Tema 3 L'atmosfera
1.- Introducció 2.- Composició i propietats de l'atmosfera 3.- Estructura de l'atmosfera 4.- L'efecte d'hivernacle 5.- La capa d'ozó 6.- Importància de l'atmosfera per als éssers vius 7.- L'atmosfera i els fenòmens meteorològics 8.- La contaminació atmosfèrica 8.1.- Augment de l'efecte d'hivernacle 8.2.- Destrucció de la capa d'ozó 8.3.- Pluja àcida
Tema 3: L'atmosfera 1.- Introducció L'atmosfera és la capa gasosa que envolta el nostre planeta. Els gasos que la formen no es dispersen a l'espai exterior a causa de la força de la gravetat, per la qual cosa la grandària de la Terra és prou gran per a permetre que s'establisca, sent un dels motius pels quals s'ha pogut formar vida.
Tema 3: L'atmosfera 2.- Composició i propietats de l'atmosfera L'aire que forma l'atmosfera, tal com sol dir-se, és una mescla d'àtoms i molècules majoritàriament en estat gasós. La composició i la proporció que tenen és la següent: • Nitrogen (N2): Representa el 78% de la nostra atmosfera, sent un gas inert que no interacciona amb altres molècules. • Oxigen (O2): Constitueix el 21% del volum de l'aire, sent un gas imprescindible per a la majoria dels éssers vius que existeixen. • Argó: És present en un 0,9%, no reacciona amb cap substància. • Diòxid de carboni (CO2): Tan sols representa el 0,03% dels gasos de l'atmosfera, però és molt important, ja que és necessari per a realitzar la fotosíntesi de les plantes i per a mantenir la temperatura en el nostre planeta. • Ozó (O3) i vapor d'aigua (H2O): El primer forma una capa que serveix de filtre protector enfront de radiació del Sol, el segon varia en la seua quantitat, formant els núvols o la boira; pot estar en estat líquid, sòlid o gasós. • Partículas sólidas y líquidas: Com la pols o el pol·len.
⇨ Quina proporció de l'atmosfera ocupen el N2 i l'O2 junts?
Tema 3: L'atmosfera
⇨ En una habitació cúbica de 7 metres de costat, quants metres cúbics haurà de nitrogen, oxigen i diòxid de carboni? ⇨ Representa mitjançant un diagrama de barres els percentatges dels diferents gasos que componen l'atmosfera. Has tingut problemes per a representar el diòxid de carboni? Per què?
Tema 3: L'atmosfera - La composició de l'atmosfera no ha sigut la mateixa al llarg de la història del nostre planeta. Al principi no hi havia oxigen i, gràcies als primers organismes fotosintètics, es va anar modificant fins a aconseguir els valors que tenim actualment. Això significa que els éssers vius són capaços de canviar la composició de l'atmosfera, incloent-hi l'ésser humà. - La composició de l'atmosfera és també la responsable dels diferents tons del cel que apreciem, com el blau o el taronja. Això es deu a la dispersió dels rajos solars en impactar sobre les seues partícules. Quan la llum impacta sobre les gotes d'aigua, els rajos es descomponen en tot l'espectre visible, donant lloc a un arc de Sant Martí. - Com l'atmosfera està composta de diferents molècules, pesaran com qualsevol altre objecte. La pressió qualcomo atmosfèrica es defineix com el pes d'una columna d'aire des del punt en el qual es mesura fins al límit de l'atmosfera, és a dir, el pes de l'aire que tenim damunt. Com a mesura que ascendim hi ha menys molècules, el pes cada vegada serà menor.
Tema 3: L'atmosfera 3.- Estructura de l'atmosfera L'atmosfera no és homogènia a causa de la diferent densitat dels gasos que la formen, els més densos estaran més prop de la superfície i els menys densos més lluny. Això origina unes capes que són les següents:
Tema 3: L'atmosfera •
Troposfera: És la capa que està en contacte amb la superfície de la Terra, té una altitud variable, des dels 6 km en els pols als 18 km en l'equador. És la capa on es produeixen els fenòmens meteorològics i on es desenvolupa la vida en el nostre planeta. La seua temperatura va disminuint amb l'altura.
