TEMA 2 LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA 2 BACH

 1. Composición de la Tierra

2. La geosfera terrestre

 3. La atmósfera terrestre

La atmósfera es la capa gaseosa que, a modo de envoltura protectora, rodea la superficie de la Tierra. Los gases son retenidos por la gravedad terrestre cerca de la superficie y acompañan al planeta en su giro y desplazamiento. 

El 95 % del total de la masa atmosférica se concentra en sus primeros 20 km .

Los gases están mezclados, sin reaccionar entre sí. En la atmósfera también hay polvo, partículas en suspensión derivadas de los incendios de bosques y de las erupciones volcánicas y partículas de sales procedentes de la evaporación de gotas de agua salada. 

Su límite inferior es la superficie sólida y líquida del planeta, pero el superior no está claro. Este límite se ha fijado en los 10 000 km , pues a esa altura la concentración y composición de los gases atmosféricos es similar a la del espacio.

1. Importancia de la atmósfera: La atmósfera terrestre realiza una serie de funciones que hacen posible la vida en la Tierra. Actúa como filtro protector. Las radiaciones solares de alta energía (rayos Ultravioletas, rayos X y rayos γ) son peligrosas para los seres vivos, producirían quemaduras, cánceres de piel, etc. si no fuese porque la atmósfera hace de filtro y las absorbe en la ionosfera y en la ozonosfera. Contiene los gases imprescindibles tanto para la respiración de los seres vivos, el oxígeno , como para la fotosíntesis de las plantas, el dióxido de carbono . Regula la temperatura. Mantiene unas condiciones climatológicas que permiten la vida, pues algunos de sus gases conservan el calor procedente del Sol, manteniendo una temperatura media de 15 °C . Sin el efecto invernadero natural sería de -18º C. En ella se dan los fenómenos meteorológicos que condicionan a los organismos vivos: precipitaciones, viento, etc. Protege la superficie terrestre contra la caída y el impacto de cuerpos sólidos, como los meteoritos.   2. ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA 2.1. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE Gases Porcentaje e volumen Nitrógeno (N2) 78% Oxígeno (O2) 21% Argón (Ar) 0,93% Dióxido de carbono (CO2) 0,033% Helio (He), metano (CH4), hidrógeno (H2), ozono (O3) y vapor de agua (H2O) 0,01% 2.2. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE La atmósfera se extiende hasta una altura de 10.000 km. En ella se distinguen una serie de capas horizontales. Según su comportamiento, se divide en dos partes: la homosfera en la que se distinguen tres capas: troposfera, estratosfera y mesosfera, y la heterosfera que se divide en termosfera y exosfera. El límite entre ambas capas se denomina homopausa. 1. La homosfera Es una capa uniforme que se extiende hasta los 80 km de altitud. Está formada por una mezcla de los gases que recibe el nombre de aire. La uniformidad de esta capa se debe a los movimientos de la masa de gases. Troposfera Se extiende desde la superficie hasta unos 12-15 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 25 y 30 km se encuentra la capa de ozono donde se encuentra la mayor parte del ozono atmosférico que constituye un filtro de la radiación ultravioleta procedente del sol. Se produce según la reacción: O2 + hv = O + O; O2 + O -> O3         O3 + uv ->3/2 O2 + 34 Kcal/mol + O; O + O2 -> O3 Esta reacción libera calor, por lo que la temperatura en la estratosfera aumenta progresivamente hasta llegar a 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. Los meteoritos al entrar en la atmósfera rozan con los gases de al mesosfera, inflamándose, volviéndose incandescentes y originando las estrellas fugaces. 2. La heterosfera.  Situada encima de la homosfera, llega hasta unos 10.000 km. En esta capa no existen mecanismos de mezcla por lo que los gases se distribuyen en capas según su densidad. 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. Estos gases actúan de filtro absorbiendo los rayos X y los rayos g procedentes del sol. Cuando estas radiaciones inciden sobre las moléculas de nitrógeno y de oxígeno, producen la rotura de los enlaces y la formación de iones, con desprendimiento de calor. Como consecuencia de estas reacciones, la temperatura de la termosfera asciende hasta los 1000ºC. 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 10000 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.

  

3. Formación de ozono estratosférico

El ozono estratosférico se constituye en el principal filtro de la radiación ultravioleta proveniente del Sol, ya que, si no es absorbida y alcanza la superficie de la tierra, puede incrementar los casos de cáncer en la piel, cataratas y afectar el sistema inmunológico en los humanos. 

