Tema 3
La atmรณsfera
1.- Introducción 2.- Composición y propiedades de la atmósfera 3.- Estructura de la atmósfera 4.- El efecto invernadero 5.- La capa de ozono 6.- Importancia de la atmósfera para los seres vivos 7.- La atmósfera y los fenómenos meteorológicos 8.- La contaminación atmosférica 8.1.- Aumento del efecto invernadero 8.2.- Destrucción de la capa de ozono 8.3.- Lluvia ácida
1.- Introducción
Tema 3.- La atmósfera
La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve nuestro planeta. Los gases que la forman no se dispersan al espacio exterior debido a la fuerza de la gravedad, por lo que el tamaño de la Tierra es lo suficientemente grande como para permitir que se establezca, siendo uno de los motivos por los que se ha podido formar vida.
2.- Composición y propiedades de la atmósfera
Tema 3.- La atmósfera
El “aire” que forma la atmósfera, tal y como suele decirse, es una mezcla de átomos y moléculas mayoritariamente en estado gaseoso. La composición y la proporción que tienen es la siguiente: Nitrógeno (N2): Representa el 78% de nuestra atmósfera, siendo un gas inerte que no interacciona con otras moléculas. Oxígeno (O2): Constituye el 21% del volumen del aire, siendo un gas imprescindible para la mayoría de los seres vivos que existen. Argón: Está presente en un 0,9%, no reacciona con ninguna sustancia. Dióxido de carbono (CO2): Tan solo representa el 0,03% de los gases de la atmósfera, pero es muy importante ya que es necesario para realizar la fotosíntesis de las plantas y para mantener la temperatura en nuestro planeta. Ozono (O3) y vapor de agua (H2O): El primero forma una capa que sirve de filtro protector frente a radiación del Sol, el segundo varía en su cantidad, formando las nubes o la niebla; puede estar en estado líquido, sólido o gaseoso. Partículas sólidas y líquidas: Como el polvo o el polen.
Tema 3.- La atmósfera
¿Qué proporción de la atmósfera ocupan el N2 y el O2 juntos?
En una habitación cúbica de 7 metros de lado, ¿cuántos metros cúbicos habrá de nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono? Representa mediante un diagrama de barras los porcentajes de los distintos gases que componen la atmósfera. ¿Has tenido problemas para representar el dióxido de carbono? ¿Por qué?
Tema 3.- La atmósfera
- La composición de la atmósfera no ha sido la misma a lo largo de la historia de nuestro planeta. En un principio carecía de oxígeno y, gracias a los primeros organismos fotosintéticos, se fue modificando hasta alcanzar los valores que tenemos hoy en día. Esto significa que los seres vivos son capaces de cambiar la composición de la atmósfera, incluyendo el ser humano. - La composición de la atmósfera es también la responsable de los diferentes tonos del cielo que apreciamos, como el azul o el naranja. Esto se debe a la dispersión de los rayos solares al impactar sobre sus partículas. Cuando la luz impacta sobre las gotas de agua, los rayos se descomponen en todo el espectro visible, dando lugar a un arco iris. - Como la atmósfera está compuesta de diferentes moléculas, pesarán como cualquier otro objeto. 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 del aire que tenemos encima. Como a medida que ascendemos hay menos moléculas, el peso cada vez será menor.
3.- Estructura de la atmósfera
Tema 3.- La atmósfera
La atmósfera no es homogénea debido a la diferente densidad de los gases que la forman, los más densos estarán más cerca de la superficie y los menos densos más lejos. Esto origina unas capas que son las siguientes:
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Troposfera: Es la capa que está en contacto con la superficie de la Tierra, su espesor alcanza una altitud variable, desde los 6 km en los polos a los 18 km en el ecuador. Es la capa donde se producen los fenómenos meteorológicos y donde se desarrolla la vida en nuestro planeta. Su temperatura va disminuyendo con la altura. Estratosfera: Es la capa que está después de la troposfera y se extiende desde los 6-18 km hasta los 50 km. En esta zona la temperatura aumenta a medida que ascendemos debido al impacto de los rayos ultravioleta, transformando el oxígeno en ozono. Este fenómeno crea una capa en su interior desde los 15 km hasta los 40 km denominada ozonosfera o capa de ozono que absorbe el 98% de la radiación ultravioleta que llega a nuestro planeta, por lo que nos protege de la radiación y permite la vida tal y como la conocemos.
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Mesosfera: La tercera capa de la Tierra se extiende desde los 50 hasta los 80 km de altura y es la zona más fría, alcanzando los -80 ºC. En esta capa es donde se forman las estrellas fugaces al desintegrarse los meteoritos debido al rozamiento con las partículas de la atmósfera. Termosfera o Ionosfera: Comprendida desde los 80 a los 500 km. Esta capa funciona como filtro protector de la radiación solar más energética y dañina, que son los rayos X y los rayos gamma. Por la incidencia de la radiación, la temperatura en esta zona puede alcanzar los 1000 ºC. Exosfera: La última capa de la atmósfera se extiende desde los 500 hasta los 10000 km aproximadamente, aunque no tiene un límite definido por ser una progresiva transición con el espacio exterior.