•
Estratosfera: És la capa que està després de la troposfera i s'estén des dels 6-18 km fins als 50 km. En aquesta zona la temperatura augmenta a mesura que ascendim a causa de l'impacte dels rajos ultraviolats, transformant l'oxigen en ozó. Aquest fenomen crea una capa en el seu interior des dels 15 km fins als 40 km denominada ozonosfera o capa d'ozó que absorbeix el 98% de la radiació ultraviolada que arriba al nostre planeta, per la qual cosa ens protegeix de la radiació i permet la vida tal com la coneixem.
Tema 3: L'atmosfera •
Mesosfera: La tercera capa de la Terra s'estén des dels 50 km fins als 80 km d'altura i és la zona més freda, aconseguint els -80 °C. En aquesta capa és on es formen les estreles fugaces en desintegrar-se els meteorits a causa del fregament amb les partícules de l'atmosfera.
•
Termosfera o Ionosfera: Compresa des dels 80 als 500 km. Aquesta capa funciona com a filtre protector de la radiació solar més energètica i nociva, que són els rajos X i els rajos gamma. Per la incidència de la radiació, la temperatura en aquesta zona pot aconseguir els 1000 ° C.
•
Exosfera: L'última capa de l'atmosfera s'estén des dels 500 fins als 10000 km aproximadament, encara que no té un límit definit per ser una progressiva transició amb l'espai exterior.
Tema 3: L'atmosfera 4.- L'efecte d'hivernacle L'efecte d'hivernacle és un procés natural mitjançant el qual l'atmosfera reté part de la calor que procedeix del Sol. Aquesta característica de l'atmosfera permet que la temperatura a la Terra oscil·le entre uns valors compatibles amb la vida. Igual que a un hivernacle, part de la radiació del Sol travessa l'atmosfera i arriba a la superfície terrestre, això provoca un augment de la temperatura. Part de la calor generada ascendeix i s'escapa a l'espai, però una altra part és reflectida de nou a causa dels gasos d'efecte d'hivernacle que formen l'atmosfera, com el vapor d'aigua o el diòxid de carboni. En retenir aquesta calor, la temperatura mitjana del planeta és d'uns 15 °C; sense aquest efecte la temperatura mitjana seria de -18 °C, sent molt altes de dia i molt baixes de nit.
Tema 3: L'atmosfera
Tema 3: L'atmosfera 5.- La capa d'ozó L'atmosfera funciona com un filtre protector que permet la vida en la Terra i la protegeix. Existeixen molts tipus de radiació: • Rajos X i rajos gamma: Són molt energètics i per això molt perjudicials perquè són capaços de travessar el nostre cos i provocar mutacions que donen lloc a tumors. Aquestes radiacions són filtrades en la termosfera. • Rajos ultraviolats (UV): La seua radiació és menys energètica que les anteriors, però és capaç de travessar la nostra pell, originant múltiples tipus de càncer de pell i malalties oculars. Els rajos UV són absorbits per la capa d'ozó de l'estratosfera. L'ozó (O3) es forma a partir de l'oxigen (O2) de l'atmosfera quan la llum UV impacta en una molècula d'oxigen, provocant que es trenque el seu enllaç i quedant dos àtoms d'oxigen. En aquest estat, els àtoms d'oxigen s'uneixen a molècules d'O2 per a formar l'ozó.
Tema 3: L'atmosfera 6.- Importància de l'atmosfera per als éssers vius L'existència de l'atmosfera ha sigut vital per a la formació de la vida i permet que continue existint per múltiples motius: •
Acció protectora: Actua com un filtre protector enfront de les radiacions i impedeix l'entrada de la majoria dels meteorits en desintegrar-los pel fregament durant la seua caiguda.