La absorción de radiación UV-B por el ozono es una fuente de calentamiento de la estratosfera, que contribuye a que en esta región se presenten incrementos de temperatura con la altura. Debido a lo anterior, el ozono desempeña un papel importante en el control de la temperatura de la atmósfera terrestre.

El ozono estratosférico se forma en la atmósfera cuando la radiación ultravioleta alcanza la baja estratosfera y disocia las moléculas de oxigeno (O2) en oxigeno atómico (O). Posteriormente, el oxígeno atómico se combina rápidamente con otras moléculas de oxigeno (O2) para formar el ozono (O3), de acuerdo al siguiente mecanismo de Chapman (1930):

Para romper el enlace del O2 la energía solar debe ser fuerte (radiación ultravioleta con longitud de onda menor de 240 nm, que pertenece a la categoría de radiación UV-C que es la de mayor contenido energético de la radiación UV). La reacción de la figura ocurre continuamente y la zona de mayor producción de ozono es la estratósfera tropical, ya que es donde se presenta la mayor incidencia de radiación UV sobre la tierra.

 4. LA RADIACIÓN SOLAR, balance energético global

4. DINÁMICA ATMOSFÉRICA

4.1. Movimientos verticales de masas de aire.

Causados por diferencias en la temperatura con la altitud.

Tres son los gradientes de temperatura en la atmósfera:

• El gradiente vertical de temperatura (GVT) que determina el enfriamiento del aire en altura y la consiguiente condensación del vapor de agua: 0.65 ºC/100m.
• El gradiente adiabático seco (GAS) que determina cómo disminuye la temperatura de una masa ascendente de aire con agua en estado gaseoso: 1º C/100m.
  

- Al ascender el aire, la presión disminuye, el aire se expande y se producen menos choques entre las partículas, por lo que disminuye la temperatura. - Al descender el aire, la presión aumenta, el aire se contrae y se producen más choques entre las partículas, por lo que la temperatura aumenta.

• El gradiente adiabático húmedo (GAH) que se refiere al cambio de temperatura de una masa que asciende cargada de agua en estado líquido: variable entre 0.3 y 0.7ºC/100m.

Situación de inestabilidad atmosférica 

Ocurre cuando una masa de aire cálido y poco denso comienza a ascender. El vacío dejado por el aire que asciende genera una zona de bajas presiones (B) en la superficie que se llena con el aire de los alrededores. Estas zonas se denominan depresiones, borrascas o ciclones y se asocian a tiempo desapacible, ya que el aire al ascender se enfría y hace que el vapor de agua se condense formando nubes, que pueden dar lugar a precipitaciones.

Situación de estabilidad atmosférica 

Ocurre cuando una masa de aire frío y denso, situada a cierta altura, desciende hasta contactar con el suelo. Esto provoca un aumento de la presión atmosférica en la superficie generándose una zona de altas presiones (A) haciendo que el aire tienda a escapar hacia el exterior. Estas zonas de altas presiones se denominan anticiclones y se asocian a tiempo estable, ya que el aire, al descender, va calentándose y el agua se evapora, desapareciendo las nubes.

4.2. Movimientos horizontales de masas de aire.

Generan el viento. Se producen por diferencias an le presión y temperatura de dos puntos de la atmósfera.

La trayectoria que sigue el viento puede sufrir desviaciones debidas a la fuerza de Coriolis, y el rozamiento con el relieve. La fuerza de Coriolis, que es consecuencia de la rotación terrestre, desvía la trayectoria de un objeto o fluido en movimiento: En el hemisferio norte lo desvía hacia la derecha si se dirige al sur y hacia la izquierda si se dirige al norte. En el hemisferio sur lo desvía hacia la izquierda si se dirige al sur y hacia la derecha si se dirige al norte.

El efecto Foëhn

5. CIRCULACIÓN GENERAL ATMOSFÉRICA

A escala planetaria aparecen diversas células de circulación atmosférica que hacen que en determinadas latitudes predominen las borrascas y se produzcan importantes precipitaciones a lo largo del año y que, en otras zonas, predominen los anticiclones acompañados de sequías.

 • En el ecuador hay una zona de bajas presiones permanente, la zona de convergencia intertropical (ZCIT), en la que convergen vientos del NE y de SE, los vientos alisios, que proceden de una zona anticiclónica situada sobre los 30° de latitud (N y S). 

