasta los 1.000 ºC.
En esta capa se producen las auroras boreales en las zonas de latitudes altas y se reflejan las ondas de radio
emitidas desde la superficie de la Tierra.
Exosfera:
Se extiende hasta el final de la atmósfera a unos 10.000 km. El gas que predomina es el hidrógeno. La densidad es
muy baja, la concentración de gases es muy baja, parecida a la del espacio exterior
El fenómeno conocido como aurora boreal (y austral, que también existe) se debe a la interacción de la
magnetosfera y el viento solar. La primera es la región del espacio en la que actúa el campo magnético
terrestre. Éste desvía las partículas cargadas (protones y electrones) del viento solar. En los polos magnéticos,
las partículas pueden entrar y entonces chocan con los átomos y moléculas de la termosfera, y parte de la
energía de la colisión se transforma en luz visible.
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Aurora Borealis. Imagen de Flickr bajo licencia cc.
Indica si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos:
a) La temperatura de la atmósfera aumenta en la vertical de forma continua a medida que nos alejamos de la
superficie de la Tierra.
j Falso n
k
l
m
j
k
l
m
Verdadero n
b) Desde la superficie de la Tierra hacia el espacio exterior la atmósfera se divide en las siguientes capas
teniendo en cuenta la variación de temperatura: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera y exosfera.
Verdadero n
j Falso n
k
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m
j
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c) Todos los fenómenos meteorológicos tienen lugar en la mesosfera.
Verdadero n
j Falso n
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d) Es en la estratosfera donde se encuentra la mayor concentración de ozono, la llamada ozonosfera.
Verdadero n
j Falso n
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e) La temperatura en la mesosfera puede llegar a los 1.000 ºC.
Verdadero n
j Falso n
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4. Efecto protector de la atmósfera
Las radiaciones electromagnéticas
La radiación electromagnética puede definirse como diminutos paquetes de energía (fotones) que son emitidos por
fuentes que pueden ser:
- Naturales: el Sol, tormentas eléctricas, etc.
- Artificiales: bombilla, líneas de transporte y distribución eléctrica, etc.
No toda la radiación tiene las mismas características, hay unas más energéticas y otras menos, eso origina todo un
abanico (espectro) de posibilidades: luz, rayos X, rayos ultravioletas, ondas de radio, etc..
La diferencia entre una y otra se basa en la longitud de onda y la frecuencia de los fotones. Ambos parámetros están
relacionados de forma inversa: a mayor longitud de onda, menor frecuencia (menor energía).
Si ordenamos los distintos tipos de radiaciones según su frecuencia obtendremos lo que se conoce como espectro
electromagnético. El Sol emite una amplia gama de esta radiación, la cual llega hasta la Tierra.
La luz visible es la luz que percibimos; la luz infrarroja origina calor; los rayos ultravioleta de menor frecuencia (UV-A)
son los responsables de que nos bronceemos; los rayos X los utilizamos para ver a través de los objetos; las ondas de
radio permiten comunicarnos o las microondas cocinar. Todos ellos no son más que radiaciones electromagnéticas (y
por lo tanto, fotones) de distintas longitudes de onda.
A efectos biológicos distinguimos entre radiaciones ionizantes y radiaciones no ionizantes.
Radiaciones ionizantes: se trata de ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia que tienen la suficiente energía
como para producir ionización y, por tanto, causar efectos nocivos sobre los seres vivos. En este grupo se encuentran
los rayos gamma, rayos X y ultravioleta de alta frecuencia (UV-C y UV-B).
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Radiaciones no ionizantes: se trata de ondas electromagnéticas de menor frecuencia que las ionizantes, que no
tienen la suficiente energía como para producir efectos negativos sobre la materia viva. En este grupo se incluyen la
radiación ultravioleta de menor frecuencia (UV-A), la luz visible, la radiación infrarroja, las microondas y las ondas de
radio.
Las radiaciones ionizantes pueden causar efectos nocivos en los seres vivos ya que dañan los tejidos
biológicos y son causantes de tumores como el cáncer de piel. ¿Sabes cuál es la relación?
Mueve el ratón sobre distintas alturas de la atmósfera y observa la radiación recogida en cada punto. Analiza qué
capas filtran las distintas radiaciones (recuerda dónde se encuentran las distintas capas). Compara tus resultados con
los contenidos explicados más abajo.
(UV1 ultravioleta más energético, UV2 ultravioleta menos energético)
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La atmósfera, filtro protector
La atmósfera actúa como filtro protector, de forma que las radiaciones que inciden sobre la superficie terrestre quedan
atenuadas.
Por un lado impide la caída de meteoritos pequeños, y por otro absorbe distintas radiaciones muy perjudiciales para
los seres vivos.
Efecto protector de la ozonosfera
En la estratosfera se encuentra la mayor parte del ozono atmosférico (O3), entre los 15 y los 40 km de altura.
La formación del ozono se produce por la radiación electromagnética que es capaz de romper el enlace O−O del
oxígeno molecular y formar átomos de O, que al combinarse con el O2 (molecular) originan O3 (ozono). La molécula
de ozono se destruye de nuevo absorbiendo más radiación ultravioleta. De esta forma se está absorbiendo energía
ultravioleta en un ciclo cerrado de formacióny destrucción de ozono.