•
Acció reguladora: Permet que la temperatura del planeta siga estable i més càlida. Aquest fet manté l'aigua en estat líquid, component imprescindible per a la vida.
•
Gasos atmosfèrics: Algunes de les molècules presents en l'atmosfera són indispensables perquè es produïsca la funció de nutrició dels éssers vius: •
El CO₂ és necessari per als organismes autòtrofs, com les plantes, per a realitzar la fotosíntesi.
•
L'O2 és utilitzat per quasi tots els éssers vius per a realitzar la respiració cel·lular, procés en el qual s'obté energia.
Tema 3: L'atmosfera 7.- L'atmosfera i els fenòmens meteorològics La calor rebuda pel Sol es distribueix per tot el planeta gràcies a l'atmosfera, generant el vent i tots els fenòmens derivats del vapor d'aigua que conté: •
El vapor d'aigua prové de l'evaporació de l'aigua present en rius i oceans, de la superfície terrestre i de la transpiració de les plantes.
•
La diferència de temperatura i pressió a diferents altures ocasiona que l'aire experimente moviments que originen el vent.
La humitat es defineix com la quantitat de vapor d'aigua present en l'aire. Quan l'aigua líquida es calfa, s'evapora i passa a formar part de l'atmosfera, si es refreda es condensa i torna a passar a estat líquid, donant lloc a diferents fenòmens meteorològics com: •
Núvols: Es formen quan el vapor d'aigua es condensa sobre la pols atmosfèrica, quedant retingudes entre masses d'aire.
•
Boira: Són núvols que es formen arran de terra.
•
Rosada i rosada blanca: Quan el vapor d'aigua es condensa sobre superfícies com les plantes en forma de gotes d'aigua o gel.
Tema 3: L'atmosfera La precipitació és la caiguda d'aigua des de l'atmosfera al sòl en forma líquida o sòlida. Aquest fenomen es produeix quan descendeix la temperatura, això provoca una acumulació de gotes d'aigua en l'atmosfera que guanyaran pes i acabaran caient en forma de pluja. Si la temperatura és més baixa, les gotes d'aigua formen cristalls de gel, caient en forma de neu. Si existeixen corrents d'aire ascendent, els cristalls de gel tornen a pujar i tornen a congelar-se, caient en forma de graníssol o pedra.
Tema 3: L'atmosfera 8.- La contaminació atmosfèrica L'emissió de partícules i gasos a l'atmosfera per part de l'ésser humà està afectant la seua composició i, amb això, a la seua correcta dinàmica i funcionament. L'impacte en els éssers vius és molt evident, com en el cas de les molses o els amfibis, però també en les persones, provocant trastorns respiratoris, cutanis o oculars. La contaminació atmosfèrica es defineix com l'alteració de la composició normal de l'aire deguda a la presència de partícules i formes d'energia que impliquen risc o mal als éssers vius i al seu entorn.
Tema 3: L'atmosfera La contaminació es produeix per dues fonts diferents: •
Contaminants naturals: No es deuen a la intervenció humana. Destaquen els gasos emesos en les erupcions volcàniques o en els incendis forestals.
•
Contaminants artificials: Es deuen exclusivament a l'activitat humana i poden ser de diversos tipus, els principals són: •
Radioactivitat: A les centrals nuclears poden alliberar-se radiacions molt energètiques i molt nocives.
•
Compostos químics: S'emeten en el sector industrial i en els transports en forma de partícules sòlides o gasoses com els òxids de nitrogen i sofre, el CO2, l'O3 o el monòxid de carboni.