4.- El efecto invernadero
Tema 3.- La atmósfera
El efecto invernadero es un proceso natural mediante el cual la atmósfera retiene parte del calor que procede del Sol. Esta característica de la atmósfera permite que la temperatura en la Tierra oscile entre unos valores compatibles con la vida. Al igual que en un invernadero, parte de la radiación del Sol atraviesa la atmósfera y llega a la superficie terrestre, esto provoca un aumento de la temperatura. Parte del calor generado asciende y se escapa al espacio, pero otra parte es reflejada de nuevo debido a los gases de efecto invernadero que forman la atmósfera, como el vapor de agua o el dióxido de carbono. Al retener este calor, la temperatura media del planeta es de unos 15 ºC; sin este efecto la temperatura media sería de -18 ºC, siendo muy altas de día y muy bajas de noche.
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5.- La capa de ozono
Tema 3.- La atmósfera
La atmósfera funciona como un filtro protector que permite la vida en la Tierra y la protege. Existen muchos tipos de radiación: Rayos X y rayos gamma: Son muy energéticas y por ello muy perjudiciales puesto que son capaces de atravesar nuestro cuerpo y provocar mutaciones que dan lugar a tumores. Estas radiaciones son filtradas en la termosfera. Rayos ultravioletas (UV): Su radiación es menos energética que las anteriores, pero es capaz de atravesar nuestra piel, originando múltiples tipos de cáncer de piel y enfermedades oculares. Los rayos UV son absorvidos por la capa de ozono de la estratosfera. El ozono (O3) se forma a partir del oxígeno (O2) de la atmósfera cuando la luz UV impacta en una molécula de oxígeno, provocando que se rompa su enlace y quedando dos átomos de oxígeno. En este estado, los átomos de oxígeno se unen a moléculas de O2 para formar el ozono.
6.- Importancia de la atmósfera para los seres vivos
Tema 3.- La atmósfera
La existencia de la atmósfera ha sido vital para la formación de la vida y permite que siga existiendo por múltiples motivos: Acción protectora: Actúa como un filtro protector frente a las radiaciones e impide la entrada de la mayoría de los meteoritos al desintegrarlos por el rozamiento durante su caída. Acción reguladora: Permite que la temperatura del planeta sea estable y más cálida. Este hecho mantiene el agua en estado líquido, componente imprescindible para la vida. Gases atmosféricos: Algunas de las moléculas presentes en la atmósfera son indispensables para que se produzca la función de nutrición de los seres vivos: El CO2 es necesario para los organismos autótrofos, como las plantas, para realizar la fotosíntesis. El O2 lo utilizan casi todos los seres vivos para realizar la respiración celular, proceso en el que se obtiene energía.
7.- La atmósfera y los fenómenos meteorológicos
Tema 3.- La atmósfera
El calor recibido por el Sol se distribuye por todo el planeta gracias a la atmósfera, generando el viento y todos los fenómenos derivados del vapor de agua que contiene: El vapor de agua proviene de la evaporación del agua presente en ríos y océanos, de la superficie terrestre y de la transpiración de las plantas. La diferencia de temperatura y presión a diferentes alturas ocasiona que el aire experimente movimientos que originan el viento. La humedad se define como la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Cuando el agua líquida se calienta, se evapora y pasa a formar parte de la atmósfera, si se enfría se condensa y vuelve a pasar a estado líquido, dando lugar a diferentes fenómenos meteorológicos como: Nubes: Se forman cuando el vapor de agua se condensa sobre el polvo atmosférico, quedando retenidas entre masas de aire. Niebla: Son nubes que se forman a ras de suelo. Rocío y escarcha: Cuando el vapor de agua se condensa sobre superficies como las plantas en forma de gotas de agua o hielo.
Tema 3.- La atmósfera
La precipitación es la caída de agua desde la atmósfera al suelo en forma líquida o sólida.
Este fenómeno se produce cuando desciende la temperatura, esto provoca una acumulación de gotas de agua en la atmósfera que ganarán peso y terminarán cayendo en forma de lluvia. Si la temperatura es más baja, las gotas de agua forman cristales de hielo, cayendo en forma de nieve. Si existen corrientes de aire ascendente, los cristales de hielo vuelven a subir y vuelven a congelarse, cayendo en forma de granizo.
8.- La contaminación atmosférica
Tema 3.- La atmósfera
La emisión de partículas y gases a la atmósfera por parte del ser humano está afectando a su composición y, con ello, a su correcta dinámica y funcionamiento. El impacto en los seres vivos es muy evidente, como en el caso de los musgos o los anfibios, pero también en las personas, provocando trastornos respiratorios, cutáneos u oculares. La contaminación atmosférica se define como la alteración de la composición normal del aire debida a la presencia de partículas y formas de energía que implican riesgo o daño a los seres vivos y a su entorno.