• El viento que asciende en el ecuador genera en altura los vientos contra alisios, que se van enfriando y bajan en las zonas tropicales de altas presiones. De esta zona, además de los alisios, salen los vientos del oeste, de poniente o westerlies, que, por efecto de la de fuerza de Coriolis, tienen una dirección SO a NE en el hemisferio norte y NO a SE en el hemisferio sur. 

• En los polos, el aire está frío y es muy denso, lo cual genera altas presiones que envían vientos polares del este, de levante o easterlies, que convergen en una zona subpolar de bajas presiones situada sobre los 60° de latitud.

Las zonas de abundantes precipitaciones se encuentran en torno al ecuador; por el contrario, las zonas con sequía prácticamente continua ocupan una franja entorno a cada uno de los trópicos. Es donde se instalan desiertos como el del Sahara. Estas células de circulación atmosférica dan lugar en el planeta a bandas climáticas diferenciadas: dos polares, dos templadas, dos tropicales y una ecuatorial o intertropical.

La corriente de chorro

6. LOS MAPAS DEL TIEMPO EN SUPERFICIE

Los mapas del tiempo en superficie representan la situación de la atmósfera (el tiempo) en un momento concreto. Los elementos más importantes de los mapas del tiempo en superficie son: 

• Las isobaras: son líneas que unen puntos con la misma presión atmosférica. En ellas se indica la presión en esos puntos medida en milibares (mb). 

• Los frentes fríos: son masas de aire más frío que el aire que las rodea. Se representan mediante líneas con triángulos de color azul. 

• Los frentes cálidos: son masas de aire más caliente que el aire que las rodea. Se representan mediante líneas con semicircunferencias de color rojo.

• Los frentes ocluidos: son zonas en las que se mezclan frentes fríos con frentes cálidos que tenderán a estabilizarse y desaparecer. Se representan con líneas que alternan triángulos y semicircunferencias.

Para interpretar un mapa del tiempo, debemos analizar las características de los anticiclones, borrascas y frentes. 

• Los anticiclones: sus isobaras tienen presiones de 1013 mb o más. El centro tiene una presión alta que va disminuyendo a medida que nos alejamos de él. 

• Las borrascas: sus isobaras tienen presiones de 1013 mb o menos. El centro tiene presiones bajas que van en aumento a medida que nos alejamos de él. 

• Las masas de aire predominantes: dependiendo del lugar del mundo en el que nos encontremos, los centros de acción y frentes que afectan mayoritariamente a una zona pueden cambiar. En España, las masas de aire más influyentes son el anticiclón de las Azores, el anticiclón continental establecido en Asia y que se prolonga hasta Europa y diversos frentes entre los que predomina un frente polar que separa el aire caliente que nos llega de zonas tropicales del aire frío que llega del norte.

7. EL CLIMA Y LOS CLIMOGRAMAS

Factores que determinan el Clima

Los principales factores que determinan el clima son:

• La Latitud. El calor del Sol se distribuye de manera desigual en la superficie de la Tierra. En las zonas próximas al ecuador se recibe la máxima insolación del Sol ya que las radiaciones inciden de forma perpendicular, mientras que en las zonas polares la insolación es mínima ya que los rayos llegan más oblicuos, con lo que el calor recibido por unidad de superficie es menor. Este es el principal factor que determina las grandes unidades climáticas.

•  La Temperatura. Depende principalmente de la latitud, aunque las corrientes atmosféricas también influyen en la temperatura del aire.
• La Humedad. Varia en función de las precipitaciones. Las precipitaciones tienen una distribución muy irregular y están condicionadas a la circulación de la atmósfera y de los océanos. La temperatura y la humedad se representan en unas gráficas llamas climogramas.
• La Altitud. La Temperatura del aire desciende unos 0,6ºC cada 100m de altura. Por esta razón, el clima de las regiones montañosas es más frío que el de las zonas bajas. Las bajas temperaturas favorecen la formación de nubes y niebla, que hacen que el clima de  montaña sea un clima húmedo.  
• La Vegetación. Las zonas con abundante vegetación mantienen la humedad del suelo, que es captada por las plantas y cedida a la atmósfera mediante la evapotranspiración.
• La Continentalidad. Los continentes y los océanos influyen en la distribución de las altas y las bajas presiones, y por tanto, de las anticiclones y las depresiones o ciclones.