La contaminació atmosfèrica altera i danya els ecosistemes, deteriora materials i construccions i contamina el sòl, però els tres efectes més importants són els següents:
Tema 3: L'atmosfera 8.1.- Augment de l'efecte d'hivernacle: L'efecte d'hivernacle és un procés natural i imprescindible per a la vida en el nostre planeta, però l'augment de gasos d'efecte hivernacle incrementa les seues conseqüències, provocant un fenomen conegut com a calfament global en el qual la temperatura global del planeta augmenta i, com a conseqüència, provoca un canvi climàtic. Els gasos que més retenen la calor reflectida per la superfície terrestre són el vapor d'aigua, el diòxid de carboni i el metà, sent els dos últims els que més s'han modificat per l'acció de l'home. El diòxid de carboni s'emet en cremar combustibles fòssils com el carbó o el petroli en les indústries, calefaccions i en els transports, mentre que el metà es desprén, sobretot, en utilitzar el gas natural com a combustible.
Tema 3: L'atmosfera
Tema 3: L'atmosfera S'observa molt clarament l'augment de temperatura que està patint el planeta des de finals del segle XIX fins a l'actualitat, el calfament global. Des d'aquest moment, l'ésser humà ha augmentat l'emissió de CO₂ per la crema de combustibles fòssils i la destrucció dels boscos, aquest fenomen està provocant canvis progressius i cada vegada majors que afecten a tot el planeta: •
L'augment de la temperatura causa el progressiu desglaç dels pols, augmentant el nivell de la mar i destruint les zones costaneres.
•
La presència més gran d'aigua líquida afavoreix la seua evaporació cap a l'atmosfera, augmentant encara més l'efecte d'hivernacle.
Tema 3: L'atmosfera •
Canvis en la dinàmica atmosfèrica, provocant períodes curts de pluges torrencials i llargues temporades de sequera.
•
La variació en la temperatura i en el cicle de l'aigua modifica els ecosistemes del planeta, provocant l'extinció de milers d'espècies com els corals o modificant la seua conducta com les migracions dels ocells.
Tema 3: L'atmosfera 8.2.- Destrucció de la capa d'ozó: L'emissió dels denominats CFC o gasos clorofluorocarbonis presents en els aerosols o fluids refrigerants són els responsables d'eliminar l'ozó de l'estratosfera. Els CFC són molècules artificials produïdes per l'ésser humà, els àtoms de clor que posseeixen reaccionen amb l'ozó i el transformen en molècules d'oxigen. En 1985 es va descobrir un forat en la capa d'ozó en el pol Sud que va obligar a realitzar acords internacionals per a prohibir la utilització dels CFC. Actualment s'està reduint i es preveu una recuperació quasi total sobre l'any 2050. L'eliminació d'aquesta capa permet l'entrada de la radiació UV, provocant mutacions en l'ADN, cremades en la pell, diferents tipus de càncer i danys en els ulls com a cataractes o ceguesa.
Tema 3: L'atmosfera 8.3.- Pluja àcida: La contaminació no es produeix exclusivament a escala global o en capes altes de l'atmosfera, la presència de determinats gasos prop de la superfície posa en contacte directe als éssers vius amb partícules perjudicials, produint danys de diversa índole. La pluja àcida és el fenomen que es produeix quan s'emeten òxids de nitrogen i sofre i es combinen amb el vapor d'aigua de l'atmosfera, generant compostos àcids com l'àcid nítric i àcid sulfúric. Aquests gasos són molt corrosius i quan precipiten amb la pluja deterioren els materials, contaminen el sòl i l'aigua i danyen als éssers vius com les plantes.
Tema 3: L'atmosfera Composició
Capes
Atmosfera
Nitrogen
Exosfera
Funcions
Ionosfera
Respiració
Oxigen
Fotosíntesi
Acció protectora
Acció reguladora
Mesosfera
Ozó
Filtre protector
Capa d'ozó
Efecte hivernacle
Estratosfera
Vapor d'aigua
Fenòmens meteorològics
Diòxid de carboni
Condensació
Núvols Boira Rosada
Precipitació Plutja Neu Graníssol
Troposfera Contaminació Augment d'efecte hivernacle
Destrucció capa d'ozó Pluja àcida