La contaminación se produce por dos fuentes distintas:
Tema 3.- La atmósfera
Contaminantes naturales: No se deben a la intervención humana. Destacan los gases emitidos en las erupciones volcánicas o en los incendios forestales. Contaminantes artificiales: Se deben exclusivamente a la actividad humana y pueden ser de varios tipos, los principales son: Radiactividad: Los escapes que se producen en las centrales nucleares pueden liberar radiaciones muy energéticas y muy nocivas. Compuestos químicos: Se emiten en el sector industrial y en los transportes en forma de partículas sólidas o gaseosas como los óxidos de nitrógeno y azufre, el CO2, el O3 o el monóxido de carbono.
La contaminación atmosférica altera y daña los ecosistemas, deteriora materiales y construcciones y contamina el suelo, pero los tres efectos más importantes son los siguientes:
Tema 3.- La atmósfera
8.1.- Aumento del efecto invernadero: El efecto invernadero es un proceso natural e imprescindible para la vida en nuestro planeta, pero el aumento de gases de efecto invernadero incrementa sus consecuencias, provocando un fenómeno conocido como calentamiento global en el que la temperatura global del planeta aumenta y, como consecuencia, provoca un cambio climático. Los gases que más retienen el calor reflejado por la superficie terrestre son el vapor de agua, el dióxido de carbono y el metano, siendo los dos últimos los que más se han modificado por la acción del hombre. El dióxido de carbono se emite al quemar combustibles fósiles como el carbón o el petróleo en las industrias, calefacciones y en los transportes, mientras que el metano se desprende, sobre todo, al utilizar el gas natural como combustible.
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Tema 3.- La atmósfera
Se observa muy claramente el aumento de temperatura que está sufriendo el planeta desde finales del siglo XIX hasta la actualidad, el calentamiento global. Desde ese momento, el ser humano ha aumentado la emisión de CO2 por la quema de combustibles fósiles y la destrucción de los bosques, este fenómeno está provocando cambios progresivos y cada vez mayores que afectan a escala mundial: El aumento de la temperatura causa el progresivo deshielo de los polos, aumentando el nivel del mar y destruyendo las zonas costeras. La mayor presencia de agua líquida favorece su evaporación hacia la atmósfera, aumentando aún más el efecto invernadero.
Tema 3.- La atmósfera
Cambios en la dinámica atmosférica, provocando periodos cortos de lluvias torrenciales y largas temporadas de sequía. La variación en la temperatura y en el ciclo del agua modifica los ecosistemas del planeta, provocando la extinción de miles de especies como los corales o modificando su conducta como las migraciones de las aves.
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8.2.- Destrucción de la capa de ozono: La emisión de los denominados CFC o gases clorofluorocarbonos presentes en los aerosoles o fluidos refrigerantes son los responsables de eliminar el ozono de la estratosfera. Los CFC son moléculas artificiales producidas por el ser humano, los átomos de cloro que poseen reaccionan con el ozono y lo transforman en moléculas de oxígeno. En 1985 se descubrió un agujero en la capa de ozono en el polo Sur que obligó a realizar acuerdos internacionales para prohibir la utilización de los CFC. Actualmente se está reduciendo y se prevé una recuperación casi total sobre el año 2050. La eliminación de esta capa permite la entrada de la radiación UV, provocando mutaciones en el ADN, quemaduras en la piel, diferentes tipos de cáncer y daños en los ojos como cataratas o ceguera.
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8.3.- Lluvia ácida: La contaminación no se produce exclusivamente a nivel global o en capas altas de la atmósfera, la presencia de determinados gases cerca de la superficie pone en contacto directo a los seres vivos con partículas perjudiciales, produciendo daños de diversa índole.
La lluvia ácida es el fenómeno que se produce cuando se emiten óxidos de nitrógeno y azufre y se combinan con el vapor de agua de la atmósfera, generando compuestos ácidos como el ácido nítrico y ácido sulfúrico. Estos gases son muy corrosivos y cuando precipitan con la lluvia deterioran los materiales, contaminan el suelo y el agua y dañan a los seres vivos como las plantas.
Tema 3.- La atmósfera
Composición Nitrógeno Oxígeno
Capas
Atmósfera
Exosfera
Funciones
Ionosfera
Respiración Fotosíntesis
Acción protectora
Acción reguladora
Mesosfera
Ozono
Filtro protector
Capa de ozono
Efecto invernadero
Estratosfera
Vapor de agua
Fenómenos meteorológicos
Dióxido de carbono
Condensación Nubes Niebla Rocío Escarcha
Precipitación Lluvia Nieve Granizo
Troposfera Contaminación Aumento efecto invernadero Destrucción capa de ozono Lluvia ácida