Esta reacción libera calor, y es por ello que la temperatura en la estratosfera aumenta progresivamente hasta llegar a
los 0ºC.
El ozono absorbe la práctica totalidad de las radiaciones ultravioleta de alta frecuencia (más energética).
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Efecto protector de la ionosfera
En la ionosfera, los rayos X, los rayos gamma y parte de los ultravioleta más energéticos, son absorbidos por los
gases presentes en ella (H2, O2 y el N2), actuando éstos como filtros.
Cuando estas radiaciones inciden sobre las moléculas producen la rotura de los enlaces y la formación de iones, con
desprendimiento de calor. Estas reacciones son las responsables del aumento de la temperatura en la termosfera
(asciende hasta los 1.000ºC).
Las capas ionizadas poseen la facultad de reflejar las ondas de radio procedentes del Sol y de la Tierra.
Podemos recibir las ondas de radio gracias a la existencia de esa capa, la ionosfera, que al estar compuesta de
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partículas cargadas, y altamente energéticas, refleja las ondas de radio al chocar con ellas.
En general, si hay más electrones, se pueden usar frecuencias más altas, aunque, de hecho, se trata de una
región muy dinámica con variaciones a lo largo del día según la intensidad del viento solar.
Puedes encontrar mucha más información en ésta página: Regiones de la ionosfera
Indica si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos:
a) Tan sólo un 15% de la radiación procedente del Sol es reflejada por las nubes y las distintas capas de la
atmósfera.
Verdadero n
j Falso n
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b) La Ionosfera nos protege de los rayos gamma, X y algunos ultravioletas.
Verdadero n
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c) Esos rayos son absorbidos por el ozono atmosférico.
Verdadero n
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d) La mayor concentración de ozono atmosférico (O3) se encuentra en la estratosfera, entre los 15 y los 40 Km
de altura.
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Verdadero n
e) El ozono absorbe la totalidad de las radiaciones ultravioletas.
Verdadero n
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5. Efecto invernadero
El efecto invernadero
El efecto invernadero natural es un fenómeno atmosférico que permite mantener la temperatura del planeta en un
intervalo compatible con la vida que conocemos. De no existir el fenómeno, las fluctuaciones climáticas serían
intolerables.
La radiación solar de onda corta que llega a la superficie terrestre es absorbida por océanos y continentes
produciendo su calentamiento. Al mismo tiempo, y debido a esta temperatura, la superficie emite energía hacia la
atmósfera en forma de radiación infrarroja de onda larga.
Pero sucede que la atmósfera es opaca a la mayor parte de esa radiación de onda larga, de manera que es absorbida
por los gases atmosféricos de efecto invernadero, por el vapor de agua, el CO2 y CH4, provocando el calentamiento
de la misma.
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Si sobre la Tierra no actuase el efecto invernadero su temperatura media sería de -18ºC en lugar de los 15ºC
actuales, nada más y nada menos que ¡33ºC de diferencia!. Así que el efecto invernadero hace del planeta un
lugar mucho más agradable y por tanto es considerado bueno. El problema es provocar su incremento.
Esta es la explicación al efecto invernadero de Isaac Asimov en su libro 100 preguntas básicas sobre la ciencia
"Pensad ahora en una casa de cristal al aire libre y a pleno sol. La luz visible del Sol atraviesa sin más el vidrio
y es absorbida por los objetos que se hallen dentro de la casa. Como resultado de ello, dichos objetos se
calientan, igual que se calientan los que están fuera, expuestos a la luz directa del Sol.
Los objetos calentados por la luz solar ceden de nuevo ese calor en forma de radiación. Pero como no están a
la temperatura del Sol, no emiten luz visible, sino radiación infrarroja, que es mucho menos energética. Al cabo
de un tiempo, ceden igual cantidad de energía en forma de infrarrojos que la que absorben en forma de luz
solar, por lo cual su temperatura permanece constante (aunque, naturalmente, están más calientes que si no
estuviesen expuestos a la acción directa del Sol).
Los objetos al aire libre no tienen dificultad alguna para deshacerse de la radiación infrarroja, pero el caso es
muy distinto para los objetos situados al sol dentro de la casa de cristal. Sólo una parte pequeña de la radiación
infrarroja que emiten logra traspasar el cristal. El resto se refleja en las paredes y va acumulándose en el
interior.
La temperatura de los objetos interiores sube mucho más que la de los exteriores. Y la temperatura del interior
de la casa va aumentando hasta que la radiación infrarroja que se filtra por el vidrio es suficiente para
establecer el equilibrio."
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¿Crees que un invernadero beneficia o perjudica a las plantas en su interior?
Indica si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos:
a) El efecto invernadero es un proceso artificial producido por la quema abusiva de combustibles fósiles.
Verdadero n
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b) Gracias al efecto invernadero la vida es posible en la Tierra tal y como la conocemos.
Verdadero n
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c) Si no existiera el efecto invernadero la temperatura de la Tierra sería prácticamente la misma, sobre 18ºC.
Verdadero n
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d) La radiación solar de onda corta que llega a la Tierra es reflejada por el suelo y los océanos en forma de
radiación infrarroja de onda larga.
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Verdadero n
e) Los gases que producen el efecto invernadero son, principalmente, el vapor de agua, el CO2, CH4.
Verdadero n
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