Un climograma es un gráfico en el que representamos simultáneamente los valores de temperatura media mensual, mediante una línea, y los de precipitaciones mensuales medias, mediante barras verticales, para los doce meses del año.

En el comentario de estos gráficos hay que responder a las siguientes cuestiones:

1. Hemisferio donde se encuentra.
2. Temperatura media anual.
3. Amplitud térmica.
4. Temperatura del invierno y temperatura del verano.
5. Distribución estacional de las temperaturas y de las precipitaciones.
6. Precipitaciones totales anuales.
7. Números de meses secos y valor de la sequía.
8. Identificación del tipo de clima y sus características.
9. Tipo de vegetación que le corresponde. Características.

8. La hidrosfera terrestre

La hidrosfera está formada por todo el agua que se encuentra sobre la superficie terrestre y también bajo la superficie. Por tanto, la hidrosfera incluye al agua que se encuentra en:

• Los mares y océanos, que ocupan las dos terceras partes de la superficie terrestre con profundidades de unos 4000 metros. Contienen más del 97 % del toda el agua.
• Los glaciares alpinos, pero sobre todo, los casquetes polares de Groenlandia y la Antártida con hielo cubriendo el continente. El agua helada representa el 2,15 % del total de la hidrosfera.
• La banquisa o hielo marino, capa de hielo flotante de entre 1 y 20 metros de espesor que se forma en las regiones oceánicas polares.
• El agua de escorrentía superficial, que circula por ríos y lagos.
• El agua subterránea, que ocupa el interior de rocas porosas.
• La atmósfera, que contiene agua en forma de vapor y en las nubes.
• En la biosfera, formando parte de los seres vivos.

El agua ocupa las tres cuartas partes de la superficie, siendo el agua salada, de océanos y mares, el 97 % del total. Del 3 % de agua dulce, casi el 70 % es agua helada en los glaciares, y el 30 % en forma de agua subterránea, quedando alrededor de 1 % de agua en lagos, atmósfera, y una mínima cantidad en ríos.

El agua migra de unos depósitos a otros, por cambios de estado y por transporte a través del ciclo hidrológico.

VIDEO: EL CICLO DEL AGUA, SOSTENIBILIDAD

Las aguas superficiales son aquellas aguas, corrientes o estancadas, que están sobre la superficie terrestre, pudiendo ser continentales o marinas.

Las aguas superficiales continentales están sobre la superficie del continente, y provienen del agua caída en las precipitaciones o de las aguas subterráneas y que no se han infiltrado ni vuelto a la atmósfera por evaporación.

Hay dos tipos de aguas continentales:

• Aguas corrientes o lóticas. Son aguas que se mueven en una dirección, como los ríos o los arroyos.
• Aguas lénticas. Aguas continentales que están estancadas o que no fluyen, como los lagos, lagunas, humedales, etc.

Importancia del agua para los seres vivos.

Hace unos 3 500 millones de años, la vida surgió en las aguas de los primitivos océanos. Bajo ellas, los primeros seres vivos quedaban protegidos de las nocivas radiaciones ultravioletas del Sol.

Las primeras células se formaron como gotitas del océano primitivo encerradas en una membrana. . Por eso, las células actuales tienen una composición en sales parecida a la del agua del mar. Algunos animales, como las medusas, tienen un contenido en agua cercano al 97 %.

Alrededor del 70 % del peso de una célula se debe a su contenido en agua. El agua es fundamental para el desarrollo de los procesos vitales; los órganos más activos son los que mayor cantidad de agua tienen y los seres vivos perdemos agua a medida que envejecemos

Cuando la cantidad de agua disminuye, algunos seres vivos entran en estado de latencia (semillas de las plantas o de las esporas bacterianas). Y cuando vuelve a haber agua, se produce la germinación y la vida activa.

Importancia del agua en el clima

El agua es importante en la determinación del clima. Las nubes, formadas en las regiones donde abunda el agua líquida y la vegetación, son arrastradas por los vientos y distribuyen el agua por las distintas zonas de la Tierra.   Según el régimen de temperaturas y las precipitaciones, se establecen las diferentes zonas climáticas. De manera más local el agua se enfría y se calienta mucho más lentamente que la tierra. Por eso, las zonas cercanas al mar o a grandes extensiones de agua presentan climas mucho más suaves que los de las áreas continentales, pues las diferencias de temperatura entre el día y la noche son mucho menos marcadas.